信息科学与电子工程专业英语Lecture7卫星通信概论

1、1卫星通信系统简单地说就是利用人造地卫星通信系统简单地说就是利用人造地球卫星作为中继站，沟通地面与地面之球卫星作为中继站，沟通地面与地面之间的各种通信，它利用其通信距离远、间的各种通信，它利用其通信距离远、覆盖面积大的特点，完成大范围通信任覆盖面积大的特点，完成大范围通信任务；并作为光纤通信的一种补充和备用务；并作为光纤通信的一种补充和备用手段。手段。23通信技术在人类历史中的作用 通信：在两个或多个位置实现信息的传输、接收和处理。 通信是人类社会的基本需求，每一次通信技术的变革都会对整个社会以及每一个人带来极大的影响。 古代： 烽火台、鼓、鸣“金”、书信等 近代： 电报、电话等 现代 有线通

2、信：光纤、电缆。 无线通信：短波/超短波通信、微波中继通信、地面移动通信、卫星通信。4通信技术的目标及限制 终极目标：任意时间、任意地点、任意多任意时间、任意地点、任意多的节点完成任意大数据的交换。的节点完成任意大数据的交换。 通信技术的发展总是向着这一理想目标靠近，在实现过程中要进行实时性、传输距离、传输带宽等各方面的权衡。 无线通信是现代通信技术的一个代表，相对于有线通信网来说，具有使用地点灵活，架设简单，建设成本低等各方面的优点。 无线通信最大的约束：地球是圆的。5A点与B点位置足够远时，地球将阻挡无线信号的直接传输。通过C点的信号中继，A点与B点可以完成信号的间接传输。C点信号中继的作

3、用范围取决于C点转发器距离地面的高度。C点转发器的高度越高，覆盖范围越大。人类目前能实现的最高转发器：卫星678理论上，三颗同步轨道通信卫星就能覆盖全球。9卫卫星星通通信信原原理理示示意意图图10 12 他十分精确的预他十分精确的预言，在言，在1969年年6月前月前后，人类将完成登后，人类将完成登月之壮举。他还预月之壮举。他还预言了电视电话的诞言了电视电话的诞生。这些幻想和预生。这些幻想和预言，今天都一一实言，今天都一一实现了。现了。“空间通信之父空间通信之父”13 141516 短 波 通 信 示 意 图1718微波中继通信19 卫星通信卫星通信20212223监控管理监控管理 分系统分系统

4、 遥测跟踪指遥测跟踪指令分系统令分系统地球站地球站通信地球站分系统通信地球站分系统通信测控控制管理分系统控制管理分系统卫星分系统卫星分系统2425 转发器系统转发器系统位置与姿态位置与姿态 控制系统控制系统 遥测指令遥测指令 系统系统 入轨和推进入轨和推进 系统系统 电源系统电源系统 温控系统温控系统 天线系统天线系统 通信卫星的基本组成通信卫星的基本组成26271、天线分系统 发送和接收通信及测控信号。 用于遥控、遥测和信标信号的全向天线，接收地面的指令及向地面发送遥测数据。 用于通信的微波定向天线。可分为全球波束天线、点波束天线和区域波束天线三类。28卫星天线系统示意图293031跟踪、遥

5、测、指令分系统（TT&C） 跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标。 遥测部分用来在星上测定并给地面的TT&C (Tracking Telemetry &Command)站发送有关卫星姿态及卫星各部件工作状态的数据。 指令部分用于接收来自地面的控制命令，处理后送给控制分系统执行。323334电源分系统电源分系统v为卫星提供电能。为卫星提供电能。v星上电源分系统由一次能源星上电源分系统由一次能源(太阳能太阳能)，二次，二次能源能源(蓄电池蓄电池)，以及供配电设备组成。，以及供配电设备组成。电源系统重要作用 卫星电源系统是卫星的关键分系统之一，它担负着为卫星的其它分系统和有效载荷供电的重要任务。电源

6、分系统供电质量的优劣直接影响卫星整星的工作状态。 通常卫星的电源系统由太阳能电池、蓄电池以及供配电设备组成。光照区太阳能为蓄电池充电，阴影区由蓄电池供电。 若卫星中只有蓄电池（出现在早期的试验卫星以及一些短期航天任务中），则蓄电池耗尽就意味着卫星寿命的结束，如“斯科尔号”。 若卫星中只有太阳能电池，则整星必须在光射区才能保持工作。35电源系统的效率 太阳能电池的转换效率 太阳能电池帆板对太阳的跟踪 太阳能电池的总功率与其面积相关，目前卫星上一般采用展开式的太阳能电池帆板，以提高整星的能源供应。但太阳能电池帆板对太阳光角度的跟踪将直接影响太阳能电池的输出功率。 太阳能电池的光电转换效率 太阳能电

7、池的光电转换效率与太阳能电池的材料、工艺等相关。目前效率最高的是多结砷化镓电池，效率在33%以上.普通的硅太阳能电池效率在8-16%之间.36电源系统的重量考虑 作为在轨卫星的重要子系统，重量总是越小越好。要减小能源系统的重量主要通过以下几方面入手：太阳能电池的选型：通过选择轻质的材料以降低太阳能电池的重量。对帆板的展开及跟踪机构采用轻量的设计。选用比能量更高的蓄电池，如锂电池，以降低蓄电池组的重量。373839温控分系统温控分系统v温控分系统的作用就是控制卫星各部分的温控分系统的作用就是控制卫星各部分的温度，保证星上各种仪器设备正常工作。温度，保证星上各种仪器设备正常工作。v通常可分为被动温

8、度控制和主动温度控制通常可分为被动温度控制和主动温度控制两种形式。两种形式。40通信卫星举例鑫诺三号 鑫诺卫星通信有限公司的“鑫诺3号”卫星是一颗专门为我国满足中央台、各省会城市、各直辖市卫星广播电视传输需要的广播电视传送卫星 。41v目前我国首目前我国首颗直播通信颗直播通信卫星。卫星。42鑫诺三号卫星性能参数：鑫诺三号卫星性能参数：设计制造设计制造 中国空间技术研究院中国空间技术研究院卫星平台卫星平台 东方红三号东方红三号发射时间发射时间 2007年年6月月1日日设计寿命设计寿命 8年年轨道位置轨道位置 125E 稳定方式稳定方式 三轴稳定三轴稳定有效载荷有效载荷 1036MHz C频段转发

9、器频段转发器覆盖范围覆盖范围中国全境及周边国家和地区中国全境及周边国家和地区卫星卫星EIRP 中国国土中国国土40dBW东南亚等周边国家和地区东南亚等周边国家和地区36dBW 工作频率工作频率上行：上行：5.925-6.425GHz 下行：下行：3.700-4.200GHz 鑫诺三号卫星性能参数鑫诺三号卫星性能参数43天线与人天线与人444546 用用 户户 长途电话局长途电话局 基带设备基带设备 调制解调调制解调变变 频频 功率放大功率放大天线天线47484950515253545556575859606162636465666768697071727374东方红东方红1号号757677 1

10、972年2月21日，尼克松一行抵达北京，对中国进行为期七天的历史性访问。 历史的瞬间历史的瞬间78798081828384858687888990919293949596未来通信卫星的发展趋势未来通信卫星的发展趋势97宽带业务的需求宽带卫星通信业务将在未来几年中得到快速发展。转发卫星有效载荷设计将以传统的转发器为基础，星上交换和处理有效载荷设计将利用宽带卫星和频率资源。卫星可以有效弥补地面通信网之不足，但必须是提供通过太空传输所能提供的效果更好的服务。未来卫星系统面临的市场需求将与地面通信面临的一样，即带宽更宽，功能更强，价格更低。通信容量最大和终端最简便的宽带系统将有市场优势。但是，宽带卫星

11、业务的灵活性已具有自身的优势。用户将把始终在线的高速数据连接作为日常生活的一部分。但是，地面宽带链路的有效距离，无论有线还是无线，一般都小于它们将要替代的话音系统的有效距离。这就有可能在城市中产生许多宽带“孤岛”，在人烟稀少的地区情况会更加严重，而且沉重的系统费用会使专用的地面系统非常不经济。在这些地区，卫星自然成为应该选择的宽带通信手段。98通信卫星星上路由需求 目前的宽带卫星一般被看作是接入技术，也就是专门在用户和Internet之间通过传统转发卫星或弯管式卫星提供宽带连接，与用调制解调器通过地面线路提供连接很相似。无论那种连接方式，每条线路每次都是接纳一个用户，而且数据的传送路由选择都是

12、在中央设备中进行的。随着宽带业务的增加需要将通信路由功能从地面中央设备转移到空间卫星上，系统设计人员可以将来自许多猝发用户的通信量在到达卫星下行链路发射机之前进行组合，从而大大提高了效率并围，使系统每年产生更多的收益。99微小卫星的发展需求 革命性的新技术将大幅度地增强卫星的功能，并大大地降低卫星的成本。这些年以来，卫星体积越来越大，功率越来越高，通信容量越来越大。然而，在今后二十年中，低地球轨道（LEO）和中地球轨道（MEO）的卫星却可能会向另外一个方向发展，即小型化，从而使卫星发展回归到起点。每颗卫星都拥有强大的计算能力，并与几十颗、甚至几百颗相似的卫星互联，对地球进行不间断的地毯式覆盖。这些卫星可以是通信