第三章航天器通信内容之遥感和卫星通信分解课件.ppt

1、Contents of Spacecraft Contents of Spacecraft Communication Communication （Remote sensing Remote sensing and satellite communicationand satellite communication）(遥感遥感和卫星通信和卫星通信)1uRemote Sensing ImageRemote Sensing ImagelMicrowave Imaging TechnologyMicrowave Imaging Technology（微波成像）（微波成像）Microwave:Mic

2、rowave:electromagnetic waves with frequency of 300MHz 300GHz,corresponding to a wavelength of 1m 1mm;with a high frequency and frequency bandwidth,large information capacity,and small wave length,it can penetrate the ionosphere（电离）and has good direction features.Microwave Imaging:Microwave Imaging:A

3、 imaging mean using microwave as the information carrier.Theory:Use microwave to irradiate(照射)the object,and then reconstruct the object or its permittivity（介电常数）distribution by measuring the external scattered（散射）field of the object.2lSynthetic Aperture Radar(SAR)Synthetic Aperture Radar(SAR)合成孔径雷达

4、合成孔径雷达p Using the relative motion of the radar and the target,synthesize（合成）a real small size antenna aperture（孔径）as a large equivalent（等价的）antenna aperture radar.Characteristic:Characteristic:High resolution,can work around the clock（全天候）,can efficiently identify camouflage(伪装)and penetrate coverin

5、g(穿透掩盖物)Purpose:Purpose:Aerial survey航空测量,aerial remote sensing航空遥感,satellite ocean observations卫星海洋观测,space surveillance航天侦察,image matching guidance图像匹配制导Deep Space Exploration:Deep Space Exploration:Explore the geological structure 地质结构of the Moon and the Venus3lThree-dimensional Digital ImagingTh

6、ree-dimensional Digital Imaging（三维数字成像）（三维数字成像）Format digital image with the three-dimensional coordinates（坐标）of ground targets.Theory:Theory:While obtaining multi-band spectral that reflects ground targets radiation（辐射）s energy information,synchronously acquire the various data and parameters about

7、 earth positioning(X,Y,Z).By simple synchronous calculation and real-time processing,so that in in digital image,each pixel 象元constituted of multi-band spectral energy information of ground targets contains three-dimensional geographic coordinate values(X,Y,Z).4lHyperspectralHyperspectral（高光谱）（高光谱）I

8、mage ImagepSpectral resolution in the range of magnitude(量级)/10pIn the electromagnetic spectrum:visible可见,near infrared近红外,the mid-infrared 中红外and thermal infrared range热红外pA continuous image data technology by getting a lot of very narrow spectral.pWhile acquire the surface of the image information

9、,also obtain spectral information.It firstly combines the spectra and image,and contains a wealth of triple Information including space,radiation and spectral.5pThe image information may reflect the quality of the external characteristics of size,shape,defects（瑕疵）,sample,while Spectral information c

10、an fully reflect the differences in the physical structure and chemical composition of the sample interior（本质）.6Other contents of Deep Space Other contents of Deep Space CommunicationCommunicationlSound:Sound:Voice between Astronauts and groundSpacecraft sound monitorSound on other planets l Data:Da

11、ta:Equipment monitoring dataScientific experimental dataScientific Metrology（计量）and Surveying（测绘）data7卫星通信卫星通信卫星通信，简单的说就是地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站转发或反射无线电波，以此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通信方式无线通信方式可以承载多种通信业务是当今社会重要的通信手段之一8卫星通信示意图卫星通信示意图9（1 1）轨道形状）轨道形状圆形：圆形：地球的中心处于圆形轨道地球的中心处于圆形轨道的圆心的圆心椭圆形：椭圆形：地球的中心

12、应处于椭圆地球的中心应处于椭圆轨道一个焦点上轨道一个焦点上（2 2）卫星轨道倾角）卫星轨道倾角赤道轨道赤道轨道：卫星轨道平面与地球：卫星轨道平面与地球赤道平面重合，即轨道倾角为赤道平面重合，即轨道倾角为0 0极地轨道：极地轨道：卫星轨道平面与地球卫星轨道平面与地球南北极的轴线重合，即轨道倾角南北极的轴线重合，即轨道倾角为为9090倾斜轨道：倾斜轨道：卫星轨道平面与地球卫星轨道平面与地球赤道平面之间的夹角在赤道平面之间的夹角在0 09090之间之间 卫星的轨道卫星的轨道10（3 3）卫星轨道离地面的高度）卫星轨道离地面的高度 按卫星轨道离地面的高度分成：按卫星轨道离地面的高度分成：低轨道低轨道（

13、LEOLEO）。高度为）。高度为500km500km2000km2000km或或500km500km3000km3000km（许多在（许多在1500km1500km以下），运行周期约以下），运行周期约2 24 4小时小时中轨道中轨道（MEOMEO）。高度为）。高度为2000km2000km20000km20000km或或3000km3000km20000km20000km，周期约为，周期约为5h5h6h6h（对约（对约10000km10000km高度而言）高度而言）高轨道高轨道（HEOHEO）。通常高度在）。通常高度在20000km20000km以上，周期大于以上，周期大于12h12h。11（

14、4 4）同步卫星（静止卫星）同步卫星（静止卫星）何谓同步卫星：何谓同步卫星：卫星的轨道与地球赤道平面相重合、且离地球表面高卫星的轨道与地球赤道平面相重合、且离地球表面高度为度为35786.6km35786.6km的圆形轨道上沿与地球的自转方向相同的的圆形轨道上沿与地球的自转方向相同的方向飞行，则卫星绕地球一周的时间为方向飞行，则卫星绕地球一周的时间为2323小时小时5656分分0404秒。秒。同步卫星的通信范围同步卫星的通信范围 卫星所能照射的地球上区域卫星所能照射的地球上区域 全球表面积的全球表面积的42.4%42.4%1213卫星通信工作频段卫星通信工作频段地球站发射，通信卫星接收所使用的

15、频率叫做上行地球站发射，通信卫星接收所使用的频率叫做上行频率；通信卫星发射，地球站接收所使用的频率叫频率；通信卫星发射，地球站接收所使用的频率叫做下行频率。做下行频率。卫星通信上下行通信频率卫星通信上下行通信频率卫星通信的工作频段常用：上（下）行（线）下卫星通信的工作频段常用：上（下）行（线）下（上）行（线）频段来表示（上）行（线）频段来表示 比如，比如，6 64GHz4GHz频段频段 上下行分开是为了免于相互干扰。上下行分开是为了免于相互干扰。目前大都实用目前大都实用C C波段的波段的6 64GHz4GHz频段频段上行频率为上行频率为5.9255.9256.425GHz6.425GHz；下行

16、频段为下行频段为3.73.74.2GHz4.2GHz。可用带宽可用带宽500MHz500MHz，可设可设1212个转发器，个转发器，40MHz/40MHz/转发器，转发器，14政府、军事：政府、军事：x x频段频段的的8 87GHz7GHz频段频段上行频率为上行频率为7.9GHz7.9GHz8.4GHz8.4GHz下行频率为下行频率为7.257.75GHz7.257.75GHz。这样，将民间卫星通信频段和政府部门、军事部门卫这样，将民间卫星通信频段和政府部门、军事部门卫星通信频段分开，可以避免相互之间的干扰。星通信频段分开，可以避免相互之间的干扰。15ku ku 频段的频段的141411GHz

17、11GHz频段频段上行频率为上行频率为141414.5GHz14.5GHz下行频率为下行频率为11.711.712.2GHz12.2GHz，或为或为10.9510.9511.2GHz11.2GHz和和11.45GHz11.45GHz11.7GHz11.7GHz并并已用于卫星通信和卫星广播业务已用于卫星通信和卫星广播业务中。中。目前卫星通信目前卫星通信又使用又使用kaka频段的频段的303020GHz20GHz频段，频段，上行频率为上行频率为27.531GHz27.531GHz下行频率为下行频率为17.717.721.2GHz21.2GHz；可利用带宽可达可利用带宽可达3500MHz 3500M

18、Hz 16 卫星通信的特点卫星通信的特点（1 1）优点）优点通信距离远，而通信的成本与通信距离无关。通信距离远，而通信的成本与通信距离无关。利用静止卫星单跳最大通信距离达利用静止卫星单跳最大通信距离达1800km1800km。建站费用和。建站费用和运行费用不应通信站之间的距离不同而改变，运行费用不应通信站之间的距离不同而改变，通信覆盖面积大，具有多址通信能力通信覆盖面积大，具有多址通信能力一颗同步卫星可覆盖地球表面积的一颗同步卫星可覆盖地球表面积的42%42%左右，在这个覆盖左右，在这个覆盖范围内的地球站，不论是地面、海上或空间，都可同时范围内的地球站，不论是地面、海上或空间，都可同时共用这一

19、颗通信卫星来转发信号，即实现双边和多边通共用这一颗通信卫星来转发信号，即实现双边和多边通信。信。这种同时实现多个方向、多个地球站之间直接通信的特这种同时实现多个方向、多个地球站之间直接通信的特性称为多址连接。性称为多址连接。17通信频率宽，传输容量大，适于多种业务传输通信频率宽，传输容量大，适于多种业务传输 由于卫星使用微波频段，因而可使用频带宽，通信容由于卫星使用微波频段，因而可使用频带宽，通信容量大，适于传送电话、电报、数据、宽带电视等多种量大，适于传送电话、电报、数据、宽带电视等多种业务。一颗卫星的通信容量达数千以至上万路电话，业务。一颗卫星的通信容量达数千以至上万路电话，其通信容量仅次

20、于光纤通信。其通信容量仅次于光纤通信。通信线路稳定可靠，通信质量高通信线路稳定可靠，通信质量高 卫星通信的电波主要是在大气层以外的宇宙空间传输，卫星通信的电波主要是在大气层以外的宇宙空间传输，而宇宙空间差不多处于理想的真空状态，因此电波传而宇宙空间差不多处于理想的真空状态，因此电波传输比较稳定，受天气、季节或人为干扰的影响小，所输比较稳定，受天气、季节或人为干扰的影响小，所以卫星通信稳定可靠，通信质量高，卫星线路的畅通以卫星通信稳定可靠，通信质量高，卫星线路的畅通率都在率都在99.8%99.8%以上。以上。通信电路灵活通信电路灵活卫星通信不受地形、地貌等自然条件的影响，如丘陵、卫星通信不受地形

21、、地貌等自然条件的影响，如丘陵、沙漠、丛林、高空及海洋上都能实现卫星通信。沙漠、丛林、高空及海洋上都能实现卫星通信。18卫星通信的应用范围卫星通信的应用范围长途电话、传真电视广播、娱乐计算机联网电视会议、电话会议交互型远程教育医疗数据应急业务、新闻广播交通信息、船舶、飞机的航行数据及军事通信等19卫星通信和地面通信的对比卫星通信和地面通信的对比名称名称卫星通信卫星通信地面通信地面通信覆盖范围广泛局部传输方式一跳或两跳多结点接力固定资费低高传输质量高高设备投资低低端站搬迁灵活搬动、自动开通 有限区域内搬动，申请之后开通20通信卫星的外观（一）通信卫星的外观（一）21通信卫星的外观（二）通信卫星的

22、外观（二）22通信卫星与地球站通信卫星与地球站1 1通信卫星通信卫星通信卫星是卫星通信系统的核心，由通信卫星是卫星通信系统的核心，由通信装置通信装置及其及其辅助设备辅助设备组成。组成。通信装置包括通信装置包括卫星天线和通信转发器，卫星天线和通信转发器，辅助设备由姿态控制辅助设备由姿态控制（跟踪、遥测与指令分系统）（跟踪、遥测与指令分系统）、电源等辅助设备组成电源等辅助设备组成。231)1)卫星天线卫星天线通信卫星上使用的天线有两种类型：通信卫星上使用的天线有两种类型：全向测控天线和全向测控天线和定向通信天线定向通信天线(1)(1)全向测控天线全向测控天线用来接收地球站发给卫星的指令，并向地球站

23、发送遥用来接收地球站发给卫星的指令，并向地球站发送遥测数据和信号。测数据和信号。以便在任意卫星姿态可靠地接收指令和向地面发射遥以便在任意卫星姿态可靠地接收指令和向地面发射遥测数据及信号；测数据及信号；当卫星收到指令后，将它送到控制单元，以当卫星收到指令后，将它送到控制单元，以调整卫星调整卫星的运行轨道和卫星的自旋姿态的运行轨道和卫星的自旋姿态，使卫星天线准确地指使卫星天线准确地指向地球上的波束覆盖区向地球上的波束覆盖区。24(2)(2)定向通信天线定向通信天线它与地面微波通信天线类似。它与地面微波通信天线类似。参见图参见图5-295-29，按照天线发射电磁波束所覆盖地面区，按照天线发射电磁波束

24、所覆盖地面区域的大小，可将定向通信天线分为以下三类：域的大小，可将定向通信天线分为以下三类：252)2)卫星转发器卫星转发器 通信用的转发器是卫星上的主要设备，直接起中继站作用通信用的转发器是卫星上的主要设备，直接起中继站作用的部分。的部分。完成接收、处理、发射信号作用。完成接收、处理、发射信号作用。对卫星通信而言，对卫星通信而言，转发器是一台宽频带的微波收发信机；转发器是一台宽频带的微波收发信机；在卫星通信系统中，转发器给系统引进的附加噪声和失真应在卫星通信系统中，转发器给系统引进的附加噪声和失真应该尽可能小，并能够提供足够的功率放大能力，以输出足够该尽可能小，并能够提供足够的功率放大能力，

25、以输出足够的微波信号功率，有效、可靠地的微波信号功率，有效、可靠地为地球站转发微波信号为地球站转发微波信号26转发器功能可简述如下：转发器功能可简述如下：从发送地球站发出的上行频率信号，经卫星的接收天线从发送地球站发出的上行频率信号，经卫星的接收天线接收及双工器后被送入低噪声放大器放大。接收及双工器后被送入低噪声放大器放大。然后经频率变换器变换成下行频率，再经功率放大器放然后经频率变换器变换成下行频率，再经功率放大器放大后通过双工器由同一通信天线发向地球站。大后通过双工器由同一通信天线发向地球站。其中，双工器对发送和接收的信号进行隔离，其中，双工器对发送和接收的信号进行隔离，而变频处理是为了使

26、上行信号和下行信号工作频率是而变频处理是为了使上行信号和下行信号工作频率是不同的，其原因是为避免在卫星通信天线中产生同频不同的，其原因是为避免在卫星通信天线中产生同频信号干扰。信号干扰。由此可见，转发器的功能并不仅仅是简单地转发微波由此可见，转发器的功能并不仅仅是简单地转发微波信号，而且还要对转发的微波信号进行相应的处理。信号，而且还要对转发的微波信号进行相应的处理。27卫星上转发器的数量各不相同卫星上转发器的数量各不相同，通常把卫星的整个，通常把卫星的整个工作频带划分为多个信道，每个信道占用不同的频工作频带划分为多个信道，每个信道占用不同的频带，并且有各自的功放。带，并且有各自的功放。信道数

27、目就是该卫星的转发器数目信道数目就是该卫星的转发器数目。例如，例如，IS-IS-卫星把整个通信频带（卫星把整个通信频带（500MHz500MHz）划分为）划分为1212个信道，因此该卫星共有个信道，因此该卫星共有1212个转发器。个转发器。283)3)轨道校正与姿态控制（跟踪、遥测与指令分系统）轨道校正与姿态控制（跟踪、遥测与指令分系统）卫星在其轨道上运行时，由于受到地球、月亮、太阳卫星在其轨道上运行时，由于受到地球、月亮、太阳等引力的作用而缓缓移动，使卫星偏离预定的轨道而等引力的作用而缓缓移动，使卫星偏离预定的轨道而产生产生“摄动摄动”，并使卫星不能保持一定的姿态而翻滚。，并使卫星不能保持一

28、定的姿态而翻滚。摄动摄动：由于地球、太阳、月球等引力和：由于地球、太阳、月球等引力和大气阻力影响造成的卫星轨道参数的变大气阻力影响造成的卫星轨道参数的变化，导致卫星偏离轨道、产生漂移的现化，导致卫星偏离轨道、产生漂移的现象。象。可通过跟踪、遥测与指令系统来完成可通过跟踪、遥测与指令系统来完成29遥测设备是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的数据，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。地面的跟踪、遥测指令系统接收并检测出卫星发来的遥测信号，转送给卫星监控中心进行分析和处理，然后再由地面的跟踪、遥测指令系统向卫星发出有关姿态和位置校正、星

29、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。30指令设备专门用来接收地面的跟踪、遥测指令系统发给卫星的指令，进行解调与译码后储存起来，并经遥测设备发回地面进行校对。在核实无误后发出指令执行信号，指令设备收到后，再将储存的各种指令发送到控制分系统，再由各执行机构正确地完成控制动作。31卫星在轨道上的漂移卫星在轨道上的漂移(摄动摄动)，必须予以定期，必须予以定期(一月左右一月左右)的校正，否则产生的不良后果的校正，否则产生的不良后果:轨道上相邻位置的卫星如果漂移太近，电波波束将轨道上相邻位置的卫星如果漂移太近，电波波束将产生邻星干扰；产生邻星干扰；对于大天线的地球站，波束宽度很窄对

30、于大天线的地球站，波束宽度很窄(比如，比如，30m30m的的A A型天线，波束宽为型天线，波束宽为0.180.18)。天线自动跟踪有一。天线自动跟踪有一定范围，卫星过大的偏离轨道将使波束不能对准卫星。定范围，卫星过大的偏离轨道将使波束不能对准卫星。克服：克服：（校正卫星轨道的方法）启动星体上（校正卫星轨道的方法）启动星体上多个有不同方向喷嘴的小火箭。多个有不同方向喷嘴的小火箭。静止通信卫星上的控制分系统是由一系列机械的或电静止通信卫星上的控制分系统是由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，各种转换开关等等

31、。他是在跟置、加热及散热装置，各种转换开关等等。他是在跟踪、遥测指令系统的指令控制下完成对卫星的各种控踪、遥测指令系统的指令控制下完成对卫星的各种控制。制。32卫星在轨道上不能保持正常的姿态卫星在轨道上不能保持正常的姿态(产生翻滚产生翻滚)，将使通信用天线的波束不能对准地球，使通信将使通信用天线的波束不能对准地球，使通信无法进行。无法进行。姿态控制的方法分星体自旋稳定方式和三轴姿姿态控制的方法分星体自旋稳定方式和三轴姿势控制方式两种。势控制方式两种。自旋稳定方式自旋稳定方式是让卫星以一个惯性主轴为中心旋转，是让卫星以一个惯性主轴为中心旋转，利用陀螺旋转原理利用陀螺旋转原理(慧星稳定姿势的原理慧

32、星稳定姿势的原理)来稳定卫星来稳定卫星的姿势。的姿势。三轴姿势控制方式三轴姿势控制方式比旋转稳定方式其控制要复杂一些，比旋转稳定方式其控制要复杂一些，但由于能搭载大的太阳能电池板，所以随着卫星的大但由于能搭载大的太阳能电池板，所以随着卫星的大功率化，功率化，三轴姿势控制方式已成主流三轴姿势控制方式已成主流。334)4)卫星上的电源卫星上的电源 星蚀星蚀卫星上的电源有太阳能电池和化学蓄电池、原子能电卫星上的电源有太阳能电池和化学蓄电池、原子能电池等。池等。目前仍以太阳能电池和化学电池目前仍以太阳能电池和化学电池（镍隔蓄电池）（镍隔蓄电池）为主。为主。国际卫星国际卫星7 7号号(IS(IS)的电池

33、单元片固定在两块长度的电池单元片固定在两块长度为为10m10m的臂面板上，可提供的臂面板上，可提供3900W3900W的功率。的功率。太阳能电池是把太阳辐射的光能直接转换为电能的装太阳能电池是把太阳辐射的光能直接转换为电能的装置。置。大多用大多用N NP P型型单晶硅薄片单晶硅薄片贴在星体表面的绝缘膜上或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，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。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，须经电压调节器后才能但它的输出的电压很不稳定，须经电压调节器后才能使用。使用。34在

34、有太阳照射时，用太阳能电池供电并使化学电池充电，在有太阳照射时，用太阳能电池供电并使化学电池充电，而星上备有的而星上备有的蓄电池蓄电池是供卫星产生日蚀时使用的。是供卫星产生日蚀时使用的。这里所谓这里所谓“日蚀日蚀”(也称星蚀也称星蚀)，是每年，是每年春分和秋分前后春分和秋分前后在每天午夜后的十几十分钟内在每天午夜后的十几十分钟内(最长最长7676分钟分钟)，卫星、，卫星、地球和太阳将共处在一条直线上，此时卫星处于地球的地球和太阳将共处在一条直线上，此时卫星处于地球的阴影区内，即发生了阴影区内，即发生了“日蚀日蚀”。卫星的寿命主要取决于太阳能电池的寿命、星载燃料的消卫星的寿命主要取决于太阳能电池

35、的寿命、星载燃料的消耗耗(作轨道校正等控制机构的能源作轨道校正等控制机构的能源)和通信系统元器件和通信系统元器件(主要主要是功率放大器是功率放大器)寿命等因素寿命等因素。352 2地球站：典型的地球站由天线馈线设备、发射地球站：典型的地球站由天线馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备、跟踪伺服设备、设备、接收设备、信道终端设备、跟踪伺服设备、电源设备及监控设备组成。电源设备及监控设备组成。地球站接收系统地球站接收系统 地球站天线分系统地球站天线分系统36静止通信卫星实际上并非完全静止。虽然星上静止通信卫星实际上并非完全静止。虽然星上有位置控制设备，但它还是有一定的漂移，而有位置控制设备，但

36、它还是有一定的漂移，而一般地球站天线的波来很窄，因此卫星的漂移一般地球站天线的波来很窄，因此卫星的漂移可能导致地球站天线瞄准的方向不是最佳指向。可能导致地球站天线瞄准的方向不是最佳指向。从而大大减弱卫星收到的信号能量。从而大大减弱卫星收到的信号能量。为使地球站天线始终对准卫星，需要跟踪设备。为使地球站天线始终对准卫星，需要跟踪设备。地球站天线跟踪卫星的方法有三种地球站天线跟踪卫星的方法有三种自动跟踪自动跟踪、手动跟踪手动跟踪、程序跟踪程序跟踪。自动跟踪能使天线连续跟踪卫星且精度较高。自动跟踪能使天线连续跟踪卫星且精度较高。在大型标准地球站中，通常以在大型标准地球站中，通常以自动跟踪为主，自动跟

37、踪为主，手动跟踪和程序跟踪为辅。手动跟踪和程序跟踪为辅。37卫星通信系统的基本组成卫星通信系统的基本组成 1 1卫星通信系统的基本组成卫星通信系统的基本组成卫星通信系统主要由卫星通信系统主要由空间部分空间部分(通信卫星通信卫星)和地面部和地面部分分(地球站、测控系统、监控管理系统地球站、测控系统、监控管理系统)组成。组成。通信卫星和地球站是直接用来进行通信的，通信卫星和地球站是直接用来进行通信的，测控系统、监测管理系统是为保证系统的正常运行测控系统、监测管理系统是为保证系统的正常运行而设置的。而设置的。38卫星通信系统的基本组成卫星通信系统的基本组成测控管理分系统跟踪遥测指令分系统通信地球站系

38、统空间分系统39测控系统的任务测控系统的任务在卫星发射过程中对卫星进行跟踪并控制卫星准确地在卫星发射过程中对卫星进行跟踪并控制卫星准确地进入轨道上的定点位置。进入轨道上的定点位置。在卫星正常运行过程中，测控系统将对它的轨道校正、在卫星正常运行过程中，测控系统将对它的轨道校正、位置和姿态保持进行控制位置和姿态保持进行控制监控管理系统的任务：监控管理系统的任务：在通信开通之前，对通信系统的参数进行测试和鉴定。在通信开通之前，对通信系统的参数进行测试和鉴定。在通信业务开展过程中，对卫星和地球站的各项通信在通信业务开展过程中，对卫星和地球站的各项通信参数进行监视和管理。参数进行监视和管理。40卫星通信

39、系统的工作流程卫星通信系统的工作流程当当A A地的地的N N个用户要与个用户要与B B地的地的N N个用户通话时，个用户通话时，A A地用户的地用户的电话信号先经电话信号先经A A地市内通信线路送到地球站地市内通信线路送到地球站A A的终端设的终端设备，进行多路复用。备，进行多路复用。复用后所得基带信号再送到调制器对中频复用后所得基带信号再送到调制器对中频(如如70MHz)70MHz)副副载波进行调制。载波进行调制。然后再将中频信号经上变频变为频率为然后再将中频信号经上变频变为频率为1 1(如如6GHz)6GHz)的微的微波信号，最后经功率放大后送往天线发射上卫星。波信号，最后经功率放大后送往

40、天线发射上卫星。信号经上行线路到达卫星时，要穿过大气层和自由空信号经上行线路到达卫星时，要穿过大气层和自由空间，因此会受到衰减，并会遭受噪声等干扰的影响。间，因此会受到衰减，并会遭受噪声等干扰的影响。卫星中的转发器在对信号进行放大、变频等处理后，卫星中的转发器在对信号进行放大、变频等处理后，以频率为以频率为2 2(如如4GHz)4GHz)的微波信号进行功放、发射，经下的微波信号进行功放、发射，经下行线路传到地球站行线路传到地球站B B。41由于卫星转发器的功率、天线增益等均有限，同时，由于卫星转发器的功率、天线增益等均有限，同时，信号经下行线路到信号经下行线路到B B站时也要经过自由空间并穿过

41、大气站时也要经过自由空间并穿过大气层，这使到达层，这使到达B B站的信号功率很微弱。经地球站站的信号功率很微弱。经地球站B B用高用高增益的天线和低噪声的接收机接收、放大后，进入下增益的天线和低噪声的接收机接收、放大后，进入下变器变成中频信号再进一步放大，变器变成中频信号再进一步放大，然后送到解调器，解调器输出的基带信号经多路分解然后送到解调器，解调器输出的基带信号经多路分解设备分解成各路话音信号，最后通过设备分解成各路话音信号，最后通过B B地市内通信线路地市内通信线路送到相应用户。送到相应用户。B B地向地向A A地送话音信号的过程与上述一样，地送话音信号的过程与上述一样，但上行频率但上行

42、频率为为3 3、下行频率用、下行频率用4 4，为避免干扰，取，为避免干扰，取3 31 1，4 42 2。注意这里的多址方式是认为采用了频分多址的方式，注意这里的多址方式是认为采用了频分多址的方式，即各地球站均以不同的射频频率与卫星联接。即各地球站均以不同的射频频率与卫星联接。425.4.4卫星通信系统的基本组成2卫星通信系统的工作过程43卫星通信中的多址方式卫星通信中的多址方式多路复用和多址多路复用和多址(联接联接)方式都是利用一条信道同时方式都是利用一条信道同时传输多个信号。在实际应用中，多址技术常与多路传输多个信号。在实际应用中，多址技术常与多路复用技术混合使用。复用技术混合使用。下面简单

43、介绍卫星通信中的多路复用和多址联接方下面简单介绍卫星通信中的多路复用和多址联接方式。式。多址联接方式和多路复用多址联接方式和多路复用(例如，例如，FDMFDM和和TDM)TDM)有类似有类似的含义；的含义；多路复用多路复用：将同一信道传输的多路复用：将同一信道传输的多路复用(例如，例如，FDMFDM和和TDM)TDM)信号分割到信号分割到“路路”(一路就是一个用户一路就是一个用户)。卫星通信中多路复用是指把通过一个地球站传输的卫星通信中多路复用是指把通过一个地球站传输的多个用户的信号，如电话或电视信号，通过变换组多个用户的信号，如电话或电视信号，通过变换组合在一起，形成一路复用信号。合在一起，

44、形成一路复用信号。44多址联接方式多址联接方式：卫星：卫星：同时实现多个方向、多个地球站之间直接通信同时实现多个方向、多个地球站之间直接通信的特性称为多址连接。的特性称为多址连接。扩充：扩充：将同一无线信道传输的多个无线电已调波信号将同一无线信道传输的多个无线电已调波信号分割到分割到“址址”，例如，卫星通信中的地球站、地面微波站、移动通信例如，卫星通信中的地球站、地面微波站、移动通信中的基站；中的基站；452 2、卫星通信中的多址联接、卫星通信中的多址联接从地球站角度从地球站角度：多址连接是指在卫星的覆盖区内，：多址连接是指在卫星的覆盖区内，各地球站通过同一个卫星，同时分别建立相互之各地球站通

45、过同一个卫星，同时分别建立相互之间的通信线路而实现的各地球站之间通信的一种间的通信线路而实现的各地球站之间通信的一种方式。方式。从卫星通信角度从卫星通信角度：多址连接方式下卫星通信能同：多址连接方式下卫星通信能同时实现多方向多个地面站之间的相互联系。时实现多方向多个地面站之间的相互联系。关键技术关键技术 ：卫星波束覆盖区内的多个地球站，以何种方式各自占有卫星波束覆盖区内的多个地球站，以何种方式各自占有信道接入共同的卫星信道接入共同的卫星从卫星转发下来的总信号中分出发给自己的信号。从卫星转发下来的总信号中分出发给自己的信号。接收接收信号，从而实现各地球站相互之间通信的一种方式。信号，从而实现各地

46、球站相互之间通信的一种方式。4647实现多址连接的技术基础：实现多址连接的技术基础：信号分割，信号分割，就是在发端对信号进行适当的设计，使系统中各地球就是在发端对信号进行适当的设计，使系统中各地球站所发射的信号各有差别；站所发射的信号各有差别；而要求各地球站具有信号识别能力，能从卫星转发的而要求各地球站具有信号识别能力，能从卫星转发的总信号中只收本站所需的信号。总信号中只收本站所需的信号。常用的多址连接方式有：常用的多址连接方式有：频分多址频分多址FDMAFDMA时分多址时分多址TDMATDMA码分多址码分多址CDMACDMA空分多址空分多址SDMASDMA 或混合多址等。或混合多址等。48(

47、1)(1)频分多址频分多址(FDMA)(FDMA)FDMAFDMA方式示意图方式示意图当多个地球站共用卫星转发器时，如果根据配置的当多个地球站共用卫星转发器时，如果根据配置的载波频率的不同来区分地球站的地址，这种多址联载波频率的不同来区分地球站的地址，这种多址联接方式就叫接方式就叫FDMAFDMA方式。方式。其转发器频带资源占用特点是：频分复用的多址用其转发器频带资源占用特点是：频分复用的多址用户利用不同的频段，可在同一时间互不重叠地共享户利用不同的频段，可在同一时间互不重叠地共享信道信道(转发器转发器)的带宽资源。的带宽资源。49频分多址（频分多址（FDMAFDMA）SFTWF50FDMAF

48、DMA转发器图转发器图站1站2站k51(2)(2)时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)时分多址时分多址TDMATDMA的原理是用不同的时隙来区分地球站的地的原理是用不同的时隙来区分地球站的地址，址，该系统中只允许各地球站在规定时隙内发射信该系统中只允许各地球站在规定时隙内发射信号，这些射频信号通过卫星转发器时，在时间号，这些射频信号通过卫星转发器时，在时间上是严格依次排序、互不重叠的。上是严格依次排序、互不重叠的。采用采用TDMATDMA方式，一般需要一个时间基准站提供方式，一般需要一个时间基准站提供共同的标准时间，保证各地球站发射的信号进共同的标准时间，保证各地球站发射的信号进入转发器时

49、在规定的时隙而不互相干扰。入转发器时在规定的时隙而不互相干扰。其转发器资源占用特点是：时分复用的各多址其转发器资源占用特点是：时分复用的各多址用户利用不同的时隙，在不同的时间，可使用用户利用不同的时隙，在不同的时间，可使用相同的载波频率，独自占用信道的全部频带资相同的载波频率，独自占用信道的全部频带资源。源。52时分多址（时分多址（TDMATDMA）SFTT53TDMATDMA方式示意方式示意PfABC54TDMATDMA方式方式55(3)(3)空分多频空分多频(SDMA)(SDMA)容分多址容分多址空分多址方式是空分多址方式是利用天线的方向性利用天线的方向性来区分各区域的地来区分各区域的地球

50、站信号，即在卫星上安装多个天线，各天线的波束球站信号，即在卫星上安装多个天线，各天线的波束分别指向地球上不同的区域。分别指向地球上不同的区域。这时，即使不同区域地球站在同一时间用相同的频率这时，即使不同区域地球站在同一时间用相同的频率工作，但因各区域的地球站发出的信号在空间不重叠，工作，但因各区域的地球站发出的信号在空间不重叠，不会产生干扰，从而可以容纳更多的用户，起到频率不会产生干扰，从而可以容纳更多的用户，起到频率再用的作用。不过这种方式要求卫星天线有多个窄波再用的作用。不过这种方式要求卫星天线有多个窄波束束(即点波束即点波束)并且所指的方向十分准确。并且所指的方向十分准确。56空分多址（