通信导论第六章卫星通信教材课程
68页1、,第六章 卫星通信,卫星通信系统,一.通信卫星 二.同步通信卫星组成 三.卫星通信系统特点 四.卫星通信系统的组成与原理 五.数字卫星通信系统 六.卫星地球站 七.典型数字卫星通信系统介绍,一.通信卫星,地球卫星都有自己的运行轨道,这种轨道有圆形,也有椭圆形,轨道所在的平面称为轨道面,轨道面都要通过地心。 当卫星的轨道平面与赤道平面的夹角为0时,地球卫星的轨道称赤道轨道。当卫星轨道平面与赤道平面夹角为90时,卫星的轨道为极轨道。当卫星轨道平面与赤道平面夹角在090之间时,称卫星轨道为倾斜轨道。当赤道轨道呈圆形,且离地面高度为35786.6km时,此轨道称为同步轨道。那么同步卫星是怎么进入同步轨道的呢?,地球同步通信卫星,用三颗同步卫星就可以实现全球通信,同步通信卫星的通信范围,卫星通信示意图,二.同步通信卫星组成,同步通信卫星主要由: 1.控制分系统 2.通信分系统 3.遥测指令分系统 4.电源分系统 5.温控分系统等组成,1.控制分系统,控制分系统主要由各种可控的调整装置、驱动装置(喷气抵进器)及各种转换开关等组成。它在地面遥控指令下,主要完成对卫星姿态、位置、工作状态,主、备用设备
2、切换等控制功能。,2.通信分系统,通信分系统是通信卫星的关键,主要由天线和转发器两大部分组成。 1)天线:要体积小、重量轻、馈电方便、易折叠、易展开;电器特性好、增益高、效率高、宽频带等。目前使用的星载天线有喇叭型、抛物面反射型和相控阵列型三类。与数字信号处理密切相关的相控阵列天线得到越来越广泛的应用,其波束可根据地面控制站的指令重新赋形或动态地进行调节。 2)转发器:卫星通信转发器(星载转发器)工作在通信卫星平台上,要求在没有维修和更换器件的条件下稳定工作(由卫星寿命确定)。星载转发器有三种,即双、单变频转发器和处理转发器。,天线部分组成原理,星载转发器有三种,(1)单变频转发器。此转发器是目前用得较多的转发器。这种转发器较简单,实现容易。 (2)双变频转发器。现在用得很少。 (3)处理转发器。处理转发器,主要具有处理信号的功能。在卫星上的信号处理主要指经下变频后,对信号进行解调后的处理,然后重新调制、上变频、功放后发向地面站。卫星上的信号处理一般分三种情况:第一种是对数字信号进行判决、再生,使噪声不积累;第二种是多个卫星天线之间的信号交换处理;第三种为更复杂的星上处理系统,它包括了
3、信号的变换、交换和处理等。,星载转发器的功率放大器,星载转发器的功率放大器通常采用行波管放大器(TWTA)。典型的TWTA可将直流电源的60%转换为RF输出。近年来的TWTA可工作15年甚至更长时间。为了供给TWTA较高的工作电源电压,转发器还有电源控制器,能高效地将直流低电压转换为直流高电压。 为了提高星载转发器的可靠性,一些容易失效的模块或器件都有冗余配置,并配有各种切换开关,以便在工作单元失效时切换至备用单元 。,3.遥测指令分系统,l)遥测部分 此部分主要收集卫星上设备工作的数据,如电流、电压、温度、传感器信息、气体压力指令证实等信号。这些数据经处理后送往地面监测中心站。 2)遥控指令部分 地球上收到卫星遥测的有关数据时,要对卫星的位置、姿态进行控制。设备中的部件转换,大功率电源开关等,都要由遥控指令来进行。地面控制中心把指令发向卫星,在卫星上经处理后送往控制设备,控制设备根据指令的准备、处理、执行几个阶段来完成对卫星上各部分设备的控制和备用部件的倒换等。,4.电源分系统,卫星上设备工作的能源,主要由太阳能电池提供,辅助以原子能电池和化学电池。对电池的要求高,除要求体积小、重量
4、轻、高效率、高可靠性外,还要求提供电能的时间长而稳定。为保证卫星上的设备供电,在卫星上特别设置了电源控制电路,在特定情况下进行电源的控制。,5.温控分系统,通信卫星里的设备都是在密闭环境下工作的。电器设备工作,特别是行波管功率放大器(TWTA)产生的热量及卫星受太阳照射等使温度会发生变化,而电器设备工作对温度有要求,特别是本振设备,要求温度恒定,因此就必须对星上温度进行控制。在卫星上的温度传感器,随时监测卫星的温度并把信号送回监控站,如发生异常,地面通过遥控指令进行控制,以恢复保持预定的温度。,三、卫星通信的特点,卫星通信系统以通信卫星为中继站,与其它通信系统相比较,卫星通信有如下特点: (1)覆盖区域大,通信距离远。一颗同步通信卫星可以覆盖地球表面的三分之一区域,因而利用三颗同步卫星即可实现全球通信。它是远距离越洋通信和电视转播的主要手段。,(2)具有多址连接能力。地面微波中继的通信区域基本上是一条线路,而卫星通信可在通信卫星所覆盖的区域内,所有四面八方的地面站都能利用这一卫星进行相互间的通信。我们称卫星通信的这种能同时实现多方向、多个地面站之间的相互联系的特性为多址连接。,卫星通信
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