专题2卫星通信教材

1、1 卫星通信系统卫星通信系统 2 卫星通信概论卫星通信概论 vv一、卫星通信的基本概况一、卫星通信的基本概况 vv二、卫星通信发展的历史二、卫星通信发展的历史 vv三、我国卫星通信发展史三、我国卫星通信发展史 vv四、卫星通信四、卫星通信主要特点主要特点 vv五、卫星通信五、卫星通信主要难点主要难点 vv六、卫星通信六、卫星通信应用范围应用范围 3 一、卫星通信概述一、卫星通信概述 vv、卫星通信概念、卫星通信概念 vv、卫星通信可行性、卫星通信可行性 vv、卫星通信组成、卫星通信组成 卫星空间部分卫星空间部分 卫星地球站卫星地球站 地面测控站地面测控站 4 卫 星 通 信 原 理 示 意 图 5 1 1、卫星通信概念的提出、卫星通信概念的提出 vv概念的产生：概念的产生： 时间时间19451945年年1010月；人物月；人物英国物英国物 理学家、空军雷达军官克拉克；理学家、空军雷达军官克拉克； vv克拉克设想：克拉克设想： 把中继站用火箭发射到赤道上空的静止把中继站用火箭发射到赤道上空的静止 轨道上，每隔轨道上，每隔120120度设一个静止卫星这度设一个静止卫星这 样不仅能够实现远距

2、离通信，甚至能够样不仅能够实现远距离通信，甚至能够 实现全球通信。实现全球通信。 克拉克设想，把中继站克拉克设想，把中继站 用火箭发射到赤道上空用火箭发射到赤道上空 的静止轨道上，每隔的静止轨道上，每隔 120120度设一个静止卫星度设一个静止卫星 ，这样不仅能够实现远，这样不仅能够实现远 距离通信，而且还能够距离通信，而且还能够 实现全球通信。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 阿波罗登月计划阿波罗登月计划 vv起因与时间：起因与时间： 前苏联宇航员加加林进入太空。前苏联宇航员加加林进入太空。 时间：时间：19611961年年4 4月月1212日乘东方一号日乘东方一号 宇宙飞船。宇宙飞船。 vv人类登月成功：人类登月成功： “ “阿波罗阿波罗” ”1111号飞船于号飞船于19691969年年7 7月月 20-2120-21日首次日首次 实现人登上月球实现人登上月球 的理想。此后，美国又相继的理想。此后，美国又相继6 6次次 发射发射“ “阿波

3、罗阿波罗” ”号飞船，其中号飞船，其中5 5次次 成功。总共有成功。总共有1212名航天员登上月球。名航天员登上月球。 加加林加加林 阿姆斯特朗阿姆斯特朗 9 阿波罗登月计划阿波罗登月计划 vv对登月计划的质疑：对登月计划的质疑： 代表人物：著名物理学教授哈姆雷特。代表人物：著名物理学教授哈姆雷特。 vv质疑内容：质疑内容： 1 1、阿波罗登月照片纯属伪造、阿波罗登月照片纯属伪造 2 2、阿波罗登月录像带在地球上摄制、阿波罗登月录像带在地球上摄制 3 3、月球表面干燥脚印却非常清晰、月球表面干燥脚印却非常清晰 4 4、阿波罗计划进展速度可疑、阿波罗计划进展速度可疑 5 5、对土星五号火箭和登月舱的质疑、对土星五号火箭和登月舱的质疑 6 6、温度对摄影器材的影响、温度对摄影器材的影响 10 背景背景1 1：短波通信：短波通信 vv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短波，短波通信是利用电离层的反射来实现 信息的传输。信息的传输。 vv缺点：缺点： 由于电离层的高度和反射率随季节、昼夜而由

4、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。者具有丰富的经验才能正常使用。 vv缺点：缺点： 可用频段有限，不足可用频段有限，不足30MHz30MHz，且全球共用。，且全球共用。 11 短 波 通 信 示 意 图 12 背景背景2 2：微波中继接力通信：微波中继接力通信 vv微波通信微波通信 由于微波是直线传输的，地面对微波吸由于微波是直线传输的，地面对微波吸 收很严重，因此每隔收很严重，因此每隔5050到到8080公里，需要公里，需要 架设很高的铁塔（架设很高的铁塔（8080100100米）来建造米）来建造 中继站，进行逐段接力通信，实现远距中继站，进行逐段接力通信，实现远距 离通信。离通信。 vv优缺点：优缺点： 微波通信较稳定、通信容量较大，但随微波通信较稳定、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。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 15 2 2、卫星通信的可行性、卫

5、星通信的可行性 vv重要性重要性 克拉克的设想发表后，受到了各国科学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，纷纷开展了卫星技达到了一定的水平，纷纷开展了卫星技 术的研究。术的研究。 vv可行性可行性 19571957年年1010月，前苏联成功地发射了世界月，前苏联成功地发射了世界 上第一颗人造地球卫星，证实了上述理上第一颗人造地球卫星，证实了上述理 论的可行性。论的可行性。 16 2 2、卫星通信的可行性、卫星通信的可行性 vv二战后期的二战后期的V-2V-2火箭火箭 设计者：德国科学家冯设计者：德国科学家冯. .布劳恩布劳恩 性能指标：长性能指标：长13.513.5米，重米，重1313吨，吨， 载荷载荷1 1吨，射程吨，射程322322千米。千米。 投入使用：投入使用：19441944年年9 9月，目标伦敦。月，目标伦敦。 vv冯冯. .布劳恩布劳恩 美国第一颗卫星的发射成功，以及第一艘载美国第一颗卫星的发射成功，以及第一艘载 人登月飞船人登月飞船“ “阿波罗阿波罗1111号号” ”登上月球作出突出贡

6、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。献，而航天飞机的研制也是自他手中开始。 17 2 2、卫星通信的可行性、卫星通信的可行性 vv实现卫星通信的两个条件实现卫星通信的两个条件 1 1、运载工具、运载工具 具有足够推力和精度的多级火箭。具有足够推力和精度的多级火箭。 2 2、人造卫星、人造卫星 集电子、机械、控制等多学科综合能力集电子、机械、控制等多学科综合能力 。 3 3、具备能力的国家、具备能力的国家 前苏联、美国、法国、日本、中国、印度（英国、前苏联、美国、法国、日本、中国、印度（英国、 以色列、伊朗）朝鲜？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 、卫星通信、卫星通信 系统的组成系统的组成 控制管理分系统 卫星分系统 19 1 1）通信卫星（卫星分系统）通信卫星（卫星分系统） vv位置和姿态控制系统位置和姿态控制系统 vv天线系统天线系统 vv空间转发器系统空间转发器系统 vv遥测指令系统遥测指令系统 vv电源系统电源系统 vv温控系统温控系统 vv入轨和推进系统入轨和推进系统 20 转发器系统

7、 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位置和姿态控制系统 vv功能：功能： 它是卫星的它是卫星的“ “平衡器官平衡器官” ”，用于保持和控，用于保持和控 制卫星在轨道上的正确位置和姿态。制卫星在轨道上的正确位置和姿态。 22 星上天线系统星上天线系统 vv天线的作用天线的作用 它是卫星的它是卫星的“ “耳目耳目” ”，收发，收发 无线电信号的出入口。无线电信号的出入口。 vv天线分类：天线分类： 根据通信需要，天线有全球根据通信需要，天线有全球 波束天线、区域波束天线、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。国内波束天线和点波束天线等多种。 23 空间转发器空间转发器 vv转发器功能转发器功能 它是卫星的主体，用于放大、它是卫星的主体，用于放大、 变频进而转发天线收到的无变频进而转发天线收到的无 线电信号。线电信号。 vv转发系统转发系统 一颗通信卫星上有几个到几十个转发器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，每个转发器能同时接收和转发多个地

8、 球站的信号。球站的信号。 24 遥测指令系统遥测指令系统 vv报告卫星状态报告卫星状态 用于将卫星工作情况及时用于将卫星工作情况及时 通知地面测控站。通知地面测控站。 vv接收控制指令接收控制指令 地面测控站发出的指令信号，地面测控站发出的指令信号， 使星上设备按指令动作。使星上设备按指令动作。 25 星上电源系统星上电源系统 vv主要功能： 主要功能： 它是卫星的它是卫星的“ “心脏心脏” ”，用于，用于 提供星上设备工作所需的电能。提供星上设备工作所需的电能。 vv电源系统电源系统 有太阳能电池阵、蓄电池组等。有太阳能电池阵、蓄电池组等。 26 星上温控系统星上温控系统 vv主要功能： 主要功能： 它象卫星的它象卫星的“ “保姆保姆” ”， 用于保证卫星表面温用于保证卫星表面温 度在正常范围之内。度在正常范围之内。 27 入轨和推进系统入轨和推进系统 vv主要功能： 主要功能： 它有点象卫星的它有点象卫星的“ “拐棍拐棍” ”，用来保证卫星，用来保证卫星 在太空中的正确姿态。在太空中的正确姿态。 在地面测控站的指挥下，星上轴向和横在地面测控站的指挥下，星上轴向和横 向两个喷射推进

9、器来控制卫星的姿态。向两个喷射推进器来控制卫星的姿态。 28 2 2）卫星地球站）卫星地球站 天线与人 29 卫星地球站卫星地球站 vv地球站组成：地球站组成： 它一般由它一般由天线、馈线设备、发射设备、天线、馈线设备、发射设备、 接收设备、信道终端设备、电源设备、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自动跟踪设备以及临近设备等组成。等组成。 vv卫星天线：卫星天线： 抛物面天线，这种天线的抛物面反射器抛物面天线，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。，即有很强的方向性。 30 卫星地球站（续）卫星地球站（续） vv天线的作用：天线的作用： 它可以减小无线电波在空间传播时的损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。设备接收正常的信号。 vv自动跟踪设备：自动跟踪设备： 能根据卫星遥测系统发出的信号，迅速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。线使它对准九宵云外的卫星。 31 卫星地球站（续）卫星地球站（续） vv发射和接收设备：发射和接收设备

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