资源描述
Contents of Spacecraft Communication （Remote sensing and satellite communication）(遥感遥感和卫星通信和卫星通信)1uRemote Sensing ImagelMicrowave Imaging Technology（微波成像）（微波成像）Microwave:electromagneticwaveswithfrequencyof300MHz300GHz,correspondingtoawavelengthof1m1mm;withahigh frequency and frequency bandwidth,large informationcapacity,and small wave length,it can penetrate theionosphere（电离）andhasgooddirectionfeatures.Microwave Imaging:Aimagingmeanusingmicrowaveastheinformationcarrier.Theory:Usemicrowavetoirradiate(照射)the object,andthenreconstructtheobjectoritspermittivity（介 电 常 数）distribution by measuring theexternalscattered（散射）fieldoftheobject.2lSynthetic Aperture Radar(SAR)合成孔径雷达合成孔径雷达pUsingtherelativemotionoftheradarandthetarget,synthesize（合成）arealsmallsizeantennaaperture（孔径）asalargeequivalent（等价的）antennaapertureradar.Characteristic:Highresolution,canworkaroundtheclock（全天候）,canefficientlyidentifycamouflage(伪装)andpenetratecovering(穿透掩盖物)Purpose:Aerial survey航空测量,aerial remote sensing航空遥感,satelliteoceanobservations卫星海洋观测,spacesurveillance航天侦察,imagematchingguidance图像匹配制导Deep Space Exploration:Explorethegeologicalstructure地质结构oftheMoonandtheVenus3lThree-dimensional Digital Imaging（三维数字成像）（三维数字成像）Formatdigitalimagewiththethree-dimensionalcoordinates（坐标）ofgroundtargets.Theory:Whileobtaining multi-band spectralthatreflectsground targets radiation（辐射）s energy information,synchronously acquire the various data and parametersaboutearthpositioning(X,Y,Z).Bysimplesynchronouscalculation and real-time processing,so that in in digitalimage,eachpixel象元constitutedofmulti-bandspectralenergy information of ground targets contains three-dimensionalgeographiccoordinatevalues(X,Y,Z).4lHyperspectral（高光谱）（高光谱）ImagepSpectralresolutionintherangeofmagnitude(量级)/10pIntheelectromagneticspectrum:visible可见,nearinfrared近红外,themid-infrared中红外andthermalinfraredrange热红外pAcontinuousimagedatatechnologybygettingalotofverynarrowspectral.pWhile acquire the surface of the image information,alsoobtainspectralinformation.Itfirstlycombinesthespectraandimage,andcontainsawealthoftripleInformationincludingspace,radiationandspectral.5pTheimageinformationmayreflectthequalityoftheexternalcharacteristicsofsize,shape,defects（瑕疵）,sample,whileSpectralinformationcanfullyreflectthedifferences in the physical structure and chemicalcompositionofthesampleinterior（本质）.6Other contents of Deep Space CommunicationlSound:VoicebetweenAstronautsandgroundSpacecraftsoundmonitorSoundonotherplanetsl Data:EquipmentmonitoringdataScientificexperimentaldataScientificMetrology（计量）andSurveying（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）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）卫星轨道倾角）卫星轨道倾角赤赤道道轨轨道道：卫卫星星轨轨道道平平面面与与地地球球赤道平面重合，即轨道倾角为赤道平面重合，即轨道倾角为0极极地地轨轨道道：卫卫星星轨轨道道平平面面与与地地球球南南北北极极的的轴轴线线重重合合，即即轨轨道道倾倾角角为为90倾倾斜斜轨轨道道：卫卫星星轨轨道道平平面面与与地地球球赤赤道道平平面面之之间间的的夹夹角角在在090之之间间 卫星的轨道卫星的轨道10（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：低低轨轨道道（LEO）。高高度度为为500km2000km或或500km3000km（许多在（许多在1500km以下），运行周期约以下），运行周期约24小时小时中中 轨轨 道道（MEO）。高高 度度 为为 2000km 20000km或或3000km20000km，周周期期约约为为5h6h（对对约约10000km高度而言）高度而言）高高轨轨道道（HEO）。通通常常高高度度在在20000km以以上上，周周期期大大于于12h。11（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、且离地球表面高度卫星的轨道与地球赤道平面相重合、且离地球表面高度为为35786.6km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23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%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，64GHz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波段的波段的64GHz频段频段上行频率为上行频率为5.9256.425GHz；下行频段为下行频段为3.74.2GHz。可用带宽可用带宽500MHz500MHz，可设可设12个转发器，个转发器，40MHz/转发器，转发器，14政府、军事：政府、军事：x频段频段的的87GHz频段频段上行频率为上行频率为7.9GHz8.4GHz下行频率为下行频率为7.257.75GHz。这样，将民间卫星通信频段和政府部门、军事部门这样，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。卫星通信频段分开，可以避免相互之间的干扰。15ku 频段的频段的1411GHz频段频段上行频率为上行频率为1414.5GHz下行频率为下行频率为11.712.2GHz，或为或为10.9511.2GHz和和11.45GHz11.7GHz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ka频段的频段的3020GHz频段，频段，上行频率为上行频率为27.531GHz下行频率为下行频率为17.721.2GHz；可利用带宽可达可利用带宽可达3500MHz 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1800km。建站费用。建站费用和运行费用不应通信站之间的距离不同而改变，和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、宽带电视等多容量大，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，种业务。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，因此电输，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，波传输比较稳定，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，卫星线路的畅所以卫星通信稳定可靠，通信质量高，卫星线路的畅通率都在通率都在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，如丘卫星通信不受地形、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。陵、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通信信卫卫星星上上使使用用的的天天线线有有两两种种类类型型：全全向向测测控控天天线线和定向通信天线和定向通信天线(1)(1)全向测控天线全向测控天线用用来来接接收收地地球球站站发发给给卫卫星星的的指指令令，并并向向地地球球站站发发送送遥测数据和信号。遥测数据和信号。以以便便在在任任意意卫卫星星姿姿态态可可靠靠地地接接收收指指令令和和向向地地面面发发射射遥测数据及信号；遥测数据及信号；当当卫卫星星收收到到指指令令后后，将将它它送送到到控控制制单单元元，以以调调整整卫卫星星的的运运行行轨轨道道和和卫卫星星的的自自旋旋姿姿态态，使使卫卫星星天天线线准准确确地地指向地球上的波束覆盖区指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。参参见见图图5-295-29，按按照照天天线线发发射射电电磁磁波波束束所所覆覆盖盖地地面面区区域的大小，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，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信不同的，其原因是为避免在卫星通信天线中产生同频信号干扰。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-卫星把整个通信频带（卫星把整个通信频带（500MHz）划分）划分为为12个信道，因此该卫星共有个信道，因此该卫星共有12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）卫卫星星在在其其轨轨道道上上运运行行时时，由由于于受受到到地地球球、月月亮亮、太太阳阳等等引引力力的的作作用用而而缓缓缓缓移移动动，使使卫卫星星偏偏离离预预定定的的轨轨道道而而产产生生“摄摄动动”，并并使使卫卫星星不不能能保保持持一一定定的的姿姿态态而而翻翻滚。滚。摄动摄动：由于地球、太阳、月球等引力：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和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、产生漂移的变化，导致卫星偏离轨道、产生漂移的现象。现象。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卫卫星星在在轨轨道道上上的的漂漂移移(摄摄动动)，必必须须予予以以定定期期(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:轨轨道道上上相相邻邻位位置置的的卫卫星星如如果果漂漂移移太太近近，电电波波波波束束将产生邻星干扰；将产生邻星干扰；对对于于大大天天线线的的地地球球站站，波波束束宽宽度度很很窄窄(比比如如，30m30m的的A A型型天天线线，波波束束宽宽为为0.180.18)。天天线线自自动动跟跟踪踪有有一一定定范围，卫星过大的偏离轨道将使波束不能对准卫星。范围，卫星过大的偏离轨道将使波束不能对准卫星。克克服服：（校校正正卫卫星星轨轨道道的的方方法法）启启动动星星体体上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。静静止止通通信信卫星星上上的的控控制制分分系系统是是由由一一系系列列机机械械的的或或电子子的的可可控控调整整装装置置组成成，如如各各种种喷气气推推进器器、驱动装装置置、加加热及及散散热装装置置，各各种种转换开开关关等等等等。他他是是在在跟跟踪踪、遥遥测指指令令系系统的的指指令令控控制制下下完完成成对卫星星的的各各种种控制。控制。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，将使通信用天线的波束不能对准地球，使通信无法进行。信无法进行。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，所以随着卫星些，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，的大功率化，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 星蚀星蚀卫卫星星上上的的电电源源有有太太阳阳能能电电池池和和化化学学蓄蓄电电池池、原原子子能能电电池等。池等。目目前前仍仍以以太太阳阳能能电电池池和和化化学学电电池池（镍镍隔隔蓄蓄电电池池）为为主。主。国国际际卫卫星星7 7号号(IS(IS)的的电电池池单单元元片片固固定定在在两两块块长长度度为为10m10m的臂面板上，可提供的臂面板上，可提供3900W3900W的功率。的功率。太太阳阳能能电池池是是把把太太阳阳辐射射的的光光能能直直接接转换为电能能的的装装置。置。大大多多用用N NP P型型单晶晶硅硅薄薄片片贴在在星星体体表表面面的的绝缘膜膜上上或或专用用的的帆帆板板上上，将将各各片片的的电极极适适当当分分组串串、并并联起起来，构成来，构成输出功率出功率较大的太阳能大的太阳能电池池阵。但但它它的的输出出的的电压很很不不稳定定，须经电压调节器器后后才才能使用。能使用。34在在有有太太阳阳照照射射时时，用用太太阳阳能能电电池池供供电电并并使使化化学学电电池池充充电电，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。这这里里所所谓谓“日日蚀蚀”(也也称称星星蚀蚀)，是是每每年年春春分分和和秋秋分分前前后后在在每每天天午午夜夜后后的的十十几几十十分分钟钟内内(最最长长7676分分钟钟)，卫卫星星、地地球球和和太太阳阳将将共共处处在在一一条条直直线线上上，此此时时卫卫星星处处于于地地球球的的阴影区内，即发生了阴影区内，即发生了“日蚀日蚀”。卫卫星星的的寿寿命命主主要要取取决决于于太太阳阳能能电电池池的的寿寿命命、星星载载燃燃料料的的消消耗耗(作作轨轨道道校校正正等等控控制制机机构构的的能能源源)和和通通信信系系统统元元器器件件(主主要要是功率放大器是功率放大器)寿命等因素寿命等因素。352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。地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正、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在通信开通之前，对通信系统的参数进行测试和鉴定。定。在通信业务开展过程中，对卫星和地球站的各项通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。信参数进行监视和管理。40卫星通信系统的工作流程卫星通信系统的工作流程当当A A地地的的N N个个用用户户要要与与B B地地的的N N个个用用户户通通话话时时，A A地地用用户户的的电电话话信信号号先先经经A A地地市市内内通通信信线线路路送送到到地地球球站站A A的的终终端端设设备备，进行多路复用。进行多路复用。复复用用后后所所得得基基带带信信号号再再送送到到调调制制器器对对中中频频(如如70MHz)70MHz)副副载波进行调制。载波进行调制。然然后后再再将将中中频频信信号号经经上上变变频频变变为为频频率率为为1 1(如如6GHz)6GHz)的的微微波信号，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天线发射上卫星。信信号号经经上上行行线线路路到到达达卫卫星星时时，要要穿穿过过大大气气层层和和自自由由空空间，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。卫卫星星中中的的转转发发器器在在对对信信号号进进行行放放大大、变变频频等等处处理理后后，以以频频率率为为2 2(如如4GHz)4GHz)的的微微波波信信号号进进行行功功放放、发发射射，经经下下行线路传到地球站行线路传到地球站B B。41由由于于卫卫星星转转发发器器的的功功率率、天天线线增增益益等等均均有有限限，同同时时，信信号号经经下下行行线线路路到到B B站站时时也也要要经经过过自自由由空空间间并并穿穿过过大大气气层层，这这使使到到达达B B站站的的信信号号功功率率很很微微弱弱。经经地地球球站站B B用用高高增增益益的的天天线线和和低低噪噪声声的的接接收收机机接接收收、放放大大后后，进进入入下下变变器器变成中频信号再进一步放大，变成中频信号再进一步放大，然然后后送送到到解解调调器器，解解调调器器输输出出的的基基带带信信号号经经多多路路分分解解设设备备分分解解成成各各路路话话音音信信号号，最最后后通通过过B B地地市市内内通通信信线线路路送到相应用户。送到相应用户。B B地地向向A A地地送送话话音音信信号号的的过过程程与与上上述述一一样样，但但上上行行频频率率为为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。注注意意这这里里的的多多址址方方式式是是认认为为采采用用了了频频分分多多址址的的方方式式，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多路路复复用用和和多多址址(联联接接)方方式式都都是是利利用用一一条条信信道道同同时时传传输输多多个个信信号号。在在实实际际应应用用中中，多多址址技技术术常常与与多多路路复用技术混合使用。复用技术混合使用。下下面面简简单单介介绍绍卫卫星星通通信信中中的的多多路路复复用用和和多多址址联联接接方方式。式。多多址址联联接接方方式式和和多多路路复复用用(例例如如，FDMFDM和和TDM)TDM)有有类类似似的含义；的含义；多多路路复复用用：将将同同一一信信道道传传输输的的多多路路复复用用(例例如如，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)。卫卫星星通通信信中中多多路路复复用用是是指指把把通通过过一一个个地地球球站站传传输输的的多多个个用用户户的的信信号号，如如电电话话或或电电视视信信号号，通通过过变变换换组组合在一起，形成一路复用信号。合在一起，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。信的特性称为多址连接。扩扩充充：将将同同一一无无线线信信道道传传输输的的多多个个无无线线电电已已调调波波信信号分割到号分割到“址址”，例例如如，卫卫星星通通信信中中的的地地球球站站、地地面面微微波波站站、移移动动通通信中的基站；信中的基站；452 2、卫星通信中的多址联接、卫星通信中的多址联接从从地地球球站站角角度度：多多址址连连接接是是指指在在卫卫星星的的覆覆盖盖区区内内，各各地地球球站站通通过过同同一一个个卫卫星星，同同时时分分别别建建立立相相互互之之间间的的通通信信线线路路而而实实现现的的各各地地球球站站之之间间通通信信的的一一种种方式。方式。从从卫卫星星通通信信角角度度：多多址址连连接接方方式式下下卫卫星星通通信信能能同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 ：卫卫星星波波束束覆覆盖盖区区内内的的多多个个地地球球站站，以以何何种种方方式式各各自自占占有有信道接入共同的卫星信道接入共同的卫星从从卫卫星星转转发发下下来来的的总总信信号号中中分分出出发发给给自自己己的的信信号号。接接收收信号，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；球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。的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FDMA时分多址时分多址TDMA码分多址码分多址CDMA空分多址空分多址SDMA 或混合多址等。或混合多址等。48(1)(1)频分多址频分多址(FDMA)(FDMA)FDMAFDMA方式示意图方式示意图当当多多个个地地球球站站共共用用卫卫星星转转发发器器时时，如如果果根根据据配配置置的的载载波波频频率率的的不不同同来来区区分分地地球球站站的的地地址址，这这种种多多址址联联接方式就叫接方式就叫FDMAFDMA方式。方式。其其转转发发器器频频带带资资源源占占用用特特点点是是：频频分分复复用用的的多多址址用用户户利利用用不不同同的的频频段段，可可在在同同一一时时间间互互不不重重叠叠地地共共享享信道信道(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）SFTWF50FDMAFDMA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的的原原理理是是用用不不同同的的时时隙隙来来区区分分地地球球站站的的地地址，址，该该系系统统中中只只允允许许各各地地球球站站在在规规定定时时隙隙内内发发射射信信号号，这这些些射射频频信信号号通通过过卫卫星星转转发发器器时时，在在时时间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。采采用用TDMATDMA方方式式，一一般般需需要要一一个个时时间间基基准准站站提提供供共共同同的的标标准准时时间间，保保证证各各地地球球站站发发射射的的信信号号进进入转发器时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。其其转转发发器器资资源源占占用用特特点点是是：时时分分复复用用的的各各多多址址用用户户利利用用不不同同的的时时隙隙，在在不不同同的的时时间间，可可使使用用相相同同的的载载波波频频率率，独独自自占占用用信信道道的的全全部部频频带带资资源。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（空分多址（SDMASDMA）FTSS57各类波束示意图各类波束示意图区域波束点波束全球波束 地球58(4)(4)码分多址码分多址(CDMA)(CDMA)码码分分多多址址是是近近年年来来推推出出的的新新的的多多址址方方式式，由由于于其其抗抗干干扰扰性性强强，高高保保密密性性等等特特点点，早早期期在在军军事事通通信信领领域域应应用用较较广广，近近年年逐逐步步发发展展到到民民用用技技术术如如卫卫星星通通信信和和移移动动通通信中。信中。在在CDMACDMA方式中，各站在通信时都被分配一个特殊的编方式中，各站在通信时都被分配一个特殊的编码信号，称为地址码。码信号，称为地址码。地址码的区分就是利用地址码编码信地址码的区分就是利用地址码编码信号码型结构上号码型结构上的的不同来实现的。不同来实现的。而且只有相互通信的地面站被指定使用相同的地址码，而且只有相互通信的地面站被指定使用相同的地址码，任意两个没有通信关系的两个站的地址码不仅各不相任意两个没有通信关系的两个站的地址码不仅各不相同且都是相互正交的。同且都是相互正交的。59不同码，在一个周期内积分，结果为0；相同码，在一个周期内积分，结果大于0；60在在CDMACDMA通通信信中中，各各站站所所发发射射的的载载波波一一般般要要被被两两种种信信号号调调制制：一一是是受受待待发发送送基基带带信信号号(一一般般是是数数字字基基带带信号信号)的调制；二是受地址码的调制。的调制；二是受地址码的调制。各各站站接接收收时时，所所接接收收的的信信号号虽虽然然为为各各地地面面站站所所发发信信号号的的叠叠加加信信号号，但但只只有有与与发发送送地地面面站站所所用用地地址址码码相相对对应应的的收收信信机机才才能能检检测测出出发发给给自自已已的的信信号号，其其他他收收信信机机由由于于没没有有相相应应的的地地址址码码，因因而而没没有有输输出出，或或者者说说仅仅表表现现为为背背景景噪噪声声，而而且且它它们们可可以以被被接接收收地地面面站站相关的电路去掉。相关的电路去掉。可可见见，CDMACDMA方方式式是是按按照照信信号号码码型型不不同同来来区区分分地地球球站站的。的。其其转转发发器器资资源源占占用用特特点点是是：各各地地球球站站可可在在任任意意的的时时间间，使使用用同同一一个个载载波波，共共用用一一个个频频带带，也也不不会会相相互互干扰。干扰。61码分多址（码分多址（CDMACDMA）62另另外外指指出出，由由于于发发送送信信号号经经地地址址码码加加工工处处理理后后，其其频频率率范范围围(频频谱谱宽宽度度)大大为为扩扩展展，故故通通常常又又将将CDMACDMA多多址址方方式式称称为为“扩扩展展频频谱谱多多址址方方式式”，属属于于扩扩频频通通信信的范畴。的范畴。通通常常所所说说的的扩扩频频通通信信，是是指指用用高高速速率率数数字字信信号号调调制制载波，将信号频谱扩展到更宽广频带的一种通信。载波，将信号频谱扩展到更宽广频带的一种通信。这这样样做做的的结结果果，将将使使被被携携带带消消息息(数数字字信信号号)的的幅幅度度低低于于噪噪声声幅幅度度，使使之之淹淹没没到到噪噪声声中中去去，以以此此来来提提高高通通信信的的隐隐藏藏性性和和抗抗噪噪声声干干扰扰能能力力，颇颇有有点点：“以以毒毒攻毒攻毒”的思想。的思想。63(5)(5)混合多址混合多址混合多址方式是以上四种多址方式的混合运用，混合多址方式是以上四种多址方式的混合运用，如如在在SDMASDMA方方式式的的情情况况下下，同同一一波波束束覆覆盖盖区区内内的的若若干干个个地地球球站站再再以以FDMAFDMA或或TDMATDMA方方式式区区分分，则则构构成成SDMASDMAFDMAFDMA混合方式或混合方式或SDMASDMATDMATDMA混合方式。混合方式。64频频分分多多址址（FDMA）：不不同同地地面面站站通通过不同的载频区分各话路过不同的载频区分各话路时时分分多多址址（TDMA）：不不同同地地面面站站通过路时隙区分各话路通过路时隙区分各话路空空分分多多址址（SDMA）：通通过过星星上上多多根根窄波束天线，对准不同地面站。窄波束天线，对准不同地面站。码分多址（码分多址（CDMA）：各地面站使）：各地面站使用同频传输，通过携带不同的地址码用同频传输，通过携带不同的地址码区分不同地面站。区分不同地面站。6566各种多址方式的比较各种多址方式的比较方式方式优点优点缺点缺点频分多址FDMA1、调制器工作速度低2、不需复杂同步即可避免与其他站所发信号的干扰，易实现多址联接1、每个转发器的传输容量小2、不易适应各种速率的数字信号传输时分多址TDMA1、可最大限度的利用转发器的发信功能2、可灵活处理各地球站电路容量的变化1、需采取同步措施，基带处理电路复杂2、发信功率需与每个转发器相对应码分多址CDMA1、可按需多发信号2、抗干扰性能强1、需要较宽的频带转发器2、原采用的技术频谱利用率低67VSATVSAT卫星通信网卫星通信网68VSAT是英文“Very Small Aperture Terminal”(甚小口径终端)的缩写，简称小站。它是国外20世纪80年代发展起来的一个卫星通信新领域。所谓VSAT，是指一类具有甚小口径天线的智能化小型或微型地球站。这类小站可以很方便地安装在用户处。通常，大量这类小站与一个大站协同工作，构成一个卫星通信网，能够支持范围广泛的单向或双向数据、话音、图像及其它综合电信及信息业务。它的出现，是一系列先进技术综合运用的结果。发展背景p VSAT于20世纪80年代最先在美国兴起，发展速度很快，是30多年来卫星通信技术的转折性发展。p利用这种系统进行通信具有灵活性强，可靠性高，成本低，使用方便以及小站可直接装在用户端等特点。p借助VSAT用户数据终端可直接利用卫星信道与远端的计算机进行联网，完成数据传递、文件交换或远程处理，从而摆脱了本地区的地面中继线问题，这在地面网络不发达、通信线路质量不好或难于传输高速数据的边远地区，使用VSAT作为数据传输手段是一种很好的选择。p它将是未来电信系统的重要组成部分，依赖地面超大容量光纤网，以及空间宽带卫星网，使用户设备方便地直接接入全国或全球宽带网络。pVSATVSAT具有很多优点，具有很多优点，设备简单、体积小、耗电少；设备简单、体积小、耗电少；组网灵活、组网灵活、容易扩充用容易扩充用，安装维护简便；安装维护简便；通信效率高，通信效率高，性能质量好，可靠性高；性能质量好，可靠性高；适适用用于于大大量量分分散散的的业业务务量量较较小小的的用用户户共共享享主主站站，所所以以许许多多部部门门和和企企业业多多使使用用VSATVSAT网网来来建建设设内内部部专用网。专用网。70 VSATVSAT网的网的组成组成 典型的VSAT网是由主站、卫星和许多远端小站(VSAT)三部分组成的，通常采用星形网络结构。图图 VSAT网络组成网络组成72 (1)(1)主站主站(中心站中心站)主站又称中心站(中央站)或枢纽站(HUB)，它是VSAT网的心脏。它与普通地球站一样，使用大型天线，其天线直径一般为3.58 m(Ku波段)或713m(C波段)，并配有高功率放大器(HPA)、低噪声放大器(LNA)、上/下变频器、调制解调器及数据接口设备等。主站通常与主计算机放在一起或通过其它(地面或卫星)线路与主计算机连接。(2)(2)小站小站(VSAT)(VSAT)VSAT小站由小口径天线、室外单元和室内单元组成。室外单元主要包括固态功放、低噪声场效应管放大器、上/下变频器和相应的监测电路等。整个单元可以装在一个小金属盒子内直接挂在天线反射器背面。室内单元主要包括调制解调器、编译码器和数据接口设备等。室内外两单元之间以同轴电缆连接，传送中频信号和供电电源。可直接与其数据终端(微计算机、数据通信设备、传真机、电传机等)相连，不需要地面中继线路。(3)(3)空间段空间段VSAT网的空间部分是C频段或Ku频段同步卫星转发器。C频段电波的优点是传播条件好、降雨影响小、可靠性高、小站设备简单、可利用地面微波成熟技术、开发容易、系统费用低。但由于有与地面微波线路相互干扰的问题，功率通量密度不能太大，限制了天线尺寸进一步小型化，而且在干扰密度强的大城市选址困难。C波段通常采用扩频技术降低功率谱密度，以减小天线尺寸。但采用扩频技术限制了数据传输速率的提高。Ku频段与C频段相比具有以下优点：不存在与地面微波线路相互干扰的问题，架设时不必考虑地面微波线路而可随地安装。允许的功率通量密度较高，天线尺寸可以更小，传输速率可更高。VSATVSAT系统工作原理系统工作原理 1）外向(Outbound)传输 在VSAT网中，主站向外方向发射的数据，也即从主站通过卫星向小站方向传输的数据，叫作外向传输数据。外向信道通常采用时分复用(TDM)或统计TDM技术连续性地向外发射，即从主站向各远端小站发送的数据，由主计算机进行分组格式化，组成TDM帧，通过卫星以广播方式发向网中所有远端小站。为了各VSAT站的同步，每帧开头发射一个同步码。2)内向(Inbound)传输 各远端小站通过卫星向主站传输的数据叫作内向传输数据。在VSAT网中，各个用户终端可以随机地产生信息。内向数据一般采用随机方式发射突发性信号。采用信道共享协议，一个内向信道可以同时容纳许多小站，所能容纳的最大站数主要取决于小站的数据率。综上所述可以看出，VSAT网与一般卫星网不同，它是一个典型的不对称网络。即链路两端设备不同；执行的功能不同；内向和外向业务量不对称；内向和外向信号强度不对称，主站发射功率大得多，以便适应VSAT小天线的要求。VSAT发射功率小，主要利用主站高的接收性能来接收VSAT的低电平信号。VSAT应用实例民航空管卫星民航空管卫星通信系统通信系统主要用于解决对飞机的位置及运行状态的实时监控。新星石油总公司西北局卫星通信系统新星石油总公司西北局卫星通信系统该系统主要用于进行话音传输，为网状网结构。主要用于解决沙漠中勘测站点对西北局总部之间话 音通信及高速数据传输。银行应急机动卫星通信系统银行应急机动卫星通信系统 卫星多媒体信息播发和下传卫星多媒体信息播发和下传 电话，远程教育，internet，电影，股票，时事，资讯电视会议系统电视会议系统78
展开阅读全文