衛(wèi)星通信系統(tǒng)方案

21-1第21章衛(wèi)星通信系統(tǒng)

學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成掌握衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本工作過程了解通信衛(wèi)星類型掌握通信衛(wèi)星的組成，了解通信衛(wèi)星各分系統(tǒng)的作用

掌握地球站的組成，了解地球站各分系統(tǒng)的作用

21-1第21章衛(wèi)星通信系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)21-221.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成

一、組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間設(shè)備通信衛(wèi)星、地面設(shè)備地球站、跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)等四大功能部分組成。1）空間設(shè)備也就是通信衛(wèi)星是由若干個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器、數(shù)副天線與位置和姿態(tài)控制、遙測(cè)和指令、電源分系統(tǒng)組成，其主要作用是轉(zhuǎn)發(fā)各地球站信號(hào)。2）地球站由天線、發(fā)射、接收、終端分系統(tǒng)及電源、監(jiān)控和地面設(shè)備組成，主要作用是發(fā)射和接收用戶信號(hào)。3）地面的跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)、監(jiān)控管理分系統(tǒng)并不直接用于通信，而是用來保障通信的正常進(jìn)行。

4）監(jiān)控管理分系統(tǒng)對(duì)在軌衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開道前的監(jiān)測(cè)和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測(cè)與控制。

21-221.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成一、組成21-321.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成二、衛(wèi)星通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.星形結(jié)構(gòu)

2.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

3.星形與網(wǎng)狀的混合結(jié)構(gòu)

21-321.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成二、衛(wèi)星通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)21-421.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本工作過程

在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，各地球站要構(gòu)成雙工通信，要向衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，也要接收從衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的其他地球站發(fā)給本站的信號(hào)。

21-421.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本工作過程在21-521.2通信衛(wèi)星

一、通信衛(wèi)星的軌道與類型

1.衛(wèi)星的軌道1）赤道軌道（衛(wèi)星運(yùn)行軌道平面與赤道平面的夾角為0°）

2）極軌道（衛(wèi)星運(yùn)行軌道平面與赤道平面的夾角為90°）3）傾斜軌道（夾角在0°和90°之間）4）低高度軌道（按離地面最大的高度h<5000km）5）中高度軌道（5000km<h<20000km）6）高高度軌道（h<20000km）7）靜止軌道（同步軌道）21-521.2通信衛(wèi)星一、通信衛(wèi)星的軌道與類型21-621.2通信衛(wèi)星2.衛(wèi)星的類型1）赤道軌道衛(wèi)星2）極軌道衛(wèi)星3）傾斜軌道衛(wèi)星4）低高度軌道衛(wèi)星5）中高度軌道衛(wèi)星6）高高度軌道衛(wèi)星7）同步衛(wèi)星（靜止衛(wèi)星：可覆蓋地球表面積的42%左右）8）非同步衛(wèi)星（衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)周期不相同）21-621.2通信衛(wèi)星2.衛(wèi)星的類型21-7二、通信衛(wèi)星的組成

1.天線分系統(tǒng)

主要功能：定向發(fā)射和接收無線電信號(hào)。天線類型：遙測(cè)、指令和信標(biāo)天線和通信天線1）遙測(cè)、指令和信標(biāo)天線一般是全向天線，以便在任意衛(wèi)星姿態(tài)可靠地接收指令和向地面發(fā)射遙測(cè)數(shù)據(jù)及信標(biāo)；2）通信天線主要是接收、轉(zhuǎn)發(fā)地球站的通信信號(hào)，都采用定向天線，通常按其天線波束覆蓋區(qū)的大小分為球波束天線、賦形波束天線、點(diǎn)波束天線。球波束天線覆蓋地球表面積最大，可達(dá)地球表面積1/3；賦形波束天線覆蓋地球表面的某一特定的區(qū)域，如某一國(guó)家的領(lǐng)土；點(diǎn)波束天線波束很窄，覆蓋地球表面某一的小區(qū)。

21-7二、通信衛(wèi)星的組成1.天線分系統(tǒng)21-8二、通信衛(wèi)星的組成2.通信分系統(tǒng)(通常所說的轉(zhuǎn)發(fā)器)主要功能：在通信衛(wèi)星中直接起中繼站作用，完成接收、處理、發(fā)射信號(hào)作用。對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器的基本要求：以最小的附加噪聲和失真，以足夠的工作頻帶和輸出功率為各地球站有效而可靠地轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號(hào)。轉(zhuǎn)發(fā)器通常分為透明轉(zhuǎn)發(fā)器和處理轉(zhuǎn)發(fā)器兩類。

21-8二、通信衛(wèi)星的組成2.通信分系統(tǒng)(通常所說的轉(zhuǎn)發(fā)器21-9二、通信衛(wèi)星的組成

3.跟蹤、遙測(cè)與指令分系統(tǒng)

1)遙測(cè)設(shè)備:用各種傳感器和敏感元件等器件不斷測(cè)得有關(guān)衛(wèi)星姿態(tài)及星內(nèi)各部分工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度等。這些數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，通過專用的發(fā)射機(jī)和天線發(fā)給地面的跟蹤、遙測(cè)指令系統(tǒng)。2)指令設(shè)備:接收地面跟蹤、遙測(cè)指令系統(tǒng)發(fā)來的控制指令，處理后向控制分系統(tǒng)發(fā)出有關(guān)衛(wèi)星姿態(tài)和位置校正、星體內(nèi)溫度調(diào)節(jié)、主備用部件切換、轉(zhuǎn)發(fā)器增益換檔等控制指令信號(hào)。21-9二、通信衛(wèi)星的組成3.跟蹤、遙測(cè)與指令分系統(tǒng)21-10二、通信衛(wèi)星的組成

4.控制分系統(tǒng)主要功能：在跟蹤、遙測(cè)指令系統(tǒng)的指令控制下完成對(duì)衛(wèi)星的各種控制，包括對(duì)衛(wèi)星的位置控制、姿態(tài)控制、溫度控制、各種設(shè)備的工作狀態(tài)控制及主備用設(shè)備切換等。主要組成：一系列機(jī)械的或電子的可控調(diào)整裝置組成，如各種噴氣推進(jìn)器、驅(qū)動(dòng)裝置、加熱及散熱裝置，各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等等。

21-10二、通信衛(wèi)星的組成4.控制分系統(tǒng)21-11二、通信衛(wèi)星的組成

5.電源分系統(tǒng)主要功能：給衛(wèi)星上的各種電子設(shè)備提供電能的。對(duì)電源分系統(tǒng)的要求：體積小、重量輕、效率高，在衛(wèi)星壽命期間內(nèi)保持輸出足夠的電能。主要組成：太陽能電池、化學(xué)電池及電源控制電路。1）太陽能電池：把太陽輻射的光能直接轉(zhuǎn)換為電能。太陽能電池有光電器件組成，大多采用N－P型單晶硅薄片貼在星體表面的絕緣膜上或?qū)Ｓ玫姆迳希瑢⒏髌碾姌O適當(dāng)分組串、并聯(lián)起來，構(gòu)成輸出功率較大的太陽能電池陣。但它的輸出的電壓很不穩(wěn)定，電壓數(shù)值不一定滿足要求，須經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器后才能使用。當(dāng)衛(wèi)星沒有發(fā)生星蝕時(shí)，由太陽能電池提供電能，并通過充電控制器給蓄電池充電；2）化學(xué)電池：大多采用鎳隔蓄電池，與太陽能電池并接。星蝕時(shí)，由蓄電池供電，以保證通信衛(wèi)星正常工作。

21-11二、通信衛(wèi)星的組成5.電源分系統(tǒng)21-1221.3地球站地球站組成天線分系統(tǒng)發(fā)射分系統(tǒng)接收分系統(tǒng)終端分系統(tǒng)控制分系統(tǒng)電源分系統(tǒng)21-1221.3地球站地球站組成21-13一、天線分系統(tǒng)

1.功能：完成發(fā)送信號(hào)、接收信號(hào)和跟蹤衛(wèi)星的任務(wù)，即將發(fā)射系統(tǒng)送來的大功率微波信號(hào)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星輻射出去；同時(shí)接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的微波信號(hào)送到接收系統(tǒng)。由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的微波信號(hào)很微弱，所以天線尺寸做得大一些，天線直徑一般20m到30m，使接收弱信號(hào)的本領(lǐng)強(qiáng)一些。

2.組成：天線、饋線設(shè)備和跟蹤設(shè)備。目前主要用性能較好的卡塞格倫天線。

3.要求：合乎規(guī)定工作頻率范圍；具有足夠的帶寬；具有較高的增益；低的等效噪聲溫度；良好的旋轉(zhuǎn)性能以及足夠的機(jī)械精密度等。

21-13一、天線分系統(tǒng)1.功能：完成發(fā)送信號(hào)、接收信號(hào)和21-14二、發(fā)射分系統(tǒng)

1.功能：將終端分系統(tǒng)送來的基帶信號(hào)調(diào)制為載波為中頻的（如載波為70MHz）頻帶信號(hào)，然后對(duì)該中頻已調(diào)載波進(jìn)行上變頻變換成射頻信號(hào)，并把這一信號(hào)的功率放大到一定值后輸送給天線分系統(tǒng)向衛(wèi)星發(fā)射。2.組成：3.

要求：發(fā)射功率大、頻帶寬度500MHz以上、增益穩(wěn)定以及功率放大器的線性度高。21-14二、發(fā)射分系統(tǒng)1.功能：將終端分系統(tǒng)送來的基帶信21-15三、接收分系統(tǒng)

1.功能：將天線分系統(tǒng)送來衛(wèi)星發(fā)回的射頻信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大、分離、下變頻為中頻信號(hào)（載波～般為70MHz）、再解調(diào)成基帶信號(hào)，然后輸送給終端分系統(tǒng)。

2.要求：高靈敏度，低噪聲。

3.組成：21-15三、接收分系統(tǒng)1.功能：將天線分系統(tǒng)送來衛(wèi)星發(fā)回21-16四、終端分系統(tǒng)

功能把一切經(jīng)由地球站上行或下行的信號(hào)（電報(bào)、電話、傳真、電視、數(shù)據(jù)等）進(jìn)行加工、處理，例如對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行加入報(bào)頭、擾碼、信道糾錯(cuò)編碼等，對(duì)下行的信號(hào)進(jìn)行信道解碼、去擾碼、去報(bào)頭，對(duì)接收國(guó)際電視節(jié)目的衛(wèi)星信號(hào)可能還要進(jìn)行制式轉(zhuǎn)換等。

21-16四、終端分系統(tǒng)功能21-17五、控制分系統(tǒng)

功能控制分系統(tǒng)是用來監(jiān)視地球站的總體工作狀態(tài)、通信業(yè)務(wù)、各種設(shè)備的工作情況以及現(xiàn)用與備用設(shè)備的情況、對(duì)地球站的通信設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)、遙控以及現(xiàn)用、備用設(shè)備的自動(dòng)轉(zhuǎn)換、對(duì)各部分電路進(jìn)行測(cè)試等。

21-17五、控制分系統(tǒng)功能21-18六、電源分系統(tǒng)

功能供應(yīng)地球站內(nèi)全部設(shè)備所需的電能，通常設(shè)有應(yīng)急電源設(shè)備和交流不間斷電源設(shè)備。

21-18六、電源分系統(tǒng)功能21-19本章小結(jié)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間設(shè)備通信衛(wèi)星、地面設(shè)備地球站、跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)等四大功能部分組成。跟蹤遙測(cè)指令站是用來接收衛(wèi)星發(fā)來的信標(biāo)和各種數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過分析處理，再向衛(wèi)星發(fā)出指令去控制衛(wèi)星的位置、姿態(tài)及各部分工作狀態(tài)。地面的跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)、監(jiān)控管理分系統(tǒng)并不直接用于通信，而是用來保障通信的正常進(jìn)行。通信衛(wèi)星主要由天線分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)（轉(zhuǎn)發(fā)器）、遙測(cè)與指令分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)五大部分組成。典型的國(guó)際國(guó)內(nèi)A、B型大地球站由天線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)