卫星通信概论

1卫星通信系统2卫星通信概论一、卫星通信的基本概况二、卫星通信发展的历史三、我国卫星通信发展史四、卫星通信—主要特点五、卫星通信—主要难点六、卫星通信—应用范围3一、卫星通信概述１、卫星通信－概念２、卫星通信－可行性３、卫星通信－组成卫星空间部分卫星地球站地面测控站4卫星通信原理示意图51、卫星通信概念的提出概念的产生：时间——1945年10月；人物——英国物理学家、空军雷达军官克拉克；克拉克设想：把中继站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上，每隔120度设一个静止卫星这样不仅能够实现远距离通信，甚至能够实现全球通信。克拉克设想，把中继站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上，每隔120度设一个静止卫星，这样不仅能够实现远距离通信，而且还能够实现全球通信。7他十分精确的预言，在1969年6月前后，人类将完成登月之壮举。他还预言了电视电话的诞生。这些幻想和预言，今天都一一实现了。“空间通信之父”8阿波罗登月计划起因与时间：前苏联宇航员加加林进入太空。时间：1961年4月12日乘东方一号宇宙飞船。人类登月成功：“阿波罗”11号飞船于1969年7月20-21日首次实现人登上月球的理想。此后，美国又相继6次发射“阿波罗”号飞船，其中5次成功。总共有12名航天员登上月球。加加林阿姆斯特朗9阿波罗登月计划对登月计划的质疑：代表人物：著名物理学教授哈姆雷特。质疑内容：1、阿波罗登月照片纯属伪造2、阿波罗登月录像带在地球上摄制3、月球表面干燥脚印却非常清晰4、阿波罗计划进展速度可疑5、对土星五号火箭和登月舱的质疑6、温度对摄影器材的影响10背景1：短波通信短波通信：当时远距离通信尤其是移动通信，主要采用短波，短波通信是利用电离层的反射来实现信息的传输。缺点１：由于电离层的高度和反射率随季节、昼夜而变化，因而短波通信信号不稳定。要求使用者具有丰富的经验才能正常使用。缺点２：可用频段有限，不足30MHz，且全球共用。11短波通信示意图12背景2：微波中继接力通信微波通信由于微波是直线传输的，地面对微波吸收很严重，因此每隔50到80公里，需要架设很高的铁塔（80～100米）来建造中继站，进行逐段接力通信，实现远距离通信。优缺点：微波通信较稳定、通信容量较大，但随着远距的增加费用也成倍加大并且通信效果变差，远距离通信困难很多。13微波中继通信14卫星通信152、卫星通信的可行性重要性克拉克的设想发表后，受到了各国科学家的重视，尤其是二战后火箭技术已经达到了一定的水平，纷纷开展了卫星技术的研究。可行性1957年10月，前苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星，证实了上述理论的可行性。162、卫星通信的可行性二战后期的V-2火箭设计者：德国科学家冯.布劳恩性能指标：长13.5米，重13吨，载荷1吨，射程322千米。投入使用：1944年9月，目标伦敦。冯.布劳恩美国第一颗卫星的发射成功，以及第一艘载人登月飞船“阿波罗11号”登上月球作出突出贡献，而航天飞机的研制也是自他手中开始。172、卫星通信的可行性实现卫星通信的两个条件1、运载工具具有足够推力和精度的多级火箭。2、人造卫星集电子、机械、控制等多学科综合能力。3、具备能力的国家前苏联、美国、法国、日本、中国、印度（英国、以色列、伊朗）朝鲜？18监控管理分系统遥测跟踪指令分系统地球站通信地球站分系统通信测控３、卫星通信系统的组成控制管理分系统卫星分系统191）通信卫星（卫星分系统）位置和姿态控制系统天线系统空间转发器系统遥测指令系统电源系统温控系统入轨和推进系统20转发器系统位置与姿态控制系统遥测指令系统入轨和推进系统电源系统温控系统天线系统通信卫星的基本组成21位置和姿态控制系统功能：它是卫星的“平衡器官”，用于保持和控制卫星在轨道上的正确位置和姿态。22星上天线系统天线的作用它是卫星的“耳目”，收发无线电信号的出入口。天线分类：根据通信需要，天线有全球波束天线、区域波束天线、国内波束天线和点波束天线等多种。23空间转发器转发器功能它是卫星的主体，用于放大、变频进而转发天线收到的无线电信号。转发系统一颗通信卫星上有几个到几十个转发器，每个转发器能同时接收和转发多个地球站的信号。24遥测指令系统报告卫星状态用于将卫星工作情况及时通知地面测控站。接收控制指令地面测控站发出的指令信号，使星上设备按指令动作。25星上电源系统主要功能：它是卫星的“心脏”，用于提供星上设备工作所需的电能。电源系统有太阳能电池阵、蓄电池组等。26星上温控系统主要功能：它象卫星的“保姆”，用于保证卫星表面温度在正常范围之内。27入轨和推进系统主要功能：它有点象卫星的“拐棍”，用来保证卫星在太空中的正确姿态。在地面测控站的指挥下，星上轴向和横向两个喷射推进器来控制卫星的姿态。282）卫星地球站天线与人29卫星地球站地球站组成：它一般由天线、馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备、电源设备、自动跟踪设备以及临近设备等组成。卫星天线：抛物面天线，这种天线的抛物面反射器有把无线电波集中成窄窄的一束的本事，即有很强的方向性。30卫星地球站（续）天线的作用：它可以减小无线电波在空间传播时的损失，保证通信卫星上的转发器和地球站设备接收正常的信号。自动跟踪设备：能根据卫星遥测系统发出的信号，迅速判断天线偏离卫星的位置，然后转动天线使它对准九宵云外的卫星。31卫星地球站（续）发射和接收设备：高功率放大器、低噪声放大器、合路器、分配器、上变频器、下变频器、调制器、解调器基带设备。用户长途电话局基带设备调制解调变频功率放大/低噪接收天线323)地面遥测和监控站（控制管理分系统）测控内涵：跟踪、遥测、指令和监测的简称。测控站任务：准确可靠地跟踪、测量卫星，对卫星进行轨道修正、位置和姿态保持等控制。测控站与卫星：一个测控站可以测控多颗卫星，但一颗卫星在同一时间只能由一个特定的测控站测控。33二、卫星通信发展简史１、试验阶段（1954～1964年）２、国际通信（1964～1974年)３、国内通信（1975～1980年）４、VSAT阶段（80年代以后）５、移动通信（90年代以后）341、试验阶段—无源卫星通信通信试验：1954年至1964年，美国曾先后利用月球、无源气球作为中继站，进行了电话、电视传输实验。通信效果：无源中继不能对信号进行放大，地面接收到的信号质量不高，实用价值不大。351、试验阶段—早期卫星通信前苏联1957年成功发射卫星，卫星通信的希望即将成为现实。美国宇航局在1958年12月发射斯科尔广播实验卫星，进行了磁带录音信号的传输。1960年8月美国发射“回声”（ECHO）卫星，首次完成了有源延迟中继通信。1962年7月美国AT&T公司发射了“电星一号”低轨道通信卫星，实现了电话、电视和数据的传输。1962年11月美国无线电公司发射了“中继一号”低轨道卫星，实现了跨洋的电视转播。361、试验阶段—同步卫星通信同步轨道卫星1963年7月与1964年8月，美国先后发射三颗“辛康姆”卫星，最后一颗被射入近似圆形的静止通信卫星。利用它成功地进行了电话、电视和传真的传输试验，并于1964年秋用它向美国转播了在日本东京举行的奥林匹克运动会实况。372、国际通信—实用通信卫星商业通信卫星1965年4月，“国际卫星通信组织”发射“晨鸟”同步轨道静止通信卫星。两周后，前苏联也成功地发射了准同步通信卫星“闪电-1”。国际通信业务仅以国际卫星组织为例，在160个国家和地区之间提供了4万条话路，并承担了几乎全部国际电视业务的传输。383、卫星技术的发展海事卫星组织（INMARSAT）利用同步卫星进行海上移动通信的卫星通信网，实现了以全球海上船只为主要服务对象的同步卫星移动通信。国内通信：七十年代，地面通信卫星的天线是非常大，直径为10～30米，主要用于固定通信，大型舰船的移动通信。从国际通信逐渐扩展到国内。394、VSTA通信—概念基本概念：VSTA(VerySmallApertureTerminal)指终端天线口径小于2.5米的卫星通信系统。创新企业：80年代初最初由美国赤道通信公司抓住了这一技术方向，推出了C100、C120VSAT卫星单向数据广播系统。80年代中期，又推出了C200卫星双向交互通信系统。404、VSAT通信——发展大公司介入80年代中期，纷纷投入人力和财力从事VSAT系统的研制和开发，如美国的休斯、哈里斯、高通，日本的NEC公司。计算机联网：远程联网大大推动了VSAT的发展。VSAT意义：VSAT确定了卫星通信向小型化、多功能、智能化发展方向。414、VSAT通信——应用广播式分发业务播发气象、股票、债券、商品等各种数据；播发音乐、电视、新闻等各种信号。数据采集和监控对工业流程如输油、地质气象等实施数据采集和传输。双向交互业务传输数据以提供信用卡确认、银行事务、预定业务和数据库服务等。425、移动卫星通信海事移动卫星通信系统MOTOROLA“铱”星系统ICO全球通信系统全球星（Globalstar）系统Teledesic全球通信系统43通信卫星的轨道分类*高轨道卫星GEO距地面35800公里（同步卫星）中轨道卫星MEO距地面5000—20000公里低轨道卫星LEO距地面500—5000公里44通信卫星的轨道分类*高轨道卫星优点a)卫星寿命长b)应用相对简单c)覆盖面积大高轨道卫星缺点a)通信天线直径大b)远距离传输造成时延c)轨道资源紧张45通信卫星的轨道分类*低轨道卫星优点a)传输时间短b)多卫星可实现全球覆盖c)易实现个人手机通信低轨道卫星缺点a)卫星寿命短b)发射投资高c)设备技术复杂46通信卫星的轨道分类*中轨道卫星兼顾了低轨道卫星和高轨道卫星的特点。47（1）海事移动卫星通信最早的GEO卫星移动通信系统（美国通信卫星公司COMSAT的军用系统）20世纪70年代应用于海上船只的安全保障1985年决定把航空通信纳入业务范围之内48（1）海事移动卫星通信移动汽车电话1995年8月,INMARSAT研制并成功运行了世界上第一个全球汽车电话系统,该系统的用户驾驶汽车可在任何地方实现全球通信。系统使用了4颗GEO卫星；12颗MEO卫星系统设计提供14种服务项目，初期提供语音、传真及数据业务，通话费为每分钟4.6美元。49海事卫星地面终端示意图50（2）“铱”星系统该系统值得介绍的内容较多，既有美好的初衷，又有悲壮的失败。在下一讲将单独介绍51（3）ICO全球通信系统名称：中圆轨道系统IntermediateCircularOrbit投资者：国际海事卫星组织经国务院批准1979年交通部代表我国加入该组织1993年通过了ICO卫星通信系统方案20世纪90年代后期开始运行52（3）ICO全球通信系统技术特点：它属于中轨道卫星通信系统，因而只需卫星12颗；该系统有12颗卫星分别在两个正交的圆形地球轨道面上运行，每个轨道面上有6颗卫星，其中一颗为备用。卫星离地球表面高度为10350km，运行周期近6h。53（3）ICO全球通信系统市场定位：ICO将服务的目光从商务旅行者身上扩散到更广泛的人群中，它甚至特别强调为发展中国家服务。ICO的用户终端：手持机及车载、机载、船载和半固定。通信业务：话音、2400bps双工数据通信业务；准实时三类传真、定位业务、寻呼业务。54（3）ICO全球通信系统初衷美好：无论从市场定位还是使用者的广泛性方面，思路正确。失败原因：受到铱星系统失败的影响，未能按时筹集到所需资金。造成影响：使人们对移动卫星通信系统信心动摇。55（4）GlobalStar系统全球星系统：由美国劳拉公司和高通公司倡导和发起的；合作伙伴：世界上主要电信业务提供商和制造商投资：在1991年，