南邮卫星通信复习提纲

第一章卫星通信概述知识点1．卫星通信的概念？卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。Eg：有卫星参与的通信就是卫星通信（错）（！卫星通信最终要实现地球站之间的通信）2．卫星通信上下行链路概念？以及上下行链路使用频率的表示方式？上行链路：从地球站发射信号到通信卫星所经过的通信路径下行链路：通信卫星将信号转发到其他（另一）地球站的通信路径表示方式：6Ghz（上行频率）/4Ghz（下行频率）3．静止轨道卫星的概念？，高度？，微波传播的时延（单程和双程）？静止轨道卫星：相对于地球表面上的任一点，卫星的位置保持固定不变高度：距地面高度为35860公里微波传输时延（传输时延较大）：单程0.27s，双程0.54s4．日凌中断和日蚀中断产生的原因、时间以及应对的策略？日凌中断日蚀中断产生原因卫星、太阳和地球站接收天线在一条直线上，太阳噪声进入接收天线，造成通信中断卫星运行到地球的阴影面，太阳能电池板无法充电，而星载蓄电池只能维持卫星自转，不能支持转发器工作产生时间每年春分前和秋分前后的6天左右，每年两次，每次约3~6天每年春分前秋分前23天开始，于春分前秋分后23天结束，每次持续时间约10分钟，完全日蚀最长持续72分钟应对策略“避让”、“换星”大容量蓄电池5.为什么地球同步卫星在高纬度地区通信效果不如低纬度地区？PPT高纬度地区地面地形（复杂）；地球表面杂波；两极地区接收天线仰角太小（需要极地轨道卫星辅助）6.地球站的总体框图？及其各部分的作用？地球站总体框图：书p8图1-6（/PPT）各部分作用：（1）天馈设备——将发射机送来的射频信号经天线向卫星方向辐射，同时它又接收卫星转发的信号送往接收机（2）发射机——将已调制的中频信号，经上变频器变换为射频信号，并放大到一定的电平，经馈线送至天线向卫星发射（3）接收机——从噪声中接收来自卫星的有用信号，经下变频器变换为中频信号，送至解调器（4）信道终端设备：将用户终端送来的信息加以处理，成为基带信号，对中频进行调制，同时对接收的中频已调信号进行解调以及进行与发端相反的处理，输出基带信号送往用户终端（5）天线跟踪设备：校正地球站天线的方位和仰角，以便使天线对准卫星（6）电源设备：供应站内全部设备所需的电能7.衡量地球站发射性能的指标？衡量地球站的接收性能的指标？总体性能指标：工作频段；天线口径；等效全向辐射功率；——发射性能接收品质因数；——接收性能偏轴辐射功率密度的限制。——发射性能？？8.天馈设备的组成？以及各部分的功能？PPT组成：天线、双工器、馈线各部分功能：天线——射频信号转变为定向辐射的电磁波信号双工器——收发信号隔离，使得天线可以收发共用馈线——均匀介质波导路径承载并传递载波信号激励发射天线9.天线辐射方向图的含义？旁瓣的定义？什么是天线的3dB波束宽度？天线增益的计算公式？两种不同的表示方法，两种表示的换算？天线辐射方向图：天线辐射参量（包括辐射功率、场强幅度和相位）随方向变化的空间分布的图形，通常指从远区场点观察的辐射特性。旁瓣定义：天线除主瓣方向的辐射外，在其他方向上也存在辐射，所形成的方向图称为旁瓣。3dB波束宽度（半功率波瓣宽度HPBW）：辐射功率下降一半（3dB）时的波束宽度天线增益公式：ADG2)(GGlg10][(dBi)两种定义：dBi（全向等效辐射源）和dBd（半波极子）换算dBi=dBd+2.1510.卫星通信系统中水平极化，垂直极化的定义？天线极化方式与电磁波极化方式的关系？电离层的法拉利效应会导致电磁波的极化？极化：指电磁波电场矢量末端轨迹曲线水平极化：电场矢量与赤道平面平行垂直极化：电场矢量与极轴相平行天线极化方式与电磁波极化方式关系：发射天线的极化由其发射电磁波的极化定义，根据收发互易性，接收天线的极化必须和接收信号极化相同，才能输出最大的接收信号。电离层的法拉利效应会导致电磁波的极化？（电离层：法拉第旋转-去极化）去极化媒质：电离层、雨水、冰晶11.卫星通信中地球站常用天线的种类？及其特点？PPT种类：抛物面发射器天线（正焦和偏焦）、双反射面天线（卡塞格伦和格里高利）特点：（1）抛物面天线：聚焦；等相位面；收发互易；喇叭天线相位中心与焦点重合；馈源具有遮挡效应影响天线的辐射特性。（2）双反射面天线（相比于抛物面天线的优点）：方便馈源结构的紧凑，减少馈线的长度（噪声主要来源）；副反射面比馈源喇叭小，减少遮挡。12.双工器的功能？衡量指标？及其根据衡量指标计算发射功率泄露到接收端能否烧坏接收机？功能：既要将微弱的接受信号耦合进来，又要将较大的发射功率馈送到天线上去，且要求两者各自完成其功能而不相互影响。（阻止发送信号泄露到接收端，阻塞破坏接收机；阻止接收信号泄露到发射端，干扰信号。）衡量指标：收发隔离度（dB）根据衡量指标计算发射功率泄露到接收端能否烧坏接收机：13.驻波比的定义？及其与天线效率之间的关系？功率损耗的计算？（驻波比，反射系数，回波损耗？）定义：在阻抗不匹配的情况下，微波沿传输线由入射波与反射波叠加而形成驻波，其幅度分布呈起伏状，波腹与波谷幅度之比称为电压驻波比，简称驻波比。与天线效率之间的关系：驻波比越大，天线效率越低？？公式：14.动中通天线伺服系统对星的方法？（自动跟踪？？）不同方法的特点？手动跟踪：不能对卫星连续地精确跟踪自动跟踪：步进跟踪——在卫星准确方位周围转动，精度低；圆锥扫描跟踪——实现简单，造价低，精度比较低，馈源偏离焦，使得天线增益下降；单脉冲跟踪——精度高，设备复杂；程序跟踪——系统实现简单，捕获速度快，但依赖于GPS和惯性元件性能，精度低。15.地球站收发信机的作用？设备？接收机的结构图（会画出结构图）？各部分的功能？特别是镜像滤波器的作用？混频器的频率选择？发射机接收机作用将已调的中频信号（70MHz/140MHz）上变频到射频（上行链路信号中心频率），并且放大到一定的电平，去激励发射天线天线接收的电磁波信号（下行链路信号），经过低噪声放大器，下变频器，转变为中频信号，传送给信道设备解调接收信号设备固态功放（SSPA）或行波管放大器（TWTA）和上变频器低噪声放大器和下变频器接收机结构图：各部分功能、镜像滤波器作用、混频器频率选择？？？16.低噪声放大器的功能？1dB压缩点的含义？三阶互调失真的含义？等效噪声温度的计算（PPT上的例题）？卫星通信网络中FDMA和TDMA两种组网方式哪种存在三阶互调失真？在此组网方式中应对的方式是？功能：将信号放大到足够高的电平，以满足下变频器接口的要求1dB压缩点：实际中，输入信号经过放大器后的输出功率与理想的输出功率相差1dB时所对应的输入功率——1dB压缩点三阶互调：衡量放大器非线性程度的指标。等效噪声温度计算：FDMA组网方式存在三阶互调失真应对方法：为了减小三阶互调可能产生的干扰，希望输入（输出）离饱和点远些，采用输入（输出）补偿。17.下变频器的作用？卫星通信系统中采用的结构（一次变频和二次变频）？卫星通信信号中频信号所在的频段？作用：将低噪声放大器输出的微波信号下变频为中频信号，以便于进行解调。在地球站中通常采用二次变频方案，以获得好的选择性和灵活性。中频所在频段：第一中频——L频段（945MHz~1450MHz）；第二中频——70MHz/140MHz18.低噪声放大器和下变频统称为？对此设备一般的安装要求是什么？及其原因？统称为接收机安装要求？？PPT低噪声放大器：一般输入口是波导型的，以便于与双工器的连接；输出口是同轴型的，以便于通过同轴电缆与下变频模块连接。下变频器：接头一般采用50Ω接口，采用BNC-F(阴)型；驻波比要保证与解调器输入端口有良好的匹配。19．卫星运动第一定律轨道定律，特别是偏心率和轨道的关系（不同的取值范围代表的轨道类型）？开普勒第一定律：卫星以地心为一个焦点作椭圆运动偏心率与轨道关系：0e1——椭圆形轨道；e=0——圆形轨道；e=1——抛物线轨道；e1——双曲线轨道。20．卫星运动第二定律，判断远近地点的速率大小？开普勒第二定律：卫星与地心的连线在相同的时间内扫过的面积相同。Eg：卫星在远地点的速度大还是近地点的速度大？（近地点速度大）21．卫星运动第三定律，计算周期或由周期计算半长轴？开普勒第三定律：卫星运转周期的平方与轨道半长轴的三次方成正比。公式：32aT(μ为开普勒常数510986013.3km3/s2)例题：静止轨道卫星的的周期为23小时56分4秒，地球的赤道半径为6378km，计算静止轨道卫星距离地面的高度？（第三定律）32)2(TaRah22．卫星轨道的开普勒集合？（六个参量）NASA两行式卫星轨道报告？卫星位置的六个参数：（1）轨道平面倾角I（2）轨道半长轴a（3）轨道的偏心率e（4）升节点位置Ω（5）近地点幅角W（6）卫星初始时刻位置W+V23．范伦带的概念、卫星轨道按高度的分类及其原因？范伦带：如图所示，空间上有两个辐射带称为范伦带。内带1500~6000km/8000km，外带15000~20000km卫星轨道按高度分类的原因：范伦带由地球磁场吸引和俘获的太阳风的高能带电离子所组成，形成的恶劣电辐射环境对卫星电子设备损害极大，所以在这两个范伦带内不宜运行卫星。因此，就得出了相应的低、中、高轨道卫星。低轨道LEO：700~1500km中轨道MEO：约为10000km高椭圆轨道HEO：最近点为1000~21000km，最远点39500~30600km地球同步轨道GEO：约为35786km24．什么是卫星的摄动？有那些原因产生？以及对于不同轨道卫星的影响大小关系？卫星的位置保持和状态控制的概念？摄动：理想条件下，卫星轨道是开普勒轨道。但由于一些次要因素的影响，卫星的实际轨道不断发生不同程度地偏离开普勒轨道的情况，产生一定的漂移。原因：（1）太阳、月亮引力的影响；（2）地球引力场不均匀的影响；（3）太阳辐射压力的影响；（4）地球大气阻力的影响。对于低轨道卫星，地球引力占绝对优势，太阳、月亮引力的影响可以忽略不计，但大气阻力有一定影响，使卫星的机械能受到损耗，从而使轨道日益缩小；对于高轨道卫星，地球引力虽仍是主要的，但太阳、月亮的引力仍有一定的影响，此外，由于高轨道卫星处于大气层外的宇宙空间，大气阻力可以不予考虑。位置保持：使卫星在运行轨道平面上的位置保持不变状态控制：控制卫星保持一定的状态，使卫星的天线波束始终指向地球表面服务区，同时使得太阳能电池板朝向太阳。25．告诉你地球站的经纬度和卫星星下点的经纬度，如何计算地球站收发天线的仰角、方位角和星站距？注：经度差为：卫星的经度-地球站的经度；纬度差为：地球站的纬度-卫星的纬度，方位角一定要修正。计算公式：书上P18，例题经度差=138-116.45；纬度差=39.92；分别用公式计算。26．卫星覆盖的定义？（两种定义方式：卫星方向图和接收天线仰角）卫星角度定义：卫星天线辐射方向图半功率角覆盖的区域地球站角度定义：卫星在某一确定位置时，定义最小仰角标定的地面点的轨迹确定的覆盖范围27.通信卫星的框图？每部分的功能？框图：书p24图1-21/ppt通信卫星由空间平台（结构分系统、温控分系统、控制分系统、电源分系统、跟踪遥测和指令分系统以及远地点发射机）和有效载荷（天线分系统和通信转发器）两部分组成。各部分功能：书p21-p24电源分系统——有太阳能电池和化学能电池两种，为各部分供电控制分系统——在地面遥控指令站的指令控制下，完成远地点发动机点火控制、对卫星的姿态、轨道位置、各分系统的工作状态和主备份设备的切换进行控制和调整。跟踪、遥测和指令分系统——跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标，而遥测、指令分系统的主要任务是把卫星上的设备工作情况原原本本的告诉地面上的卫星测控站，同时忠实地接收并执行地面测控站发来的指令信号。天线分系统——包括通信天线和遥测指令天线，定向发射与接收无线电信号。通信转发器——接收地球站信号，对其低噪声放大和混频处理，再进行功率放大，送回地球站（宽频带收发信机）。28．卫