第1章卫星通信系统概述65页PPT文档
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
9
一、卫星轨道
开普勒定律 假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略太阳、 月球和其它行星的引力作用，卫星运动服从开 普勒三大定律。
10
开普勒（Johannes Kepler） 国籍:
德国 生卒日期:
1571.12.27 － 1630.11.15
主要成就: 发现了行星运动三定律
11
开普勒第一定律：卫星以地心为一个焦点做椭 圆运动。其轨道平面的极坐标为：
– 大的传输延时和衰减 – 仰角随着纬度的增高而降低（GEO） – 不能覆盖极地地区（GEO） – 轨位资源缺乏 – 发射费用高
r P
1 ecos
e
1
b a
2
P a(1e2)
12
图1 椭圆轨道的示意图
开普勒第二定律：卫星与地心的连线在相同时 间内扫过的面积相等。
V u(21) (km/s) ra
V为卫星在轨道上的瞬时速度。其中a为椭圆轨道的半 长轴，r为卫星到地心的距离。u为开普勒常数，u值为 398601.58*109m3/s2
三定律到数学的几何运算，从卫星的发射控制技术到卫星与地
球站之间的无线通信技术。
讲述卫星通信的基础知识，侧重于基本概念和原理，而对于复
杂的数学推导，则从略。
1
教材和参考书
• 朱立东等，《卫星通信导论》（第3版），北 京：电子工业出版社，2009年11月第1次印刷 （卫星通信课程教材）
• Dennis Roddy. Satellite Communications. The McGraw-Hill Companies, inc., 2019 （清华大学 出版社）
13
• 圆轨道卫星具有恒定的运动速度 V＝ (km/ s)
a
14
开普勒第三定律：卫星运转周期的平方与轨道 半长轴的3次方成正比。
Ts 2
a3 u
u为开普勒常数，u值为398601.58 109m3/s2。
15
1.1 卫星轨道
• 从轨道形状进行分类
– 圆轨道： GEO，GSO，MEO，LEO
• Timothy Pratt, Charles Bostian and Jeremy Allnutt. Satellite Communications. New York: John Wily and Sons, Inc., 2019 （电子工业出版社）
• 张乃通等，《卫星移动通信系统》(第2版）， 北京：电子工业出版社，2000
– 椭圆源自文库道 HEO
16
1.1 卫星轨道
• 从轨道高度进行分类
– 低地球轨道LEO：Low Earth Orbit，700 ~ 2000 km – 中地球轨道MEO：Medium Earth Orbit，10000 ~
20000 km – 同步轨道GSO：GeoSynchronous Orbit，35786
轨道高度 (km) 35786 10355 1469 780
在轨速度 (km/s) 3.0747 4.8954 7.1272 7.4624
轨道周期（时/分/秒 ） 23/56/04.1 05/59/01.0 01/55/17.8 01/40/27.0
18
Pentriad (Molnya HEO)
Teledesic Skybridge Globalstar
Iridium Orbcomm
1.1 卫星轨道
GPS
GLONASS
Outer Van Allen Belt
ICO, Spaceway NGSO
Concordian of Ellipso Borealis of Ellipso Inner
Van Allen Belt
内范伦带： 1500～5000 km 外范伦带: 13000～20000km
课程概况
课程简介
课程名称：卫星通信
课程学时：36
周学时：3
课程性质：专业选修
课程目的 本课程是为通信工程、计算机通信、无线电技术等专业高年级 学生开设的一门专业课，其目的是使学生掌握卫星通信系统的 组成、原理和技术的基础知识。
课程特点
通信技术、计算机技术和航空航天技术相结合的通信手段，是
一门交叉学科，涵盖的知识面相当广泛，从物理学科的开普勒
• Erich Lutz, Markus Werner and Axel Jahn. Satellite Systems for Personal and Broad Communications. Berlin: Springer-Verlag, 2000
2
卫星通信
通信：在两个或多个位置实现信息的传输、接 收和处理。 有线通信：光纤、电缆、明线 无线通信：短波/超短波通信、微波中 继通信、地面移动通信、卫 星通信
4
卫星通信的概念
卫星通信是指利用通信卫星转发器实现地 球站（或手持终端）之间、或者地球站与 航天器之间的无线电通信。
主要包括： 卫星固定通信 卫星移动通信 卫星直接广播 卫星中继通信
卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面 通信网的补充。
5
6
7
8
第一章 卫星通信系统概述
一、卫星轨道 二、卫星通信系统的组成 三、频率分配 四、卫星通信的特点 五、卫星通信的业务类型 六、卫星通信的发展
3
卫星通信起源
1946年，美国科学家用雷达把电波发射 到月球，并第一次接收到它的回波。这证明 了携带信号的电波可以穿过大气层，并可以 从大气层以外的星球上反射回地球。此后， 人类发射了用来通信的人造卫星，它能够把 地球上发来的电波信号经过放大处理后，再 发回地球，这样就实现了远距离国际卫星通 信。
km – 静止轨道GEO：GEostationary Orbit，35786 km – 高椭圆轨道HEO：Highly Elliptical Orbits，最高点
可达40000km
17
1.1 卫星轨道
• 典型卫星通信系统的轨道高度、卫星速度和轨道 周期如下表
卫星系统 Intelsat (GEO) NewICO (MEO) SkyBridge (LEO) Iridium (LEO)
LEO
MEO
GEO
Spaceway，Astrolink，Inmarsat，Intelsat
19
scale 0
10,000 Km
1.1 卫星轨道
20
1.1 卫星轨道
• GEO/GSO的主要优势
– 对地（球）位置相对固定 – 几乎恒定的传输延时 – 广阔的覆盖区域（单星覆盖面积约占地球表面1/3）
• GEO/GSO的主要缺点
一、卫星轨道
开普勒定律 假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略太阳、 月球和其它行星的引力作用，卫星运动服从开 普勒三大定律。
10
开普勒（Johannes Kepler） 国籍:
德国 生卒日期:
1571.12.27 － 1630.11.15
主要成就: 发现了行星运动三定律
11
开普勒第一定律：卫星以地心为一个焦点做椭 圆运动。其轨道平面的极坐标为：
– 大的传输延时和衰减 – 仰角随着纬度的增高而降低（GEO） – 不能覆盖极地地区（GEO） – 轨位资源缺乏 – 发射费用高
r P
1 ecos
e
1
b a
2
P a(1e2)
12
图1 椭圆轨道的示意图
开普勒第二定律：卫星与地心的连线在相同时 间内扫过的面积相等。
V u(21) (km/s) ra
V为卫星在轨道上的瞬时速度。其中a为椭圆轨道的半 长轴，r为卫星到地心的距离。u为开普勒常数，u值为 398601.58*109m3/s2
三定律到数学的几何运算，从卫星的发射控制技术到卫星与地
球站之间的无线通信技术。
讲述卫星通信的基础知识，侧重于基本概念和原理，而对于复
杂的数学推导，则从略。
1
教材和参考书
• 朱立东等，《卫星通信导论》（第3版），北 京：电子工业出版社，2009年11月第1次印刷 （卫星通信课程教材）
• Dennis Roddy. Satellite Communications. The McGraw-Hill Companies, inc., 2019 （清华大学 出版社）
13
• 圆轨道卫星具有恒定的运动速度 V＝ (km/ s)
a
14
开普勒第三定律：卫星运转周期的平方与轨道 半长轴的3次方成正比。
Ts 2
a3 u
u为开普勒常数，u值为398601.58 109m3/s2。
15
1.1 卫星轨道
• 从轨道形状进行分类
– 圆轨道： GEO，GSO，MEO，LEO
• Timothy Pratt, Charles Bostian and Jeremy Allnutt. Satellite Communications. New York: John Wily and Sons, Inc., 2019 （电子工业出版社）
• 张乃通等，《卫星移动通信系统》(第2版）， 北京：电子工业出版社，2000
– 椭圆源自文库道 HEO
16
1.1 卫星轨道
• 从轨道高度进行分类
– 低地球轨道LEO：Low Earth Orbit，700 ~ 2000 km – 中地球轨道MEO：Medium Earth Orbit，10000 ~
20000 km – 同步轨道GSO：GeoSynchronous Orbit，35786
轨道高度 (km) 35786 10355 1469 780
在轨速度 (km/s) 3.0747 4.8954 7.1272 7.4624
轨道周期（时/分/秒 ） 23/56/04.1 05/59/01.0 01/55/17.8 01/40/27.0
18
Pentriad (Molnya HEO)
Teledesic Skybridge Globalstar
Iridium Orbcomm
1.1 卫星轨道
GPS
GLONASS
Outer Van Allen Belt
ICO, Spaceway NGSO
Concordian of Ellipso Borealis of Ellipso Inner
Van Allen Belt
内范伦带： 1500～5000 km 外范伦带: 13000～20000km
课程概况
课程简介
课程名称：卫星通信
课程学时：36
周学时：3
课程性质：专业选修
课程目的 本课程是为通信工程、计算机通信、无线电技术等专业高年级 学生开设的一门专业课，其目的是使学生掌握卫星通信系统的 组成、原理和技术的基础知识。
课程特点
通信技术、计算机技术和航空航天技术相结合的通信手段，是
一门交叉学科，涵盖的知识面相当广泛，从物理学科的开普勒
• Erich Lutz, Markus Werner and Axel Jahn. Satellite Systems for Personal and Broad Communications. Berlin: Springer-Verlag, 2000
2
卫星通信
通信：在两个或多个位置实现信息的传输、接 收和处理。 有线通信：光纤、电缆、明线 无线通信：短波/超短波通信、微波中 继通信、地面移动通信、卫 星通信
4
卫星通信的概念
卫星通信是指利用通信卫星转发器实现地 球站（或手持终端）之间、或者地球站与 航天器之间的无线电通信。
主要包括： 卫星固定通信 卫星移动通信 卫星直接广播 卫星中继通信
卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面 通信网的补充。
5
6
7
8
第一章 卫星通信系统概述
一、卫星轨道 二、卫星通信系统的组成 三、频率分配 四、卫星通信的特点 五、卫星通信的业务类型 六、卫星通信的发展
3
卫星通信起源
1946年，美国科学家用雷达把电波发射 到月球，并第一次接收到它的回波。这证明 了携带信号的电波可以穿过大气层，并可以 从大气层以外的星球上反射回地球。此后， 人类发射了用来通信的人造卫星，它能够把 地球上发来的电波信号经过放大处理后，再 发回地球，这样就实现了远距离国际卫星通 信。
km – 静止轨道GEO：GEostationary Orbit，35786 km – 高椭圆轨道HEO：Highly Elliptical Orbits，最高点
可达40000km
17
1.1 卫星轨道
• 典型卫星通信系统的轨道高度、卫星速度和轨道 周期如下表
卫星系统 Intelsat (GEO) NewICO (MEO) SkyBridge (LEO) Iridium (LEO)
LEO
MEO
GEO
Spaceway，Astrolink，Inmarsat，Intelsat
19
scale 0
10,000 Km
1.1 卫星轨道
20
1.1 卫星轨道
• GEO/GSO的主要优势
– 对地（球）位置相对固定 – 几乎恒定的传输延时 – 广阔的覆盖区域（单星覆盖面积约占地球表面1/3）
• GEO/GSO的主要缺点