浅 说 卫 星 通 信

二十年来，随着火箭技术、卫星技术和通信技术的逐步成熟和完善，卫星通信进入了专业化发展方向，出现了专门用于地质勘探的资源卫星、获取气象信息的气象卫星、提供定位参考的导航卫星、专门用于传输电视和电话的通信卫星等。首先，卫星通信的概念必须具备三个基本条件来建立人与人之间的通信，即终端、交换和传输。所谓的“终端”是指电话、传真机和微型计算机等通信设备，它们是用户发送和接收语音、图像、文本、数据和其他信息的工具。由于这些设备都安装在通信链路的末端(通常安装在用户家中)，它们统称为终端设备。所谓“交换”，是指电信运营商通过安装在本地电话局和长途电话局的交换机，有条不紊地组织来自世界各地和各个方向的信息，然后将信息发送到用户指定的地方。为什么要转换？这里有一个经济和利益的问题。最初，两个人可以通过一对电话线进行交流。然而，在许多人之间交流是非常不方便的。如图1所示，图1中示出了人数和专线数量之间的关系。

两个人之间只需要一对线，六个人之间需要15对线，8个人增加到28对线，依此类推。通过使用排列组合方法，可以计算任何数量的人所需的专用线路的数量。想象一下，世界上有超过40亿人。即使10%的人口配备了专用线路，所需的专用线路数量也是天文数字。因此，建立一条专用线路既不经济也不现实。最有效的方法是通过集中交换。所谓传输，是指利用电信运营商提供的一些媒体，将交换的信息集中起来，从这里传输到那里。利用媒体来传递信息是近在咫尺的事。本地电话只需要通过本地电话线传输，而长途电话需要通过长途线路传输。传输媒体可分为有线和无线。有线传输介质是有形的实体，例如架设在电线杆、电缆和光缆上的明线。无线传输的媒介是无形的无线电波。如果按照无线电波的波长(或频率)划分，有超高频、短波、微波等。一般来说，我们称xx通信为xx载波作为传输介质，例如，光缆通信为传输介质，微波通信为传输介质。卫星通信也使用微波作为传输媒介，但它是微波通信，使用以太中的人造地球卫星作为中继站。1957年10月4日，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，使人们真正看到了实现卫星通信的希望。1960年8月，美国国家航空航天局发射了直径为30米、高度为1600公里的铝涂层气球“回声1号”，作为电话和电视传输的人造无源中继器。这是世界上第一次无源卫星通信测试。1960年10月，美国发射了“信使1B”人造地球卫星，高度为1000公里。这颗卫星装有高速磁带录音机，可以接收来自地球的信息。当卫星再次接近地球时，它打开发射器，将记录发回地球。这是世界上第一次主动人造卫星通信试验。随后，美国和日本发射了多颗卫星进行实验，如宽带调频电视、多频道电话、低噪声放大和精确跟踪，并获得了许多有用的数据。然而，这些卫星都是低椭圆轨道上的卫星，不仅通信时间短，而且通信时间随地球远近卫星的周期性变化而变化。1963年2月和7月，美国分别发射了“同步”和“同步2”卫星，进行宽带压缩等实验。1964年8月，美国发射了“同步3号”卫星，成功转播了东京奥林匹克委员会的实况转播。然而，这些卫星通信都是实验性质的。1965年4月，美国发射了“晨鸟”同步卫星，真正的同步卫星通信开始进入实用时代。第二，同步轨道卫星通信所谓的同步卫星通信是两个或多个地球站之间的通信，使用地球同步轨道上的卫星作为中继站来转发无线电波。同步轨道卫星是指在距离地球约36000公里的空间中与地球自转方向相同的卫星，其周期为一个恒星日，即与地球自转时间相同，等于24小时。卫星在这个高度的轨道称为同步轨道。当同步轨道平面与地球赤道平面之间的角度为零时，也就是说，当卫星沿赤道平面运行时，卫星似乎相对于地球静止不动。这个轨道称为地球静止轨道或赤道轨道，地球静止轨道上的卫星称为地球静止卫星。地球同步卫星主要用于电话或电视传输，以确保传输的稳定性。如果同步轨道的平面与地球的赤道有一定的角度，它被称为倾斜轨道，当角度为90°时，它被称为极轨。倾斜轨道卫星远离地球，但它们可以每天定期扫描经过的区域。因此，它们通常用于科学研究。当卫星离地高度高于或低于36000公里时，其轨道统称为异步轨道。低轨道卫星(离地面1000 ~ 5000千牛顿)需要很短的时间绕地球运行，通常为2~4小时；中等高度卫星(距地面5000 ~ 20000公里)，运行周期4~12小时。36000公里以上的卫星运行周期超过24小时。非同步轨道卫星通常用于移动通信。同步卫星通信作为海外国际通信的主要手段，已经经历了30多年的发展，从第一代发展到今天的第八代。目前，世界各国有300多颗同步卫星在360度的地球静止轨道上运行，负责电话、电视、传真、数据、无线电和其他通信。应该指出，轨道卫星不能随意放置。轨道位置是一种有限的资源，必须以统一和协调的方式使用。想象一下，如果120颗卫星被放置在360°的赤道轨道上，卫星之间的距离将是3。如果部署360颗卫星，卫星之间的距离只有1度，这表明在36000公里高的地球静止轨道上，两颗卫星之间的距离只有700多公里。卫星之间的空间太小，所以无论是地球站到邻近卫星还是邻近卫星到地球站都很难避免相互干扰。然而，根据国际电联的规定，世界上所有国家，无论大小，都有权享有轨道位置。因此，使用卫星进行通信必须有国际协调。3.通信卫星上的设备系统通信卫星是高科技产品。由于它们在太空中运行，要求结构简单、重量轻、体积小、耐高温、耐低温和耐辐射。该卫星由通信、遥测、控制、跟踪、供电和其他主要系统组成。然而，随着通信卫星的升级及其功能和容量的增加，它们的结构并不完全一致。1.通信系统通信系统是通信卫星的有效载荷，也是通信卫星的核心。它包括一个转发器和一个天线。转发器的主要功能是转换和放大接收到的信号和发送回地面站的信号。2.遥测系统的遥测系统有两个主要功能。一个是接收地面命令，遥测工作条件、工作环境、卫星和天线姿态、轨道位置等。车载设备。二是逐一回答地面指令，报告测试数据、位置、姿势等。各种遥测信号按照规定的编码方式排列。遥测过程如下:卫星上的遥测命令天线从地面接收到遥测命令后，首先对其进行解码，一方面启动传感器，另一方面将其发送到控制系统。然后，代表卫星设备的工作状态和工作环境的数据以及由传感器获得的关于天线姿态和轨道位置的数据被转换成电信号，并由编码器进行统一编码，然后通过天线发送回地球。3.控制系统控制系统的控制系统是地球站发送给卫星的命令执行机构。地球静止轨道卫星必须保持地球或其他参考物体的准确位置。例如，通信天线必须对准地球，太阳能电池必须面向太阳，地球同步轨道卫星的运行周期必须与地球的旋转同步，赤道上方的位置必须保持在规定的范围内，设备故障必须逆转到备用状态，等等。一旦轨道位置改变或设备出现故障，卫星上的命令执行机构必须根据地面指令开始快速调整或后退。4.供电系统通信卫星上的电源由电池供电。有两种电池。一个是太阳能电池，它是通信卫星的主要电池。当卫星进入照明区时，太阳能电池供电。因此，它不能用于地球星侵蚀或月亮星侵蚀的情况。这时，备用电池会提供电力。蓄电池是一种化学电池，用作通信卫星的备用电池。它通常由太阳能电池充电，并在地球星侵蚀或月亮星侵蚀的情况下供电。4.地球站设备系统地球站是向通信卫星发送和接收无线电波的设施。然而，电视信号进入电视多路复用设备，最终通过城市中继设备发送到长途电话局和节目交换中心，最后发送到用户。5.在非同步轨道卫星通信之前就已经指出，同步轨道卫星通信具有时延太长和不能在高纬度地区通信的缺点。非同步轨道卫星通信模式可以更好地解决这些问题。非同步轨道卫星主要包括椭圆轨道卫星和中低圆轨道卫星。1.椭圆轨道卫星通信2。中低轨道卫星通信所谓中低轨道卫星通信是指与同步轨道卫星相比，在轨卫星离地球的高度更低。对于中低轨道卫星，轨道选择裕度和机动性相对较大，不同于同步轨道卫星，同步轨道卫星只能限于同步轨道。因此，中低轨道卫星的轨道既有圆形也有椭圆形。不仅有超过60度的高倾角轨道，还有接近90度的极地轨道。与同步轨道卫星通信不同，中低轨道卫星通信通常由一个所谓的“星座”组成一个卫星系统。星座是一个网或星的形式，每个星座有几个轨道，每个轨道有几个卫星。地球的外围被整个星座的卫星包裹着，或者覆盖着地球。中低轨道卫星主要用于移动通信。