衛(wèi)星軌道計算概要課件

第2章

衛(wèi)星軌道張燕zy29209@163.com1第2章

衛(wèi)星軌道張燕12.1衛(wèi)星軌道特性2.2衛(wèi)星的定位2.3衛(wèi)星覆蓋特性計算2.4衛(wèi)星軌道攝動2.5軌道特性對通信系統(tǒng)性能的影響第2章衛(wèi)星軌道22.1衛(wèi)星軌道特性第2章衛(wèi)星軌道22.1衛(wèi)星軌道特性2.1.1開普勒定理衛(wèi)星運行的軌跡和趨勢稱為衛(wèi)星運行軌道。衛(wèi)星視使用目的和發(fā)射條件不同，可能有不同高度和不同形狀的軌道，但它們有一個共同點，就是它們的軌道位置都在通過地球垂心的一個平面內(nèi)。衛(wèi)星運動所在的平面叫軌道面。衛(wèi)星軌道可以是圓形或橢圓形。但不論軌道形狀如何，衛(wèi)星的運動總是服從萬有引力定律的。32.1衛(wèi)星軌道特性2.1.1開普勒定理3為了推導(dǎo)衛(wèi)星運動規(guī)律，做如下假設(shè)衛(wèi)星被視為點質(zhì)量物體；地球是一個理想的球體，質(zhì)量均勻；衛(wèi)星僅僅受地球引力場的作用，忽略太陽、月球和其它行星的引力作用。由此導(dǎo)出衛(wèi)星運動的三個定律（開普勒三大定律）。4為了推導(dǎo)衛(wèi)星運動規(guī)律，做如下假設(shè)4衛(wèi)星地心O近地點遠地點

假設(shè)地球是質(zhì)量均勻分布的圓球體，忽略太陽、月球和其它行星的引力作用，衛(wèi)星運動服從開普勒三大定律。開普勒第一定律(橢圓定律)：衛(wèi)星以地心為一個焦點做橢圓運動。C5衛(wèi)星地心O近地點遠地點假設(shè)地球是質(zhì)量均勻分布的圓球體，S是衛(wèi)星，C是橢圓中心，O是地心，地心位于橢圓軌道的兩個焦點之一；a為軌道半長軸，b為軌道半短軸，c為半焦距，是地心離橢圓中心的距離；rE為地球平均半徑，常用取值6378km；r為衛(wèi)星到地心的瞬時距離，r取值最大點稱為遠地點，r取值最小的點稱為近地點。是衛(wèi)星—地心連線與地心近地點連線的夾角，是衛(wèi)星在軌道面內(nèi)相對于近地點的相位偏移量。6S是衛(wèi)星，C是橢圓中心，O是地心，地心位于橢圓軌道的兩個焦點為了描述軌道特性，使用如下參量偏心率e：橢圓焦點離開橢圓中心的比例，即橢圓焦距和長軸長度的比值。它決定了橢圓軌道的扁平程度。e越大，軌道越扁，0e<1e=0時，衛(wèi)星軌道即為圓軌道7為了描述軌道特性，使用如下參量e越大，軌道越扁，0e<17近地點：衛(wèi)星離地球最近的點，長度為近地點高度即衛(wèi)星在近地點時距離地面的高度遠地點：衛(wèi)星離地球最遠的點，長度為遠地點高度即衛(wèi)星在遠地點時距離地面的高度8近地點：衛(wèi)星離地球最近的點，長度為遠地點：衛(wèi)星離地球最遠的點

推導(dǎo)衛(wèi)星軌道平面的極坐標表達式為：P、e的值均由衛(wèi)星入軌時的初始狀態(tài)所決定定義則9推導(dǎo)衛(wèi)星軌道平面的極坐標表達式為：P、e的值均由衛(wèi)星入開普勒第二定律(面積定律)：衛(wèi)星與地心的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等。DCBA10開普勒第二定律(面積定律)：衛(wèi)星與地心的連線在相同時間內(nèi)掃由第二定律可導(dǎo)出衛(wèi)星在軌道上任意位置的瞬時速度為：v為衛(wèi)星在軌道上的瞬時速度。其中a為橢圓軌道的半長軸，r為衛(wèi)星到地心的距離。

為開普勒常數(shù)，值為3.986

105km3/s2。這說明衛(wèi)星在軌道上的運行速度是不均勻的。衛(wèi)星運動的速度在近地點最大，在遠地點最小。11由第二定律可導(dǎo)出衛(wèi)星在軌道上任意位置的瞬時速度為：v為衛(wèi)星在對于圓軌道，理論上衛(wèi)星將具有恒定的瞬時速度

為開普勒常數(shù)，值為3.986

105km3/s2。12對于圓軌道，理論上衛(wèi)星將具有恒定的瞬時速度為開普勒常數(shù)，值開普勒第三定律（調(diào)和定律）：衛(wèi)星運轉(zhuǎn)周期的平方與軌道半長軸的3次方成正比。由此，衛(wèi)星繞地球飛行的周期T為可見，衛(wèi)星的軌道周期只與半長軸有關(guān)，而與偏心率e（即軌道扁平程度）無關(guān)。13開普勒第三定律（調(diào)和定律）：衛(wèi)星運轉(zhuǎn)周期的平方與軌道半長軸近地點遠地點半長軸半短軸例1我國第一顆人造地球衛(wèi)星的近地點高度hA=439km，遠地點高度hB=2384km。試求其軌道方程。公轉(zhuǎn)周期、遠地點和近地點的瞬時速度v(rmax)和v(rmin)。已知地球半徑R=6378km。14近地點遠地點半長軸半短軸例1我國第一顆人造地球衛(wèi)星的近地點解：軌道方程15解：軌道方程15公轉(zhuǎn)周期遠地點瞬時速度近地點瞬時速度16公轉(zhuǎn)周期遠地點瞬時速度近地點瞬時速度16例2已知地球半徑R=6378km，靜止衛(wèi)星的周期T=24恒星時=23h56min4.09s(平均太陽時),求衛(wèi)星離地面高度h和勻速圓周運動速度v。解：由于靜止衛(wèi)星作勻速圓周運動，r=a，由開普勒第三定理17例2已知地球半徑R=6378km，靜止衛(wèi)星的周期T=24恒瞬時速度恒定為：由此，衛(wèi)星離地面高度為18瞬時速度恒定為：由此，衛(wèi)星離地面高度為182.1.2衛(wèi)星軌道分類1、按形狀分類橢圓軌道偏心率不等于0的衛(wèi)星軌道，衛(wèi)星在軌道上做非勻速運動，適合高緯度地區(qū)通信圓軌道具有相對恒定的運動速度，可以提供較均勻的覆蓋特性，適合均勻覆蓋的衛(wèi)星系統(tǒng)192.1.2衛(wèi)星軌道分類1、按形狀分類192、按傾角分類衛(wèi)星軌道平面與赤道平面的夾角，稱為衛(wèi)星軌道平面的傾角，記為i。赤道軌道。i=0，軌道面與赤道面重合；靜止通信衛(wèi)星就位于此軌道平面內(nèi)。極地軌道。i=90，軌道面穿過地球南北極。傾斜軌道。軌道面傾斜于赤道。根據(jù)衛(wèi)星運動方向和地球自轉(zhuǎn)方向的差別分為順行傾斜軌道，0<i<90

逆行傾斜軌道，90<i<180

202、按傾角分類20靜止軌道順行傾斜軌道逆行傾斜軌道21靜止順行傾斜軌道逆行傾斜軌道21(a)赤道軌道(b)極地軌道(c)順行傾斜軌道(d)逆行傾斜軌道22(a)(b)(c)(d)223、按高度分類根據(jù)衛(wèi)星運行軌道距離地面的高度h，可分為低軌道(LEO)：500<h<2000km中軌道(MEO)：8000km<h<20000km靜止/同步軌道(GEO)：h=35786km。高軌道(HEO)：h>20000km，橢圓軌道，遠地點可達40000km233、按高度分類23高橢圓軌道HEO24高橢圓軌道24太陽日和恒星日的概念太陽日：以太陽為參考方向時，地球自轉(zhuǎn)一圈所用的時間，長度為24小時恒星日：以無窮遠處的恒星為參考方向時，地球自轉(zhuǎn)一圈所用的時間，長度小于太陽日長度，為23小時56分04秒25太陽日和恒星日的概念254、按軌道周期分類由于地球的自轉(zhuǎn)特性，衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)一圈后，不一定會重復(fù)前一圈的軌跡，因此可以根據(jù)星下點軌跡的重復(fù)特性對衛(wèi)星軌道分類回歸/準回歸軌道衛(wèi)星的星下點軌跡在M個恒星日，繞地球旋轉(zhuǎn)N圈后重復(fù)的軌道M,N為整數(shù)，M=1為回歸軌道，M>1為準回歸軌道。軌道周期為M/N恒星日非回歸軌道264、按軌道周期分類26同步軌道衛(wèi)星和靜止軌道衛(wèi)星衛(wèi)星運行的方向和地球自轉(zhuǎn)的方向相同，運行周期與地球自轉(zhuǎn)周期（23小時56分4秒，即1恒星日）相同的軌道稱為地球同步衛(wèi)星軌道（簡稱同步軌道）。而在無數(shù)條同步軌道中，有一條圓形軌道，它的軌道平面與地球赤道平面重合，傾角為0，這條軌道就稱為地球靜止衛(wèi)星軌道，高度大約是35786公里。在這個軌道上的所有衛(wèi)星，從地面上看都像是懸在赤道上空靜止不動，這樣的衛(wèi)星稱為地球靜止軌道衛(wèi)星，簡稱靜止衛(wèi)星。人們通常簡稱的同步軌道衛(wèi)星一般指的是靜止衛(wèi)星。27同步軌道衛(wèi)星和靜止軌道衛(wèi)星衛(wèi)星運行的方向和地球自轉(zhuǎn)的方向相同衛(wèi)星通信示意圖28衛(wèi)星通信示意圖28三顆靜止衛(wèi)星就可基本覆蓋全球，其應(yīng)用較為廣泛，但地球上空的靜止軌道只有一條，軌道資源較為緊張。因此，國際電信聯(lián)盟(ITU)鼓勵采用對地傾斜同步軌道(IGSO)。例如，我國北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同時采用了5顆相隔60o的地球靜止軌道衛(wèi)星和3顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星(IGSO星)及分布在3個軌道面內(nèi)24顆傾角為55°的中高度圓軌道衛(wèi)星(MEO衛(wèi)星)。29三顆靜止衛(wèi)星就可基本覆蓋全球，其應(yīng)用較為廣泛，但地球上空的靜靜止衛(wèi)星通信的優(yōu)缺點優(yōu)點：除衛(wèi)星通信的一般優(yōu)點（如通信距離遠，覆蓋面積大等）之外，靜止衛(wèi)星通信的一個突出優(yōu)點就是，地球站不需要復(fù)雜的跟蹤系統(tǒng)即可對準衛(wèi)星。30靜止衛(wèi)星通信的優(yōu)缺點優(yōu)點：30缺點：保密性較差；時延長；靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜，運營成本高；地球的兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，而且地球的高緯度地區(qū)通信效果較差；地球的靜止軌道只有一條，因此軌道上所能容納的靜止衛(wèi)星數(shù)目有限。31缺點：31低軌道衛(wèi)星通信的優(yōu)缺點優(yōu)點：由于衛(wèi)星高度低，信號衰減小，時延??；衛(wèi)星重量輕，結(jié)構(gòu)簡單；將衛(wèi)星均勻地排布在整個地球的周圍，即使是在南北極，也能使用低軌道衛(wèi)星進行通信，這是靜止衛(wèi)星通信的盲區(qū)。32低軌道衛(wèi)星通信的優(yōu)缺點優(yōu)點：32缺點：覆蓋整個地球需要大量衛(wèi)星，系統(tǒng)復(fù)雜；衛(wèi)星數(shù)量多，壽命短，運行期間要及時補充發(fā)射替代或備用衛(wèi)星，系統(tǒng)投資較高。33缺點：332.2衛(wèi)星的定位衛(wèi)星對地球的定位——星下點軌跡星下點：衛(wèi)星與地心連線和地球表面的交點。星下點隨時間在地球表面上的變化路徑稱為星下點軌跡。342.2衛(wèi)星的定位衛(wèi)星對地球的定位——星下點軌跡3435353636星下點位于衛(wèi)星的垂直下方，由此赤道上空的衛(wèi)星其星下點就在赤道上。因此，對于靜止軌道衛(wèi)星其星下點軌跡就是赤道上的一個點，由此可用星下點來表示其在軌道上的位置（用經(jīng)度來表示），例如“中星9號” 92.2°E“鑫諾三號” 125.0°EINTELSAT14 45.0°W37星下點位于衛(wèi)星的垂直下方，由此赤道上空的衛(wèi)星其星下點就在赤道傾斜地球同步軌道衛(wèi)星(IGSO)具有與靜止軌道(GEO)相同的軌道高度，因此具有與地球自轉(zhuǎn)周期相同的軌道周期，但由于軌道傾角大于0°，其星下點軌跡在地面就不是一個點，而是以赤道為對稱軸的“8”字形，軌道傾角越大，“8”字形的區(qū)域也越大。采用IGSO能充分利用GEO的優(yōu)點，同時克服了其高緯度區(qū)始終是低仰角的問題。38傾斜地球同步軌道衛(wèi)星(IGSO)具有與靜止軌道(GEO)相同2.3衛(wèi)星覆蓋特性計算對于單顆衛(wèi)星而言，“衛(wèi)星覆蓋面積”就是指衛(wèi)星上發(fā)出的無線電信號可以在直線距離上傳播而不需要經(jīng)過反射、轉(zhuǎn)播而被接收到的范圍，也就是說在地面如果可以直接從衛(wèi)星上接收信號的地方，就是在此衛(wèi)星的信號“覆蓋面積”之內(nèi)。392.3衛(wèi)星覆蓋特性計算對于單顆衛(wèi)星而言，“衛(wèi)星覆蓋面積”衛(wèi)星全球波束覆蓋特性示意圖X40衛(wèi)星全球波束覆蓋特性示意圖X40

e是觀察點對衛(wèi)星的仰角，以觀察點的地平線為參考，可取值范圍為[-90

,90

]。是衛(wèi)星和觀察點間的地心角，可取值范圍為[0

,180

]。是衛(wèi)星的半視角(或半俯角)，可取值范圍為[0

,90

]。d是衛(wèi)星到觀察點的距離。X是衛(wèi)星覆蓋區(qū)的半徑。rE是地球平均半徑，常用取值6378km。h是衛(wèi)星軌道高度。41e是觀察點對衛(wèi)星的仰角，以觀察點的地平線為參考，可取值范圍衛(wèi)星和觀察點間的地心角衛(wèi)星的半視角觀察點的仰角42衛(wèi)星和觀察點間的地心角衛(wèi)星的半視角觀察點的仰角42站星距(星地距離)：觀察點與衛(wèi)星間的距離覆蓋區(qū)半徑覆蓋區(qū)面積43站星距(星地距離)：觀察點與衛(wèi)星間的距離覆蓋區(qū)半徑覆蓋區(qū)面積

e是地球站對衛(wèi)星的仰角，理論上來說，可取值范圍為[0

,90

]，實際上，當(dāng)?shù)厍蛘咎炀€對衛(wèi)星的仰角接近0時，因為仰角過低，受地形、地物及地面噪聲的影響，不能進行有效的通信。因此對于衛(wèi)星通信系統(tǒng)，有個最小仰角e的給定指標，低于此仰角區(qū)域不能通信。例如，INTELSAT規(guī)定地球站天線的工作仰角不得小于5。最小仰角e是系統(tǒng)的一個給定指標。根據(jù)最小仰角e和衛(wèi)星軌道高度h即可計算衛(wèi)星的覆蓋情況。44e是地球站對衛(wèi)星的仰角，理論上來說，可取值范圍為[0,例3：已知靜止衛(wèi)星的最小仰角

e=10，計算衛(wèi)星的最大覆蓋地心角、半視角、最大星地傳輸距離、覆蓋區(qū)面積和最大單程傳輸時延。解：已知最小仰角軌道高度由此，衛(wèi)星的最大覆蓋地心角地球平均半徑45例3：已知靜止衛(wèi)星的最小仰角e=10，計算衛(wèi)星的最大覆蓋衛(wèi)星的半視角最大星地距離光速C=3108m/s=3105km/s，最大單程傳輸時延46衛(wèi)星的半視角最大星地距離光速C=3108m/s=3105覆蓋區(qū)半徑覆蓋區(qū)面積覆蓋區(qū)面積占全球面積的比例47覆蓋區(qū)半徑覆蓋區(qū)面積覆蓋區(qū)面積占全球面積的比例47例4：已知某衛(wèi)星的軌道高度為1450km，系統(tǒng)允許的最小接入仰角為10，試計算該衛(wèi)星能夠提供的最長連續(xù)服務(wù)時間。解：隨著衛(wèi)星運動，觀察點的仰角經(jīng)歷了從最小接入值增大到最大值90（衛(wèi)星恰好通過用戶上空），再減小到最小接入值的過程。該過程中衛(wèi)星能夠提供連續(xù)服務(wù)。此期間衛(wèi)星運動掃過的地心角為2max48例4：已知某衛(wèi)星的軌道高度為1450km，系統(tǒng)允許的最小接入根據(jù)開普勒定理，衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，運動周期為衛(wèi)星能夠提供的最長連續(xù)服務(wù)時間，即衛(wèi)星運動掃過2max的時間49根據(jù)開普勒定理，衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動，運動周期為衛(wèi)星能夠更多時候，觀察點和衛(wèi)星的地理位置使用經(jīng)緯度坐標的形式給出。以(1,1)表示觀察點的經(jīng)緯度，(2,2)表示衛(wèi)星的星下點的瞬時經(jīng)緯度，則兩者所夾地心角對靜止衛(wèi)星，星下點緯度2=0，則50更多時候，觀察點和衛(wèi)星的地理位置使用經(jīng)緯度坐標的形式給出。對方位角、仰角和站星距的計算在地球站的調(diào)測、開通和使用過程中，都要知道地球站天線工作時的方位角、仰角，此外，為了計算信號的傳輸損耗，還必須知道地球站和衛(wèi)星的距離，即站星距。對靜止衛(wèi)星，地球站的經(jīng)度和緯度分別為1和1，靜止衛(wèi)星星下點的經(jīng)度和緯度分別為2和0，站星距51方位角、仰角和站星距的計算在地球站的調(diào)測、開通和使用過程中，靜止衛(wèi)星觀察參數(shù)圖解52靜止衛(wèi)星觀察參數(shù)圖解52仰角：天線軸線與水平面之間的夾角。53仰角：天線軸線與水平面之間的夾角。53方位角：從正北方起，依順時針方向至目標方向線的水平夾角，取值范圍為[0

,360]。由靜止衛(wèi)星觀察參數(shù)圖解可得54方位角：從正北方起，依順時針方向至目標方向線的水平夾角，取值利用上式求出的角度

a是以正南方向為基準推出的，方位角是以正北方為基準，因此若地球站位于北半球若地球站位于南半球55利用上式求出的角度a是以正南方向為基準推出的，方位角是以正例5：“鑫諾三號”衛(wèi)星位于125E(東經(jīng))，成都地球站位于東經(jīng)104

,北緯31

，求該地球站接收鑫諾三號衛(wèi)星信號的方位角、仰角。解：仰角方位角為180-a=143.3，也可表示為“南偏東36.7”56例5：“鑫諾三號”衛(wèi)星位于125E(東經(jīng))，成都地球站位于通信衛(wèi)星的覆蓋圖上面我們分析的是全球波束均勻覆蓋情況，實際應(yīng)用中，由于地形環(huán)境、以及實際需求的影響，很多時候并不是全球波束均勻覆蓋。通常通信衛(wèi)星的發(fā)射覆蓋區(qū)域用衛(wèi)星的有效全向輻射功率(EIRP)等值線圖來表示。EIRP表示衛(wèi)星輻射能力的物理量，單位dBW。例：下圖給出了“中星6B”衛(wèi)星(115.5°E)的EIRP等值線圖，單位dBW。57通信衛(wèi)星的覆蓋圖上面我們分析的是全球波束均勻覆蓋情況，實際應(yīng)5858幾種常見波束覆蓋區(qū)域示意圖59幾種常見波束覆蓋區(qū)域示意圖592.4衛(wèi)星軌道攝動前面關(guān)于衛(wèi)星軌道的分析和推導(dǎo)都基于假設(shè)衛(wèi)星僅僅受地球引力場的作用；衛(wèi)星被視為點質(zhì)量物體；地球是一個理想的球體。但以上假設(shè)在實際中都得不到滿足，由于一些因素的影響，衛(wèi)星運動的實際軌道不斷發(fā)生不同程度地偏離開普勒定律所確定的理想軌道的現(xiàn)象，稱為攝動。602.4衛(wèi)星軌道攝動前面關(guān)于衛(wèi)星軌道的分析和推導(dǎo)都基于假設(shè)6引起人造地球衛(wèi)星軌道攝動的常見因素如下太陽、月亮引力的影響地球引力場不均勻的影響地球大氣層阻力的影響太陽輻射壓力的影響為了抵消攝動帶來的影響，衛(wèi)星在其生存周期內(nèi)需要進行周期性的軌道保持和姿態(tài)調(diào)整。61引起人造地球衛(wèi)星軌道攝動的常見因素如下61衛(wèi)星的位置保持攝動對靜止衛(wèi)星定點位置的保持非常不利，為了克服攝動的影響，靜止衛(wèi)星系統(tǒng)中必須采用位置保持技術(shù)，通常是通過點燃星上的小推進器（利用噴氣燃料）來校正衛(wèi)星位置。62衛(wèi)星的位置保持攝動對靜止衛(wèi)星定點位置的保持非常不利，為了克服衛(wèi)星姿態(tài)控制衛(wèi)星有自己的特定任務(wù)，在飛行時對它的飛行姿態(tài)都有一定的要求。比如，通信衛(wèi)星需要天線始終對準地面，對地觀測衛(wèi)星需要觀測儀器窗口始終對準地面。衛(wèi)星在失重環(huán)境下飛行，如果不對它進行姿態(tài)控制的話，就會亂翻筋斗，不能正常完成任務(wù)。63衛(wèi)星姿態(tài)控制衛(wèi)星有自己的特定任務(wù)，在飛行時對它的飛行姿態(tài)都有衛(wèi)星的姿態(tài)控制有自旋穩(wěn)定、重力梯度穩(wěn)定、磁力穩(wěn)定、三軸穩(wěn)定等多種，常用的是自旋和三軸穩(wěn)定。自旋穩(wěn)定法早期靜止衛(wèi)星常用的姿態(tài)控制方法，通過衛(wèi)星圍繞自身對稱軸不停旋轉(zhuǎn)而使衛(wèi)星姿態(tài)保持穩(wěn)定的方法。自旋穩(wěn)定法實現(xiàn)容易，成本低，但對衛(wèi)星外形上要求較嚴格，指向精度也較低。64衛(wèi)星的姿態(tài)控制有自旋穩(wěn)定、重力梯度穩(wěn)定、磁力穩(wěn)定、三軸穩(wěn)定等自旋穩(wěn)定衛(wèi)星65自旋穩(wěn)定衛(wèi)星656666三軸穩(wěn)定法衛(wèi)星的姿態(tài)是由穩(wěn)定穿過衛(wèi)星重心的三個軸來保證的。這三個軸分別在衛(wèi)星軌道的切線、法線和軌道平面的垂線等三個方向上，分別對應(yīng)叫做滾動軸、俯仰軸和偏航軸星體本身不自轉(zhuǎn)，而是依靠衛(wèi)星上一些氣體噴嘴、反作用輪及一些姿態(tài)感應(yīng)元件，使衛(wèi)星在三個軸方向上維持穩(wěn)定的取向。三軸穩(wěn)定法突破了外形的限制，且星體不旋轉(zhuǎn)，設(shè)計伸縮性強，可以安裝大型附件，指向精度、穩(wěn)定度比較高。但由于一面始終向陽，容易受熱不均。67三軸穩(wěn)定法67三軸穩(wěn)定法示意圖68三軸穩(wěn)定法示意圖68三軸穩(wěn)定衛(wèi)星69三軸穩(wěn)定衛(wèi)星692.5軌道特性對通信系統(tǒng)性能的影響2.5.1多普勒頻移多普勒效應(yīng)：波在波源移向觀察者時頻率變高，而在波源遠離觀察者時頻率變低。對應(yīng)的，在無線通信領(lǐng)域普遍存在多普勒頻移的問題。702.5軌道特性對通信系統(tǒng)性能的影響2.5.1多普勒頻移7多普勒頻移：當(dāng)無線通信收發(fā)設(shè)備間存在相對運動時，接收端接收信號的頻率與發(fā)送端發(fā)送信號的頻率間會存在差異。多普勒頻移的大小f與為收發(fā)設(shè)備間的徑向速度VT，波長

，發(fā)送信號頻率fT有關(guān)其中c為光速VT>0，收發(fā)端靠近，頻偏為正VT<0，收發(fā)端遠離，頻偏為負VT發(fā)送端接收端71多普勒頻移：當(dāng)無線通信收發(fā)設(shè)備間存在相對運動時，接收端接收信例：飛機沿赤道相對地面以速度vD水平飛行，此時接收波長為

的靜止衛(wèi)星(GEO)信號，仰角為

e，求多普勒頻移f？72例：飛機沿赤道相對地面以速度vD水平飛行，此時接收波長為例6：某圓軌道衛(wèi)星的軌道高度為1450km。假設(shè)接收機位于軌道平面內(nèi)，系統(tǒng)標稱工作頻率為2.5GHz，試求衛(wèi)星位于接收機所在水平面時，接收端的多普勒頻移。如果系統(tǒng)工作頻率為20GHz，同樣條件下的多普勒頻移有多大？解：繪圖73例6：某圓軌道衛(wèi)星的軌道高度為1450km。假設(shè)接收機位于軌衛(wèi)星瞬時速度由開普勒第二定律可得衛(wèi)星與接收機間的徑向速度VT工作頻率2.5GHz時工作頻率20GHz時74衛(wèi)星瞬時速度由開普勒第二定律可得衛(wèi)星與接收機間的徑向速度VT對于靜止軌道衛(wèi)星通信，產(chǎn)生多普勒頻移主要是因為用戶終端的運動。對于非靜止軌道衛(wèi)星通信，多普勒頻移主要取決于衛(wèi)星相對與地面目標的快速移動。因此，多普勒頻移對低軌衛(wèi)星系統(tǒng)影響較大。下面列出了GEO、MEO和LEO衛(wèi)星系統(tǒng)在C波段時的最大多普勒頻移典型值。軌道類型GEOMEOLEO多普勒頻移(KHz)1100200切換時多普勒跳變值(KHz)無20040075對于靜止軌道衛(wèi)星通信，產(chǎn)生多普勒頻移主要是因為用戶終端的運動2.5.2日蝕衛(wèi)星與太陽間的直視路徑被地球遮擋的現(xiàn)象稱為衛(wèi)星的日蝕，也稱星蝕。對靜止軌道衛(wèi)星而言，日蝕發(fā)生在每年春分和秋分前后各23天的午夜。此時衛(wèi)星、地球和太陽處于一條直線上，地球擋住了陽光對衛(wèi)星的照射，衛(wèi)星進入地球的陰影區(qū)。每天發(fā)生星