卫星通信系统

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二、通信卫星的组成 4.控制分系统 4.控制分系统 主要功能：在跟踪、 主要功能：在跟踪、遥测指令系统的指令控制下完成 对卫星的各种控制，包括对卫星的位置控制、 对卫星的各种控制，包括对卫星的位置控制、姿态控 温度控制、 制、温度控制、各种设备的工作状态控制及主备用设 备切换等。 备切换等。 主要组成：一系列机械的或电子的可控调整装置组成， 主要组成：一系列机械的或电子的可控调整装置组成， 如各种喷气推进器、驱动装置、加热及散热装置， 如各种喷气推进器、驱动装置、加热及散热装置，各 种转换开关等等。 种转换开关等等。
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二、通信卫星的组成
2. 通信分系统(通常所说的转发器) 通信分系统(通常所说的转发器) 主要功能：在通信卫星中直接起中继站作用， 主要功能：在通信卫星中直接起中继站作用， 完成接收、 处理、发射信号作用。 完成接收、 处理、发射信号作用。 对转发器的基本要求：以最小的附加噪声和失 对转发器的基本要求： 真，以足够的工作频带和输出功率为各地球站 有效而可靠地转发无线电信号。 有效而可靠地转发无线电信号。转发器通常分 为透明转发器和处理转发器两类。 为透明转发器和处理转发器两类。
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21.2 通信卫星
2.卫星的类型 2.卫星的类型 1）赤道轨道卫星 2）极轨道卫星 3）倾斜轨道卫星 4）低高度轨道卫星 5）中高度轨道卫星 6）高高度轨道卫星
42%左右 同步卫星（静止卫星：可覆盖地球表面积的42% 7）同步卫星（静止卫星：可覆盖地球表面积的42%左右 ）
8）非同步卫星（卫星运转周期与地球自转周期不相同） 非同步卫星（卫星运转周期与地球自转周期不相同）
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二、通信卫星的组成
5.电源分系统 主要功能：给卫星上的各种电子设备提供电能的。 主要功能：给卫星上的各种电子设备提供电能的。 对电源分系统的要求：体积小、重量轻、效率高，在卫星寿命期 电源分系统的要求：体积小、重量轻、效率高， 的要求 间内保持输出足够的电能。 间内保持输出足够的电能。 主要组成：太阳能电池、化学电池及电源控制电路。 主要组成：太阳能电池、化学电池及电源控制电路。 1）太阳能电池：把太阳辐射的光能直接转换为电能。太阳能电池有 太阳能电池：把太阳辐射的光能直接转换为电能。 光电器件组成，大多采用N 光电器件组成，大多采用N－P型单晶硅薄片贴在星体表面的绝缘 膜上或专用的帆板上，将各片的电极适当分组串、并联起来， 膜上或专用的帆板上，将各片的电极适当分组串、并联起来，构 成输出功率较大的太阳能电池阵。但它的输出的电压很不稳定， 成输出功率较大的太阳能电池阵。但它的输出的电压很不稳定， 电压数值不一定满足要求， 电压数值不一定满足要求，须经电压调节器后才能使用 。当卫星 没有发生星蚀时，由太阳能电池提供电能， 没有发生星蚀时，由太阳能电池提供电能，并通过充电控制器给 蓄电池充电； 蓄电池充电； 2）化学电池：大多采用镍隔蓄电池，与太阳能电池并接。星蚀时， 化学电池：大多采用镍隔蓄电池，与太阳能电池并接。星蚀时 由蓄电池供电，以保证通信卫星正常工作。 由蓄电池供电，以保证通信卫星正常工作。
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21.1卫星通信系统的基本组成 卫星通信系统的基本组成
一、组成 卫星通信系统由空间设备通信卫星、地面设备地球站、 卫星通信系统由空间设备通信卫星、地面设备地球站、跟 由空间设备通信卫星 踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四大功能部分组成 。 1）空间设备也就是通信卫星是由若干个转发器、数副天线与位 ）空间设备也就是通信卫星是由若干个转发器、 置和姿态控制、遥测和指令、电源分系统组成， 置和姿态控制、遥测和指令、电源分系统组成，其主要作用 是转发各地球站信号。 是转发各地球站信号。 2）地球站由天线、发射、接收、终端分系统及电源、监控和地 地球站由天线、发射、接收、终端分系统及电源、 面设备组成，主要作用是发射和接收用户信号。 面设备组成，主要作用是发射和接收用户信号。 3）地面的跟踪遥测及指令分系统、监控管理分系统并不直接用 地面的跟踪遥测及指令分系统、 于通信，而是用来保障通信的正常进行。 于通信，而是用来保障通信的正常进行。 4）监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开道 前的监测和业务开通后的例行监测与控制。 前的监测和业务开通后的例行监测与控制。
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三、接收分系统
1.功能：将天线分系统送来卫星发回的射频信号进行低 功能： 功能 噪声放大、分离、下变频为中频信号（载波～ 噪声放大、分离、下变频为中频信号（载波～般为 70MHz）、再解调成基带信号，然后输送给终端分系 ）、再解调成基带信号 ）、再解调成基带信号， 统。 2.要求：高灵敏度，低噪声。 要求：高灵敏度，低噪声。 要求 3.组成： 组成： 组成
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五、控制分系统
功能 控制分系统是用来监视地球站的总体工作状态、 控制分系统是用来监视地球站的总体工作状态、 通信业务、 通信业务、各种设备的工作情况以及现用与备用设备 的情况、对地球站的通信设备进行遥测、 的情况、对地球站的通信设备进行遥测、遥控以及现 备用设备的自动转换、对各部分电路进行测试等。 用、备用设备的自动转换、对各部分电路进行测试等。
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二、 通信卫星的组成
1.天线分系统 1.天线分系统 主要功能：定向发射和接收无线电信号。 主要功能：定向发射和接收无线电信号。 天线类型：遥测、 天线类型：遥测、指令和信标天线和通信天线 1）遥测、指令和信标天线 遥测、 一般是全向天线，以便在任意卫星姿态可靠地接收指令和向 一般是全向天线， 地面发射遥测数据及信标； 地面发射遥测数据及信标； 2）通信天线 主要是接收、转发地球站的通信信号，都采用定向天线， 主要是接收、转发地球站的通信信号，都采用定向天线，通 常按其天线波束覆盖区的大小分为球波束天线、赋形波束天线、 常按其天线波束覆盖区的大小分为球波束天线、赋形波束天线、 点波束天线。球波束天线覆盖地球表面积最大， 点波束天线。球波束天线覆盖地球表面积最大，可达地球表面积 1/3；赋形波束天线覆盖地球表面的某一特定的区域， 1/3；赋形波束天线覆盖地球表面的某一特定的区域，如某一国 家的领土；点波束天线波束很窄，覆盖地球表面某一的小区。 家的领土；点波束天线波束很窄，覆盖地球表面某一的小区。
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第21章 卫星通信系统
学习目标 掌握卫星通信系统的基本组成 掌握卫星通信系统的基本工作过程 了解通信卫星类型 了解通信卫星类型 掌握通信卫星的组成，了解通信卫星各分系统的作用 掌握通信卫星的组成，了解通信卫星各分系统的作用 通信卫星 掌握地球站的组成，了解地球站各分系统的作用 掌握地球站的组成，了解地球站各分系统的作用 地球站
4）低高度轨道（按离地面最大的高度h<5000km） 低高度轨道（按离地面最大的高度h<5000km） h<5000km km） 5）中高度轨道（5000km <h<20000 km） 中高度轨道（ km） 6）高高度轨道（h<20000 km） 高高度轨道（ 7）静止轨道（同步轨道） 静止轨道（同步轨道）
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二、发射分系统
1.功能： 1.功能：将终端分系统送来的基带信号调制为载 功能 波为中频的（如载波为70MHz 频带信号， 70MHz） 波为中频的（如载波为70MHz）频带信号，然 后对该中频已调载波进行上变频变换成射频信 号，并把这一信号的功率放大到一定值后输送 给天线分系统向卫星发射。 给天线分系统向卫星发射。 组成： 2. 组成： 要求：发射功率大、频带宽度500MHz以上、 500MHz以上 3. 要求：发射功率大、频带宽度500MHz以上、增 益稳定以及功率放大器的线性度高。 益稳定以及功率放大器的线性度高。
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四、终端分系统
功能 把一切经由地球站上行或下行的信号（电报、 把一切经由地球站上行或下行的信号（电报、电 传真、电视、数据等）进行加工、处理， 话、传真、电视、数据等）进行加工、处理，例如对 上行信号进行加入报头、扰码、信道纠错编码等， 上行信号进行加入报头、扰码、信道纠错编码等，对 下行的信号进行信道解码、去扰码、去报头， 下行的信号进行信道解码、去扰码、去报头，对接收 国际电视节目的卫星信号可能还要进行制式转换等。 国际电视节目的卫星信号可能还要进行制式转换等。
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二、通信卫星的组成 3. 跟踪、遥测与指令分系统 跟踪、 遥测设备: 1)遥测设备:用各种传感器和敏感元件等器件不断测得有 关卫星姿态及星内各部分工作状态等数据，如电压、 关卫星姿态及星内各部分工作状态等数据 ， 如电压 、 电流、温度等。 这些数据经处理后， 电流 、 温度等 。 这些数据经处理后 ， 通过专用的发射 机和天线发给地面的跟踪、遥测指令系统。 机和天线发给地面的跟踪、遥测指令系统。 指令设备:接收地面跟踪、 2)指令设备:接收地面跟踪、遥测指令系统发来的控制指 令 ， 处理后向控制分系统发出有关卫星姿态和位置校 星体内温度调节、主备用部件切换、 正 、 星体内温度调节 、 主备用部件切换 、 转发器增益 换档等控制指令信号。 换档等控制指令信号。
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21.2 通信卫星
一、通信卫星的轨道与类型 1. 卫星的轨道
卫星运行轨道平面与赤道平面的夹角为0° 1）赤道轨道（卫星运行轨道平面与赤道平面的夹角为 °）
2）极轨道（卫星运行轨道平面与赤道平面的夹角为 °） 极轨道（卫星运行轨道平面与赤道平面的夹角为90°
夹角在0° 3）倾斜轨道（夹角在 °和90°之间） °之间）
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六、电源分系统
功能 供应地球站内全部设备所需的电能， 供应地球站内全部设备所需的电能，通常 设有应急电源设备和交流不间断电源设备。 设有应急电源设备和交流不间断电源设备。 应急电源设备
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本章小结
卫星通信系统由空间设备通信卫星、地面设备地球站、 跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四大功能部分组 成。跟踪遥测指令站是用来接收卫星发来的信标和各种数据， 然后经过分析处理，再向卫星发出指令去控制卫星的位置、 姿态及各部分工作状态。地面的跟踪遥测及指令分系统、监 控管理分系统并不直接用于通信，而是用来保障通信的正常 进行。 通信卫星主要由天线分系统、通信分系统（转发器）、 遥测与指令分系统、控制分系统和电源分系统五大部分组成。 典型的国际国内A、B型大地球站由天线分系统、发射 分系统、接收分系统、终端分系统、控制分系统和电源分系 统等组成。
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21.3 地球站
地球站组成 天线分系统 发射分系统 接收分系统 终端分系统 控制分系统 电源分系统
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一、天线分系统
1.功能：完成发送信号、接收信号和跟踪卫星的任务， 1.功能：完成发送信号、接收信号和跟踪卫星的任务， 功能 即将发射系统送来的大功率微波信号对准卫星辐射出 同时接收卫星转发来的微波信号送到接收系统。 去；同时接收卫星转发来的微波信号送到接收系统。 由于卫星转发来的微波信号很微弱，所以天线尺寸做 由于卫星转发来的微波信号很微弱， 得大一些，天线直径一般20m到30m，使接收弱信号的 得大一些，天线直径一般 到 ， 本领强一些。 本领强一些。 2.组成：天线、馈线设备和跟踪设备。 2.组成：天线、馈线设备和跟踪设备。目前主要用性能 组成 较好的卡塞格伦天线 卡塞格伦天线。 较好的卡塞格伦天线。 3.要求：合乎规定工作频率范围；具有足够的带宽；具有 要求：合乎规定工作频率范围；具有足够的带宽； 要求 较高的增益；低的等效噪声温度； 较高的增益；低的等效噪声温度；良好的旋转性能以 及足够的机械精密度等。 及足够的机械精密度等。
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21.1卫星通信系统的基本组成 卫星通信系统的基本组成
二、卫星通信的网络结构 1.星形结构 1.星形结构 2.网状结构 2.网状结构 3.星形与网状的混合结构 3.星形与网状的混合结构
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21.2 卫星通信系统的基本工作过程
在卫星通信系统中，各地球站要构成双工 通信，要向卫星发射信号，也要接收从卫星转 发来的其他地球站发给本站的信号。