卫星通信第二章.ppt

第二章 通信卫星 卫星的轨道 通信卫星和地球的几何关系 卫星星座和系统的概念 通信卫星的组成 第一节 卫星的轨道 卫星的运动轨道 卫星的运动方程 开普勒定律 静止卫星的轨道 静止轨道上卫星的定位 卫星的摄动 卫星的轨道 卫星的运动轨道： 卫星的运动轨迹称为运动轨道，它所在平面称为轨道平面 按照高度分类： GEO LEO MEO HEO 卫星的轨道 卫星的运动轨道： 按倾角分类： 赤道轨道： i=0? 倾斜轨道： 0??i ?90? 极轨道：i=90? 卫星的轨道 卫星的运动方程： 万有引力定律：F=gm1m2/r2 g=6.67*10-20 km3/kg/s2，万有引力常数 卫星相对于地球运动的运动方程： 地球质量：5.977*1024kg μ=g(m1+m2)≈gm1=3.986*105km3/s2，为开普勒常数 卫星的轨道 开普勒定律： 第一定律（轨道定律）：卫星的轨道是一个椭圆，地球的中心位于椭圆的一个焦点上 P：椭圆的半焦弦 e：偏心率，e=c/a，0≤e≤1 θ:近点角 卫星的轨道 开普勒定律： 第二定律（面积定律）：卫星的位置矢量在单位时间内扫过的面积一定 卫星的轨道 开普勒定律： 第三定律（轨道周期定律）：卫星运转的周期T，与轨道的半长轴a的3/2次方成正比 卫星的轨道 静止卫星的轨道： 圆形轨道，轨道中心为球心，e=0 T=23h56m4.09s(平均太阳时)，代入开普勒第三定律得a=42164.2km。从卫星到星下点的距离为： 42164.2-6378.155=35786.045km 代入开普勒第二定律得：v=3.07km/s 卫星的轨道 静止卫星的优点： 对地球上任何点而言，卫星都是静止的，因此不需要地球站的天线周期性地跟踪卫星运动。大大降低了建站所需的造价 当地球站天线最小仰角50时，静止卫星可以覆盖38%的地球表面。除去纬度高于760N和760S的 极区外，彼此间隔为1200的三颗 静止卫星，可以覆盖整个地球表 面，而且表面有重叠 对静止卫星覆盖范围内的地球站， 由卫星轨道中漂移引起的多普勒频 移较小 卫星的轨道 静止卫星的缺点： 传输损耗和传输时延较大 两极附近有盲区 对地静止轨道只有一条，故能容纳的卫星数量有限 静止卫星的发射和在轨遥测遥控技术较复杂 卫星的轨道 静止轨道上卫星的定位： 运载工具将卫星发射到椭圆形转移轨道上。 转移轨道中，卫星靠自旋稳定。 当准确地测定了卫星轨道和高度，而且确认卫星是处于转移轨道的远地点时，启动远地点发动机以使卫星进入圆形轨道运行 静止卫星的发射 卫星的轨道 轨道的扰动（摄动）： 卫星运动的实际轨道不断发生不同程度地偏离开普勒定律所确定的理想轨道的现象 引起摄动的原因 太阳、月亮引力的影响 地球引力场不均匀的影响 地球大气层阻力的影响 太阳辐射压力的影响 通信卫星 第二节 卫星和地球的几何关系 方位角、仰角和极化角 覆盖角和距离 长时延的影响和消除 星蚀及日凌中断 卫星和地球的几何关系 方位角、仰角和极化角： 方位角：本地水平面和通过地球站、卫星和地心的平面的交线与真北线的夹角 方位角、仰角和极化角 方位角： 北半球地球站 卫星在南偏东：A=1800-A` 卫星在南偏西：A=1800+A` 南半球地球站 卫星在北偏东：A=A` 卫星在北偏西：A=3600-A` 方位角、仰角和极化角 仰角： 仰角：本地水平面和通过地球站、卫星和地心的平面的交线与地球站-卫星之间连线的夹角 方位角、仰角和极化角 仰角： 方位角、仰角和极化角 天线安装： 方位角、仰角和极化角 例： 一个地球站位于经度?L=80oW和纬度ΦL =40oN处，静止卫星经度?s =120oW，求它的方位角和仰角 方位角、仰角和极化角 极化角： 地球站天线的极化方向和卫星天线的极化方向不完全匹配 卫星天线：以卫星轴系为基准定义的 水平线极化波：位于赤道平面内，是地球赤道圆的切线方向 垂直极化波：与卫星的极轴平行，与赤道平面垂直 地球站天线的水平极化方向以地平面为基准定义 方位角、仰角和极化角 极化角： 极化角与卫星、地球站的经纬度关系： 若极化角不为0，则要调整馈源矩形波导口与水平线的相对位置 若卫星在地球站的南偏东，则极化角顺时针旋转（面向着天线） 若卫星在地球站的南偏西，则极化角逆时针旋转 极化角的调整 方位角、仰角和极化角 极化角： 覆盖角和距离 覆盖角： 从卫星看向地球的最大视角，它与卫星的高度有关，与地球站天线的最小仰角有关 覆盖角和距离 覆盖角 对静止轨道，2?max=17.4o 设卫星俯视区的地心角为??，则?=90o-E- ? 卫星覆盖面积： 覆盖角和距离 覆盖角： 对静止轨道，令?=?max, E=0，就可得到地球覆盖角对应的最大地心角?=81.3o 如果地