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* * 第1章 卫星通信系统概述 1.1 卫星轨道 在卫星通信系统中，卫星是通信的重要中继站。 卫星通常围绕地球做无动力飞行，它们可视为宇宙中通过重力相互作用的两个物体。 卫星绕地球运行规律服从开普勒(Kepler)定律。 1.1 卫星轨道 1、卫星运行轨道的特性 1）卫星具有椭圆形轨道，而地球的地心O是椭圆的一个焦点。 2）卫星在轨道上以速度V运动的过程中，单位时间内地心O与卫星S的连线所扫过的面积（以轨道弧线为界）相等。 OS：轨道半径（地心到卫星的距离），Re：地球半径(6378km)，h：卫星到星下点的距离。 ? OS=Re+h 卫星运行周期：T=1.65866×10-4(Re+h)3/2 (min) 圆形轨道上： V=631.348/(Re+h)1/2 (km/s) 1.1 卫星轨道 2、圆形轨道分类 1）低轨 LEO，Low Earth Orbit 2）中轨 MEO，Medium Earth Orbit 3）静止轨道 GEO，Geostationary Earth Orbit 高度范围：500~1500km 高度范围：10000~20000km 高度：35786km（略称为36000km） 在2000~8000km的空间有一个由范伦(Van Allen)带形成的恶劣的电辐射环境——不宜于卫星的运行。 1.1 卫星轨道 同步卫星：运行周期为一个恒星日（23小时56分4秒）的卫星，轨道高度35786km。 静止轨道卫星：轨道面与赤道平面相重合的卫星。它与地面观察者之间保持相对静止。 1.1 卫星轨道 卫星在轨道上运行时除受地球（假定为理想球形）引力影响外，还将受到诸多非理想因素的影响而产生摄动。 地球形状不规则、大气阻力、太阳和月球引力等。 3、影响卫星运行的因素 1.1 卫星轨道 由于摄动等非理想因素的影响，卫星运行的轨道是不稳定的，必须加以控制，称为轨道控制。 轨道控制是对卫星的质心施加外力，以改变质心运动的轨迹。 4、轨道控制 1.1 卫星轨道 轨道控制用于完成四种任务：变轨控制、轨道保持、返回控制和轨道交会。 1）变轨控制 使卫星从一个自由飞行轨道转移到另一个自由飞行轨道的控制。 1.1 卫星轨道 1.1 卫星轨道 2）轨道保持 用于克服各种摄动的影响，保持卫星轨道的某些参数不变。 1.1 卫星轨道 3）其它轨道控制 使返回式卫星脱离其原有轨道而再入大气层，需要进行轨道控制。 使一颗卫星与另一颗卫星在同一时间以相同的速度到达空间同一位置，即实现两颗卫星（航天器）的交会（对接）时，也需要进行轨道控制。 1.1 卫星轨道 姿态控制是对卫星绕其质心施加外力矩，以保持或按要求改变卫星在空间定向的技术。 5、卫星姿态控制 目的：1）使卫星天线对准地面或空间的目标；2）卫星进行轨道控制时，发动机应对准所要求的推力方向；3）卫星再入大气层时，要求制动防热面对准迎面气流等。 1.1 卫星轨道 姿态稳定是保持已有姿态的控制。包括： 1）自旋稳定 依靠转动量保持自旋轴在惯性空间的指向 2）三轴稳定 利用主动或环境力矩，保持星体三条正交轴线在某的参考空间的方向。 目前，采用三轴稳定的居多。 1.1 卫星轨道 在卫星通信系统中，也可采用低轨（LEO）或中轨（MEO）等非静止轨道（NGEO，Non-GEO)卫星。由于NGEO卫星与地球上的观察点有相对运动，为了保证对全球或特定地区连续覆盖，以支持服务区内用户的实时通信，需要用较多数目的卫星组成特定的星座。 铱星座：66颗，高765km 1.2 系统的组成 卫星通信系统由空间段和地面段两部分组成。 1.2 系统的组成 1.2.1 空间段 空间段以卫星为主体，并包括地面卫星控制中心（SCC）和跟踪、遥测和指令站（TTC） 在TTC站与卫星之间，有一条控制和监视的链路，通常对卫星进行以下监控： 1）卫星发射阶段：一旦最后一级火箭释放， TTC就卫星进行跟踪和定位，并对天线和太阳能帆板的展开实施控制。 1.2 系统的组成 2）系统运行过程中：对卫星的位置和轨道进行监测和校正，以便将轨道的漂移和卫星摄动控制在允许的范围内。 1.2 系统的组成 3）星载转发器是卫星的有效负载，也是卫星通信系统空间段的主要组成部分。SCC可对星载转发器的输出及整个空间通信分系统进行测试、监控，并对出现的故障进行检修。 1.2 系统的组成 4）对由于“双重照射”形成的地区性通信干扰问题进行监测—