卫星通信简介

通信卫星简介主要内容：1、卫星通信的基本概念2、国外卫星通信的发展3、国内卫星通信的发展4、VSAT卫星通信5、北斗卫星导航系统1、卫星通信的基本概念卫星通信简单地说就是地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信又是宇宙无线电通信形式之一，而宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象的无线电通信，它有三种形式；（1）宇宙站与地球站之间的通信；（2）宇宙站之间的通信；（3）通过宇宙站转发或反射而进行的地球站间的通信。1、卫星通信的基本概念1、卫星通信的基本概念卫星的划分种类1、卫星通信的基本概念1、卫星通信的基本概念0.1-0.3（GHz），VHF，移动、导航业务；0.3-1.0，UHF，移动、导航业务；1.0-2.0，L，移动业务、指令传输；2.0-4.0，S，移动业务、指令传输；4.0-8.0(4/6)，C，固定业务；8..0-12.0，X；12.0-18.0(12/14)，Ku，固定、DSS业务；18.0-24.0，K；24.0-30.0，Ka；33.0-50.0，Q；50.0-75.0，V。1、卫星通信的基本概念卫星通信系统的组成利用卫星进行通信，除应有通信卫星和地球站以外，为了保证通信的正常进行，还需要对卫星进行跟踪测量并对卫星在轨道上的位置及姿态进行监视和控制，完成这一功能的就是跟踪遥测和指令系统。而且为了对卫星的通信性能及参数进行通信业务开通前和开通后的监测与管理，还需要监控管理系统。所以，通常卫星通信系统是由地球站、通信卫星、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统4大部分组成的。1、卫星通信的基本概念卫星通信系统组成图包括通信装置在内的通信卫星主体以及星体的遥测指令、控制系统和能源装置等。实现信号的接收、处理与转发。包括中央站和若干个普通地球站。普通地球站具有接收、发信功能；中央站除具有普通地球站的功能外，还具有业务调度与管理功能和对普通地球站进行检测控制功能。完成卫星跟踪测量和控制，使其准确进入静止卫星轨道上的指定位置，并对卫星定期进行轨道修正和位置保持。在业务开通后对定点卫星进行通信性能检测和控制。卫星通信的优点：（1）通信距离远（卫星单跳最大通信距离达1800km），且费用与距离无关（2）覆盖面积大（1颗卫星覆盖地球表面42%）三颗同步卫星即可覆盖全球，可进行多址通信（3）通信频带宽，传输容量大（4）通信线路稳定可靠（畅通率在99.8%以上），经济效益高（5）系统容量大，可提供多种通信业务，从而使通信业务向多样化和综合化方向发展，实现区域及全球个人移动通信（6）在使用静止轨道的同时，也可使用中、低轨道卫星，使业务性能更优良。1、卫星通信的基本概念卫星通信存在的问题：1.电波传播的时延较大并存在回波干扰。2.存在日凌现象。卫星处在太阳和地球之间的一条线上，地面接收器对准太阳，受到太阳的强辐射，会出现短暂的通信中断。3.星蚀现象。当地球处在太阳和卫星之间的一条线上时，由于地球对卫星的遮蔽，卫星处在地球的阴影下而产生星蚀现象，对同步卫星来说，太阳能电池无法使用，此时，必须由卫星自带的电能供电。4.地球高纬度地区的通信效果较差，并且两极地区为通信盲区。5.存在多普勒效应。1、卫星通信的基本概念卫星通信中的多址技术多址技术：在卫星覆盖区内的多个地球站，通过同一颗卫星的中继建立两址和多址之间的通信技术。在卫星移动通信系统中，各关口站和卫星移动终端均向处于外层空间的通信卫星发射信号，因而要求卫星能够同时接收这些信号，并及时地完成各种处理任务和不同波束之间的交换任务，以便随后向地球的某个地区或某些地区进行转发。此间关键的问题是以何种信号方式才能便于卫星识别与区分各关口站和卫星移动通信终端的信号，同时各关口站和卫星移动通信终端又能从卫星转发的信号中识别出应接收的信号。多址技术可解决此问题。1.频分多址

（FrequencyDivisionMultipleAccess）按频率来排列各地球站发射的信号，即按频率来区分各地球站的地址。是讲转发器的带宽细分成若干个小的频带，每个地球站用一个或多个这种细分的带宽来传输信号，为了各载波之间不造成相互干扰，它们的中心频率之间要有足够的间隔。优点：可沿用地面微波通信的成熟技术和设备；设备比较简单，不需要网同步。缺点：不能充分利用卫星功率和频带。2.时分多址

（TimeDivisionMultipleAccess）按时间来传输各地球站发射的信号，即各地球站的载波信号只有在规定的时隙内通过转发器，任何一个时间内只有一个地球站的信号通过转发器。每个地球站只能在给定的时隙内使用同一载波频率向通信卫星发送信号，通信卫星按时间顺序讲不同时隙进入转发器的信号进行排列，彼此互不重叠，排列信号在卫星转发器中经过放大处理后，被重新发回地面。需要精确网同步。3.码分多址

（CodeDivisionMultipleAccess）各地球站发射信号的频率和时间可以相同，只是各地球站所发射信号的伪随机码序列不同，这些伪随机码序列具有准正交性，以此作为地址码来区分地址。特点：各站使用准正交的地址码进行扩频通信；各载波包络恒定，在时域和频域互相混合。优点：抗干扰能力强；信号功率谱密度低，隐蔽性好；不需要网同步。缺点：占用频宽较宽，频带利用率低，通信容量较小；地址码选择较难；接收时地址码的捕捉时间较长，时延较大。4.空分多址

（SpaceDivisionMultipleAccess）最典型的特征是卫星上安装了多个天线，不同卫星天线的波束指向地球表面上的区域不同，利用波束的空间指向的差异来区分不同的地球站。特点：可实现频率重复使用；各站发的信号只进入该站所属通信区域的窄波束中。优点：可以提高卫星频带利用率，增加转发器容量。缺点：对卫星控制技术要求严格，星上设备较复杂，需要交换设备。2、国外卫星通信的发展

1667年，牛顿在开普勒三定律的基础上，总结出万有引力定律。卫星和地球也服从万有引力定律，该定律成为卫星诞生的理论基础。1945年10月，英国空军雷达军官阿瑟克拉克（ArthurC.Clark）在《世界无线电》杂志上发表关于“地球外的中继站”（Extra-TerrestrialRelays）科学设想论文，详细论述了卫星通信的可行性，并建议在全球通信卫星系统中采用对地静止轨道。1954年美国海军通过中继方式（地球－月球－地球）第一次成功地传送了电报。1956年又开通了从华盛顿到夏威夷的月球中继业务，直到1962年，仍然依靠月球提供可靠的远距离通信。但这些业务受到月球可用性的限制。经过一段时间的使用得出结论，由于月球相对地球的位置经常变化，而且只有一半的时间在地平线上，利用月亮作为通信卫星既不方便也不可靠。

2、国外卫星通信的发展按轨道高度的划分：低轨(LEO)卫星移动系统：～1000km~；中轨(MEO)卫星通信系统：5000～15000km同步轨道(GEO)卫星通信系统：35786.6km高椭圆轨道(HEO)卫星通信系统：远地点＞40000km距离地球1500km~5000km和13000km~20000km有两个强辐射带，对电器器件的破坏力极大，卫星轨道应避开此区域。此区域被称为范艾伦辐射带。2、国外卫星通信的发展与GEO卫星移动通信系统的结构基本相同，中、低轨道移动通信系统也是由空间段和地面段两部分构成。空间段主要指卫星星座，是由相对于地球高速运动的非静止卫星希组成，地面段包含卫星移动终端、关口站和系统控制中心。2、国外卫星通信的发展GEO卫星轨道高，链路损耗大，不利于卫星与手持机直接通信。中、低轨道卫星移动通信系统能一定程度上弥补这些缺点。中、低轨道卫星高度低，卫星运行速度快，多普勒频移的影响更严重。在中、低轨卫星移动通信系统中，卫星星座是由按一定规律排列的、多颗对地非静止的卫星构成，它们围绕地球以圆形或椭圆形轨道高速运动，轨道的高度与地球周围的环境有关。

2、国外卫星通信的发展低轨道卫星移动通信中，有铱系统（Iridium）、全球星系统（Globalstar）和轨道通信系统（Orbcomm）铱系统是由66颗低轨卫星组成的全球卫星移动通信系,1998年11月开始商业运营,2000年3月破产,2001年新的铱卫星公司成立,并重新提供通信服务。该系统全球覆盖包含两极地区,星上转发器采用先进的处理和交换技术,多点波束天线,且有星际链路,是最先进的低轨卫星通信系统;其星际链路和馈线链路为Ka频段,用户链路为L频段,它提供电话、传真、数据和寻呼等业务。用户终端有单模、双模和三模手机,车载机和固定终端。铱系统组成空间段：低轨卫星数：66＋6（备用）轨道高度：733－785km；圆形轨道平面：6；每轨道平面卫星数：11＋1；轨道平面倾角：86.4°；轨道周期：100min28sec；卫星重量：700kg；卫星寿命：7-9年；卫星供应商：美国Lockheed－Martin公司。地面段：系统控制中心（SCS）：一主一备关口站（Gateway）：全球共有15个，在中国建1个（北京）；地面段设备供应商：美国Motorola公司。用户段：手持：双模、单模；用户终端供应商：美国Motorola公司，日本京瓷公司

轨道通信系统是由36～48颗低轨卫星组成的全球卫星移动通信系统,1997年开始商业运营。卫星采用处理转发器、单波束天线,终端为单模手机和寻呼机。全球星系统是由48颗低轨卫星组成的全球卫星移动通信系统,1999年开始商业运营。卫星采用透明转发器,多波束天线,用户链路和馈线链路同为VHF频段,向用户提供寻呼、传真、短数据和定位等业务。用户终端有手机、车载、机载、船载等移动终端,以及半固定和固定终端。2、国外卫星通信的发展全球星系统目前,运行于地球低轨道(1000km以下)的人造地球卫星,包括成像侦察卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星和商业遥感卫星,有很多都直接或间接用于军事目的。随着卫星在现代战争中的作用日益增强,了解和认识当前的低轨道卫星十分必要。2、国外卫星通信的发展成像侦察卫星成像侦察卫星分为光学成像卫星和雷达成像卫星,低轨道上运行的光学成像卫星,高度一般在150～400km之间,在那里用高分辨率照相设备拍摄和收集地面情况。这些图像大都转换成电子波信息发出或经通信卫星中转到地面站,有些记录在胶卷上,飞到一定地区上空经指令控制投下。目前最好的光学成像卫星拍摄的图像可以分辨出汽车尾部的牌照。雷达成像侦察卫星可以弥补光学成像侦察卫星的不足,其独特的穿透侦察能力,对于夜间和全天候监视非常有用。2、国外卫星通信的发展KH-12星（美国）运作机理:利用星上的CCD可见光相机可获取地面可见光谱段图像型侦察信息。望远镜系统将地物的辐射能量引入视场,然后进行光谱分离,形成的图像经放大数字化后,传送到中继卫星或其它卫星,再转发至地面处理中心。星上的红外和多谱段扫描仪则可不分昼夜地确定导弹、车队和发射架的位置,并能把伪装和人工植被同真实植物和树木区分开来。信息处理模式:首先进行原始观测图像的光学和几何学校正预处理,然后进行卫星图像的应用处理,提供标准规格图像产品;编制图像型或数据型情报信息,进行战略或战术的判读作业。2、国外卫星通信的发展曲棍球(Lacrosse)雷达成像卫星(美国独有)运作机理:利用在轨卫星搭载的微波合成孔径雷达(SAR)获取观测对象地域的全天时、全天候侦察图像信息。在星上处理信息,以部分压缩形式,采用大抛面可跟踪通信天线,通过跟踪和数据中继卫星(TDRS)向白沙地面站传送图像数据,再经国内通信卫星传到贝尔沃堡,一张图像可在30s传送完毕,图像再以近实时地方式传输给舰船和野战指挥中心。信息处理模式:首先进行SAR雷达信号处理,恢复对地观测图像;然后进行观测图像应用处理提供标准规格图像产品;进行军事目标判读作业,编制图像型或数据型情报信息。2、国外卫星通信的发展电子侦察卫星电子侦察卫星是随着电子战和空间技术发展起来的一种现代电子侦察手段,主要任务是侦测敌方预警探测系统、国土防空系统和中远程打击武器系统中所使用的各种雷达的信息和位置数据,窃听敌方卫星通信、散射通信、超短波通信的信号参数和信息情报。根据运行轨道,可分为低、中、高类轨道电子侦察卫星,低轨电子侦察卫星一般用于执行详查任务,轨道高度175～400km。2、国外卫星通信的发展雪貂-D（美国）其工作过程是:卫星将所获得侦察数据贮存在存储装置中,侦察数据再以数据编码形式通过无线电信道传送到空军测控系统的各个台站,每次传送信息时间为1～2.5min。侦察数据从航天测控系统的台站经卫星通信、无线电中继通信和电缆通信线路传送到国家安全局的数据自动化处理中心以及美国空军战区司令部的数据处理中心,从接收信号到地面进行处理,侦察数据传送的时间平均为1.5～2h。目前该侦察卫星已实现通过卫星数据系统(SDS)中继卫星把侦查数据直接传送到国家安全局的主要数据自动化处理中心,这种情况,数据传送时间不超过20min。2、国外卫星通信的发展俄罗斯电子侦察卫星目前俄罗斯的电子情报侦察卫星属于第四代和五代,其卫星有一定的星上处理能力,将所获信息时传输给地球同步轨道上的“急流”中继卫星,再由“急流”卫星实时传输给俄罗斯境内的地面接收站。2、国外卫星通信的发展海洋监视卫星海洋监视卫星截获舰艇发射的各种电子信息,借此对这些海上舰艇保持跟踪和监视。商业遥感卫星目前国际商业卫星市场推出了多种分辨力达1m的商业遥感卫星,这些商业遥感卫星所发布的高精度图像,完全可成为军事成像侦察的补充。2、国外卫星通信的发展随着空间科学和电子技术的发展,以及太空军事化程度的日益增强,低轨道卫星呈现出如下发展趋势:1、防御措施多样化2、卫星样式小型化3、空间组成网络化4、卫星工作自主化5、卫星发展模块化、集成化、系列化6、商业卫星军用化2、国外卫星通信的发展3、国内卫星通信的发展我国于1970年4月24日成功发射了东方红一号卫星（DFH-1）1976年我国参加了国际卫星通信组织，并租用IS-V卫星进行各种卫星通信业务。1984年4月8日，我国成功地发射了实验性的静止轨道卫星，定名为STW-1,定点于125°E（东经）。1986年2月1日，我国发射了实用的静止轨道卫星，定名为东方红二号（DFH-2）,定点于103°E。1988年3月7日，我国又发射了东方红二号甲－1（DFH-2A-1），定点于87.5°E。同年12月22日，再发射了东方红二号甲－2（DFH-2A-2）卫星，定点于110.5°E。1990年2月4日我国发射了东方红甲－3号（DFH-2A-3），定点于98°E。1997年5月12日，我国发射了东方红三号（

DFH-3）卫星，定点于125°E。

我国国产卫星和国产地球站与国外同类产品相比，存在性能差、占有率低等差距。现有空间段商用通信卫星除中星－6为国产卫星外，其余皆为外购卫星。现用地球站除部分天线和某些设备为国内产品外，其余皆为外购产品。因此，自主研制卫星和地球站，尽快提高技术水平和竞争能力，逐步增加国产设备比例，以适应市场需要，这是我们一项重大的战略任务，也是我们长远的奋斗目标。中星－6卫星发射成功后，我国除继续研制和发展东三卫星平台（即中星－6卫星平台）外，并正在研制工作能力更大的东四卫星平台，以满足各种卫星需要。

我国国内VSAT专网存在网数多，站数少，资源浪费大，经济效益差等不足。VSAT通信是一种组网灵活、配置方便并适合规模经营的通信系统，从技术上完全可以把大量分散的专网通过整合相对集中形成数个大型专网为各行业和各企事业单位服务。

3、国内卫星通信的发展4、VSAT卫星通信VSAT是VERYSMALLAPERTURETERMINAL的缩写，直译为“甚小孔径终端”，意译应是“甚小天线地球站”。

VSAT是80年代中期利用现代技术开发的一种新的卫星通信系统。

借助VSAT用户数据终端可直接利用卫星信道与远端的计算机进行联网，完成数据传递、文件交换或远程处理，从而摆脱了本地区的地面中继线问题，VSAT卫星通信网一般是由大量VSAT小站与一个主站(Hub)协同工作,共同构成的一个广域稀路由(站多,各站业务量小)的卫星通信网。VSAT之所以获得如此迅猛的发展除了它具有一般卫星通信的优点外还有以下主要特点：VSAT是真正的全球通信覆盖面广容量巨大通信不受地理环境和气候条件的限制地面站设备简单，体积小，重量轻，造价低，安装与操作简单。VSAT小站可直接安装在用户所在的楼顶轮船或汽车上等，可直接与用户终端接口组网灵活方便，由于网络部件模块化，便于调整网络结构易于适应用户业务量的变化。通信质量好，可靠性高，链路环节少，故障率低，通信畅通率高，适于多种业务和数据率。直接面向用户，特别适用于用户分散，稀路由和业务量小的专用通信网。4、VSAT卫星通信点到多点的单向广播VSAT网络：单向广播VSAT网络是最简单的VSAT网络结构形式。由主站向远端VSAT小站传输数据、图像等业务，这种系统结构简单，而且只需一个出站链路载波，主站小站设备也大大简化。气象水文信息资料的传输就属于这种形式。4、VSAT卫星通信4、VSAT卫星通信卫星通信网按信息流程分成二级，主站系统和小站系统。VSAT卫星通信网相当于一个多路由，多端口的空中的通信，由VSAT主站，经过通信卫星C波段转发器，把小站连接成一个卫星通信互联网，通过主站和小站自备的各类计算机网络接口，实现计算机广域互联。VSAT卫星通信网采用TDMA/FDMA的通信体制，主站可对小站进行通信，任何两个小站之间的数据必须通过主站进行。主站出向工作方式采用TDMA；小站出向工作方式采用TDMA/FDMA相结合的工作方式。4、VSAT卫星通信5、北斗卫星导航系统5、北斗卫