卫星通信原理PPT

W
75~110
mm
110~300
μm
300~3000
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来自百度文库
ITU 频率表示法
表示符号
VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
频率范围
3~30kHz 30~300kHz 300~3000kHz 3~30MHz 30~300MHz 300~3000MHz 3~30GHz 30~300GHz 300~3000GHz
卫星电视与视频会议系统
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第1章 卫星通信原 理
本章主要内容
• 无线电波； • 开普勒定律 ； • 对地静止轨道 ； • 卫星通信系统 ； • 卫星电视接收 ；
场地设计（作图题）解析
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卫星业务的开始
❖ 自从1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以来，人造卫星即被广泛应 用于通信，广播，电视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被送入 大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫星的商业通信。
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卫星通信系统的组成
➢ 卫星
空中中继站的作用，即把地球站发上来的电磁波放大后再返 送回另一地球站
➢ 地球站
卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫 星系统形成链路
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卫星通信系统的组成-卫星
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卫星通信系统的组成-地球站
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卫星通信的主要优点
（１）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均 可进行通信。
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卫星轨道要素
➢长半轴 ➢偏心率 ➢平均近点角 ➢近地点幅角 ➢倾角 ➢升交点的右旋升交点赤经
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卫星按轨道分类（高度）
➢低高度卫星：H<5000km，T<4h； ➢中高度卫星：5000km<H<20000km，
4h<T<12h； ➢高高度卫星：H>20000km，T>12h。
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卫星按轨道分类（倾角）
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卫星业务的频率分配（区域）
➢ 区域1：欧洲、非洲、前苏联和蒙古 ➢ 区域2：南北美洲和格陵兰岛 ➢ 区域3：亚洲（除区域1中的地区之外）、澳大利亚和西南太平洋
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卫星业务的频率分配（业务）
➢ 卫星固定业务（FSS） ➢ 卫星广播业务（BSS） ➢ 卫星移动业务 ➢ 卫星导航业务 ➢ 卫星气象业务
物理原因 大气层中的大气、云、雨
主要影响对象 大约10GHz以上的频率
信号去极化 折射、大气层的多径 信号闪烁
反射多径、阻挡
降雨、冰晶
C和Ku频段的双极化系统（与系统 配置有关）
大气层中的大气
低仰角时的通信和跟踪
对流层和电离层的折射率起伏 对流层：10GHz以上的频率和低仰 角；
电离层：10GHz以下的频率
地表面、地球表面上的物体 卫星移动业务
传播时延、变化 系统间干扰
对流层、电离层 风管、散射、衍射
精确定时和定位系统，时分复用 多址接入（TDMA）系统
目前主要是C频段；降雨散射可能 会影响更高频率
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开普勒第一定律
➢ 卫星运行路线——椭圆 ➢ 质心始终在其中一个焦点上
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开普勒第二定律
➢ 相同时间扫过相同面积 ➢ 离地球越远，穿越给定距离所需时间越长
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全球卫星分布图
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卫星的地球日蚀
在春分点和秋分点前后，当太阳穿越赤道时，在 一段时间内卫星进入地球的阴影区。
日蚀从二分点（春分点或秋分点）之前23天开始 ，在二分点之后23天结束。
持续时间开始约10分钟，逐渐增加到最大值约72 分钟，然后逐渐减少为约10分钟。
在日蚀期间，太阳能电池不能工作，卫星的工作 必须要由电池供给。
➢赤道轨道卫星：i = 0 ° ； ➢极轨道卫星： i = 90 °； ➢倾斜轨道卫星： 0 °< i < 90 °。
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卫星按轨道分类（周期）
➢同步卫星：T＝24h； ➢准同步卫星：T＝24/N or 24N h； ➢非同步卫星：T<>24 or 24/N or
24N h。
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对地静止轨道
（１）卫星必须以与地球旋转相同的速度向东运动； （２）轨道必须是圆形的； （３）轨道的倾角必须为零度。
………
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电磁波
场地设计（作图题）解析
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卫星常用频段
频段 VHF UHF
L S C X
频率范围（GHz） 0.1~0.3 0.3~1.0 1.0~2.0 2.0~4.0 4.0~8.0 8.0~12.0
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卫星常用频段
Ku
12.0~18.0
K
18.0~27.0
Ka
27.0~40.0
V
40.0~75
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开普勒第三定律
➢ 轨道周期的平方正比于两个球体之间平均距离的立方
a³= μ/ n²
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嫦娥一号飞行示意图
场地设计（作图题）解析
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卫星相关术语
➢ 远地点 ➢ 近地点 ➢ 拱线 ➢ 升交点 ➢ 降交点 ➢ 交点线 ➢ 倾角 ➢ 星下点 ➢ 近地点幅角
➢ 平均近点角
离地球最远的点。 离地球最近的点。 穿过地球中心连接远地点和近地点的连线。 轨道从南向北穿过赤道面的点。 轨道从北向南穿过赤道面的点。 穿过地球中心连接升交点和降交点的连线。 轨道面和地球赤道面之间的夹角。 地球上处于卫星垂直下方的点。 在地球中心处卫星轨道面内卫星运动方向上测得的从升 交点到近地点的角度。 卫星相对于近地点的角位置的平均值。
（２）不易受陆地灾害影响。 （３）建设速度快。 （４）易于实现广播和多址通信。 （５）电路和话务量可灵活调整。 （６）同一信道可用于不同方向和不同区域。
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卫星通信的主要缺点
（１）由于两地球站向电磁波传播距离有72000KM，信号到达有延迟。 （２）10GHZ以上频带受降雨雪的影响。 （３）天线受太阳噪声的影响。
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对地静止轨道
高度： hGSO = aGSO - aE = 42164 –6378 = 35786
注：这个值经常取为36000km。
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天线视角
概念：天线直接指向卫星所需要的方位角和仰角。 参数：三种参数确定地球站到对地静止轨道的视角。 （1）地球站的纬度 （2）地球站的经度 （3）星下点的经度（或称为卫星经度）
米制划分
万米波 千米波 百米波 十米波 米波 分米波 厘米波 毫米波 丝米波
c = ƒ·λ
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近似高度（km）
地球大气层的分层
自由空间 600 500 400 300
电离层 200 100 90
对流层 地球表面
场地设计（作图题）解析
冰晶层降雨
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卫星通信系统中的传输损耗
传输损耗 衰减和太空噪声的增加
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卫星的日凌中断
在春分点和秋分点前后，当卫星处于地球和太阳 之间，即太阳处于地球站天线的波束内，太阳就像一 个极大的噪声源，完全淹没了卫星的信号。