卫星应急通信

l NB cos θ d l
(2.5 )
式中，f为电波频率(GHz)；e为
电子电荷(C)；m为电子质量(g)；
ε0为真空介电常数；N为电子密
3
当频率小于1 GHz时，法拉第旋 转比较明显；而当频率大于10 GHz时，法拉第旋转可忽略不计。 因此对UHF和L频段易采用圆极化
有不同程度的衰减和起伏。 1) 大气折射的影响
(2) 大气闪烁。由大气折射率 的变化引起的电波强度的变化， 叫大气闪烁。这种闪烁的衰减周 期为数十秒。2～10 GHz的大气闪 烁是由于大气折射率的不规则性
2) 电离层闪烁 由于电离层中不均匀体的发 生和发展，造成了穿越其中的电 波的散射，使得电磁能量在时空
2.1 卫星应急通信原理
2.1.1 卫星通信的基本概念和特点 1. 卫星通信的基本概念 卫星通信是指利用人造卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地
球站之间进行的通信。它是宇宙通信的形式之一。
以宇宙飞行体或通信转发体 为对象的无线电通信称为宇宙通 信，它包括三种形式：第一，地 球站与宇宙站之间的通信；第二， 宇宙站之间的通信；第三，通过
2.1.2 卫星通信的信道 卫星通信经常应用于一些环 境比较复杂、移动性比较强的紧 急情况下，与其他通信相比，信 道变化更加复杂，因此，在系统
1. 无线电波传输的链路种类 在卫星通信中，不同的无线 收/发机建立了各自不同的无线传 输链路，综合起来，卫星通信系 统中主要包括以下几种类型的无
线传输链路：Βιβλιοθήκη Baidu
2. 传输损耗 除卫星之间的链路(链路(3))的 电波传播环境较简单以外，卫星 通信中其他电波传播要经过对流 层(含云层和雨层)、平流层直至外
1) 自由空间传播模型 自由空间传播模型用于预测 接收机和发射机之间是完全无阻 挡的视距路径时的接收信号场强。 卫星通信系统和微波视距无线链 路 多是数典大型尺Pr的度d 自 无P4tπG由 线t2Gd空 电r 2λL2 间 波传 传播播。模(2与型.1) 大类 似，自由空间模型预测接收功率 的衰减为T(发射机)-R(接收机)距
(2) 覆盖面积广，可进行多址 通信。许多其他类型的通信手段， 通常只能实现点对点的通信。而 卫星通信，由于它是大面积覆盖， 因而只要是在卫星天线波束的覆 盖区域内，都可以设置地球站。 共用同一颗卫星在这些地球站间 进行双边或多边通信，或者说多
址通信。
(4) 机动灵活。卫星通信不仅 能作为大型固定地球站之间的远 距离干线通信，而且可以在车载、 船载、机载等移动地球站间进行 通信，甚至还可以为个人终端提
3) 法拉第旋转 由于地球磁场的影响，电离 层为各向异性媒质。一个幅度为A 的线极化波，可以分解为幅度均 为A/2的右旋和左旋圆极化波之和。 当左旋和右旋圆极化波通过各向 异性的电离层媒质时，两者的传 播速度不同，致使两个圆极化波 的相位差发生变化。当它们通过
Ω
e3
8π 2 m 2ε0 f 2
当卫星的运行轨道属于低轨 道且只利用一颗卫星进行通信时， 由于地球曲率的存在，那么相距
较远的两个地球站就不能同时
当卫星运行轨道较高时，相 距较远的两个地球站便可以同时 “看”到卫星，并且将一个地球 站发出的信号，经卫星处理后， 立即转发给另一个地球站，因此， 这种系统称为立即转发式卫星通
信系统。
其中，Pt为发射功率；Pr(d) 是接收功率，为T-R距离的函数； Gt是发射天线增益；Gr是接收天 线增益；d是T-R间距离(m)；L是
2) 大气损耗 电波的传播并非是在真正的 自由空间进行的。在地球周围的 空间里，电波既要受到电离层中 自由电子和离子的吸收，又要受
(1) 晴天的大气损耗L。晴天 的大气损耗L 是电波仰角和频率 的函数。在0.3～10 GHz的频段内， 大气损耗L 较小，尤其是当仰角 高于5°时，损耗可以忽略不计。 而当频段为30 GHz时，大气损耗
通过观测数据表明，电离层 闪烁发生的频率和强度与时间、 地区太阳活动有关，衰减强度与 工作频率有关。当工作频率高于 1 GHz时，电离层闪烁的影响一般 较小。但由于卫星通信系统的工 作频率一般较低，因此电离层闪 烁效应必须考虑。即使是工作在C
电离层闪烁影响的频率和地 域都较宽，不易通过频率分集、 极化分集、扩展频谱等方法解决， 例如，在UHF频段，受衰落影响 的频域的带宽很宽，3 dB相干带
当卫星的运行轨道在赤道平 面内，其高度大约为35 800千米
若以120°的等间隔在静止轨 道上配置三颗卫星，则在地球表 面出现了除两极地区未受到卫星 天线波束的覆盖外，其他区域均 在覆盖范围内，其中一部分区域 还是两个静止卫星天线波束覆盖
2. 卫星通信的特点 卫星通信与其他通信手段相 比，具有以下特点： (1) 通信距离远，且费用与通 信距离无关。利用静止卫星通信，
① 降雨产生的损耗LR。仰角 为θ的传播路径LR 上 γR的lR θ降 雨衰减量为
(2.2) 式中，γR为降雨衰减系数(由雨滴
②
Lg
0云.14和8f 雾2/νm产1.43(生dB的/km损) 耗Lg。
(2.3)
LS 7.47105 f I 1 5.77105 f 3 I 0.6 (dB/km)
式中，f为电波的频率(GHz(2).4；) vm
式中，f为工作频率，(GHz)； I为降雪强度(即每小时在单位容器 内积雪融化成水的高度)，单位为 (mm/h)。当f ≤15 GHz且I≥4 mm/h
3. 地球周围空间对电波传播的影 响
上面我们论述了电波在地球 周围空间传播时的传播损耗。除 此之外，电波在上述空间传播时， 由于大气层、对流层和电离层对 电波作用的结果，电波的传播会
正是由于卫星通信具有上述 特点，因此卫星通信作为现代高 技术通信手段，与其他通信手段 相比，具有无缝隙覆盖、提供多 业务和灾害性应急通信等优势。 无缝隙覆盖是指卫星通信不受地 理条件限制、覆盖范围广，能够 涉及地球上的山山水水和外层空
卫星通信代表着国家战略利 益。由于外层空间蕴涵着巨大的 政治、经济和军事利益，各国在 外层空间的争夺，特别是对外层 空间的轨道位置和频率等稀缺资