第一章绪论-.优秀PPT.ppt

1.1卫星通信的基本概念和特点卫星通信 是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地 球站之间进行的通信。它是宇宙通信形式之 一。宇宙通信地球站与宇宙站宇宙站之间通过宇宙站的转发或反射进行地球站之间的通信通过宇宙站的转发或反射进行地球站之间的通信分类延迟转发式马上转发式1.1.1 卫星通信的基本概念第一章 绪论第一阶段：19541964 试验阶段 1945年，英国空军雷达军官阿瑟.克拉克在无线电世界杂志上发表了地球外的中继站一文。A 无源通信卫星：美国 月球 无源气球卫星 铜针等，电视 电话，效果不好。B 有源通信卫星：1 低轨延迟式试验通信卫星 1958.12 成功工作了12天，蓄电池耗尽，停止工作。2 中、高试验通信卫星 1962.6 电星 上行6GHz/下行4GHz。3 同步卫星：19631964，美国，三颗“辛康姆”卫星（休斯空间通信公司制造）。第一颗未能进入预定轨道。其次颗送入周期为24小时的倾斜轨道。第三颗进入静止同步轨道。1964年秋向美国转播了东京奥运会实况。其次阶段：1965至今 好用与提高放射了各种好用通信卫星，容量、功率不断提高，轨道有降低的趋势1965.4 西方国家财团组成 国际卫星通信组织（IS），将IS1（原名晨鸟）射入同步轨道，正式担当国际通信业务。国际通信卫星组织为福特宇航公司总承包的第五代国际通信卫星项目花费了6.5亿美元。国际通信卫星组织每年从运用这些卫星的电话公司可以收入6.5亿美元，而这些电话公司每年可以从利用这些卫星供应通信服务中收入65亿美元（70年头）。卫星通信的历史卫星通信与其它通信手段相比，有以下一些特点：卫星通信与其它通信手段相比，有以下一些特点：（1）通信距离远，且费用与通信距离无关。）通信距离远，且费用与通信距离无关。(最大通信距离最大通信距离1800km）（2）覆盖面积大，可进行多址通信。）覆盖面积大，可进行多址通信。（3）通信频带宽，传输容量大。）通信频带宽，传输容量大。（4）机动敏捷。）机动敏捷。（5）通信线路稳定牢靠，传输质量高。）通信线路稳定牢靠，传输质量高。利用静止卫星通信也还存在一些缺点和问题：利用静止卫星通信也还存在一些缺点和问题：（1）静止卫星的放射与限制技术比较困难。）静止卫星的放射与限制技术比较困难。要求卫星高度稳定、牢靠，精确定位，高增益天线，大功率放射机，低噪要求卫星高度稳定、牢靠，精确定位，高增益天线，大功率放射机，低噪声接收设备，高效调制解调器声接收设备，高效调制解调器（2）地球高纬度地区通信效果不好，并且两极地区为通信盲区。）地球高纬度地区通信效果不好，并且两极地区为通信盲区。（3）存在日凌中断和星蚀现象。）存在日凌中断和星蚀现象。（4）电波的传播时延较大和存在回波干扰）电波的传播时延较大和存在回波干扰单跳时延单跳时延0.27秒秒1.1.2 卫星通信的特点通信卫星地球站跟踪遥测及指令系统：对卫星进行跟踪测量，对其姿态、位置进行监控监控管理系统：对通信性能及参数进行检测和管理1.1.3卫星通信系统的组成1.2.1 地球站的组成天馈设备（大型天线，小型天线）收/发信机终端设备（图1，图2）天线跟踪设备以及电源设备：市电、柴油发电机、蓄电池IS系统中A类标准站口径：3032米（C波段）B类标准站口径：1113米（C波段）C类标准站口径：1618米（Ku波段）D类标准站口径：4.63米（C波段）1.2.1 地球站的组成1.2 卫星通信地球站1.2.2 基本工作原理 C频段天线馈 源6GHzRLC频段高功率放大C频段上变频器C频段高功率放大C频段低噪声放大C频段低噪声放大LC频段低噪声放大R4GHz信标接收机驱 动装 置驱 动放 大天线跟踪自动限制微波分路器备用测试微 波 分 路 器备用C频段下变频器C频段下变频器C频段上变频器L频段天线馈 源R1.5GHz1.6GHz衰耗混合测试L频段低噪声放大L频段低噪声放大L频段高功率放大L频段高功率放大L频段下变频器L频段下变频器L频段上变频器L频段上变频器VDUPRINTERVDUPCAES模拟器PRINTER天线与射频设备限制台VDUVDUVDUVDU本站系统管理监控台不间断电源发电机组市电中 频 合 路 器中 频 分 路 器中 频 分 路 器中 频 合 路 器Psmc 发Pd 发C发Rsmc收Rd 收T收C 收Psmc收本站Psmc收其它站站C收R/T发C发接 续 控 制 与 信 令 设 备网 关 路 由 与 交 换 设 备ARINC网SITA网民航VSAT网PSTN公用数据网市话用户民航自动转报网航班查询CAAC国航东航南航机场管制中心其它美三角德国汉莎美西北全日空IACO美联合其它其它注：信道数可依据实际须要而增减。1.3.1 卫星1.3.1.1轨道轨道低轨道卫星：卫星高度h20 000 km，周期12h。如：一般的通信卫星、电视转播、直播卫星1.3.1.2供电系统供电系统太阳能电池化学电池硅电池：效率13砷化镓：效率18.5 1982 在用多结：效率2228 开发阶段最大限度地利用各种波长（三层）顶层（磷化铟）：兰光中层（砷化镓）：黄绿光底层（锗）：红光 卫星的摄动：由于地球结构的不匀整和太阳、月亮引力的影响等，将使卫星轨道参数随时变更，不断偏离由多普勒法则所确定的志向轨道，产生确定的漂移，这种现象称为摄动。太阳地球对卫星的影响。（静止卫星：太阳1/37地球引力，月球1/6800地球引力地球引力场不匀整。地球大气阻力。太阳辐射压力。缘由：1.3 卫星及其转发器卫星在空间的指向。无源姿态限制有源姿态限制自旋稳定重力梯度稳定动量轮电磁线圈：地球磁场对带电线圈施加一个力矩气体喷嘴、离子推动器A、自旋卫星稳定静止卫星：50100周/分钟，通过小的气体喷嘴启动自旋天线消旋B、动量轮稳定利用自旋飞轮的陀螺效应利用电机驱动动量轮的壳体抽成真空，以爱护动量轮不受环境的影响。直径尺寸：2060cm优点：1.精度较高=0.1，自旋0.1 0.22.节约燃料3.发电功率大4.星体结构设计便利，形态受限小5.信号传输不经过旋转部件，损耗小1.3.1.2姿态限制东西向：4/6GHz卫星，正负0.1内；12/14GHz卫星，正负0.05内南北向：太阳、月亮的重力引力，0.85/年，周期26.6年，014.670高度：对地高度的正负0.1，约72km。经纬度：正负0.1，约147km。C波段：30m天线：波束宽约0.7，到达卫星直径约为80km，可能找不到卫星。5m天线：到达卫星直径约为464km，简洁找到卫星。通过把卫星放入倾斜轨道，就可以免除南北位置保持机动。由于不必为这些机动携带燃料，就可以节约重量，从而可以增加通信有效载荷。卫星放入2.53的倾斜轨道中，与产生漂移的方向相反，在经过约一半的预期寿命后，轨道会变为赤道轨道，然后轨道倾角接着增加。这种方式要求在地面上运用跟踪天线。寿命为寿命为10年的卫星进行南北向的位置限制。年的卫星进行南北向的位置限制。用肼推动器，燃料占卫星总重量的用肼推动器，燃料占卫星总重量的24用铯离子推动器占卫星总重量的用铯离子推动器占卫星总重量的2用软件和计算机指令来调整，可大大节约卫星燃料，一般的通信卫星放射时带约用软件和计算机指令来调整，可大大节约卫星燃料，一般的通信卫星放射时带约136Kg燃燃料。每年消耗料。每年消耗13.618Kg，接受此新技术每年只需，接受此新技术每年只需1.36Kg。1.3.1.3位置保持卫星遭遇很大的热量梯度，一面接受太阳的辐射，另一面对着深空，两面的温差特别大。卫星设备产生的热必需散发出去。运用隔热层、热屏蔽、辐射反射器自旋卫星的星体平均经验了太阳辐射和深空冷背景这样极端的温度。1.3.1.4 TT&C系统遥测、跟踪、指令姿态信息：从太阳、地球传感器得到环境信息：磁场强度、方向，陨石撞击频率航天器信息：温度、供电电压、存储燃料的压力在卫星处于放射的转移和漂移轨道阶段，与全向天线一起运用一个专用信道。定点后，即可与有向天线一起运用其中一个通信转发器。只有当出现某些紧急状况时，才切换回专用信道。跟踪：卫星放射信标，由TT&C地球站接收。1.3.1.3热控典型转发器的带宽为36MHz，4MHz爱护带宽，500MHz的带宽可配置12个转发器。通过极化隔离，可使转发器的数目加倍。（带宽达1000MHz）通过波束复用也能实现频率复用，与极化相结合可使带宽从实际的500MHz增加到2000MHz。BPF宽带接收机1234567891011123.723.764.16输入去复用器123456789101112输出复用器功率放大去往放射天线来自接收天线3.9256.425MHz3.74.2GHz透亮转发器一次变频：带宽可达500MHz以上二次变频：窄带宽，高增益处理转发器比透亮转发器困难得多，主要用于数字卫星通信系统中。信息处理转发器空间交换转发器1.3.2卫星转发器B、输入去复用器把覆盖3.74.2GHz宽带分隔为转发器频道接收机冗余接收机3dB功分器.BPFBPFBPF12102.BPFBPFBPF1191终端负载终端负载36*12=43240*12=480500MHz：输入去复用器来自输入滤波器接受固态有源器件。场效应管FET，隧道二极管放大器A、宽带接收机每个转发器信道的输出都运用独立的功率放大器。输入滤波器宽带接收机宽带接收机3dB功分器去复用器衰减器放大器复用器衰减器放大器衰减器放大器。0dB-1.5dB60dB50dB104dB102.5dBTWTA（行波管放大器）：能供应宽频放大C、功率放大器全向特性的偶极子天线：限制用方向性很强的面天线：通信/电视直播全向特性的偶极子天线：限制用方向性很强的面天线：通信/电视直播面天线相对于全向天线的增益：通过增加反射面尺寸或提出频率就能提高增益和缩小波束宽度。最大的反射面是用于4/6GHz的那些天线系统。在12/14GHz用小的多的反射面就能达到相同的性能。D、天线系统无线电窗口：0.3GHz10GHz半透亮无线电窗口：30GHz旁边UHF:400/200MHzL波段：1.6/1.5GHzC波段：6/4GHzX波段：8/7GHz半透亮无线电窗口：30GHz旁边无线电窗口：0.3GHz10GHzKu波段：14/11GHz、14/12GHzKa波段：30/20GHz参考资料参考资料方位角：北东1.4 卫星通信的工作频段返回13米卡塞格伦天线返回L波段卫星天线返回Inmarsat卫星通信地球站电子设备（AES、GES单收）返回Inmarsat卫星通信地球站电子设备（AES）课后作业1、2、4