第1章卫星通信概述11祥解.ppt

目 录 第一章 卫星通信概述 第二章 卫星通信基本技术 第三章 卫星通信链路设计 第四章 卫星通信网 第五章 移动卫星通信系统 4. 卫星的位置保持与姿态控制 （1）位置保持：所谓位置保持，就是使卫星在运行轨道平面上的位置保持不变。实现位置控制主要靠星体上的轴向喷嘴和横向喷嘴来完成。如图1-13所示，它们分别由两枚很小的气体火箭组成，轴向喷嘴是控制纬度方向的漂移。当卫星漂移出地球赤道平面时，星体上的遥测装置给地面一个信号，地面则通过遥控装置去控制卫星上的轴向喷嘴的点火系统，使它工作给卫星施加一个反作用力，使卫星回到赤道平面上来。当卫星在经度方向发生漂移，即环绕速度发生变化时，地球站给它一个控制信号，使横向喷嘴点火，以达到规定的速度为止。目前，静止卫星必须采取位置保持技术，其定点精度约为±0.1o，换算成位置精度约为±40km。 （2）姿态控制：所谓姿态控制，就是控制卫星保持一定的姿态，以便使卫星的天线波束始终指向地球表面的服务区，同时,对采用太阳能电池帆板的卫星,还应使帆板始终朝向太阳。进行卫星的姿态控制一般步骤是，先用用各种传感器测定卫星姿态；然后将测定结果与所需值进行比较；计算出修正量；最后操作相应的发动机单元，引入修正量进行姿态修正。测量卫星姿态的传感器主要有利用日光的太阳传感器、利用红外线的地球传感器、利用其它星球（特别是北极星）的恒星传感器、利用地球磁性的地球传感器、利用信标信号的电波极化面传感器和利用惯性的陀螺仪等。 卫星的姿态控制有自旋稳定、重力梯度稳定、磁力稳定和三轴稳定等方法，最常见的是自旋稳定和三轴稳定两种。 ①自旋稳定：根据陀螺旋转原理，将卫星做成轴对称的形状，并使卫星以对称轴（自旋轴）为中心不断旋转，利用旋转时产生的惯性转矩使卫星姿态保持稳定。但是，天线和卫星一起旋转时，天线的波束将绕卫星的对称轴做环形扫描，功率浪费很大。显然，这是一种被动的单自旋稳定方式，为此必须采用双自旋稳定方式，即在卫星上安装消旋天线，以保证天线波束的指向始终不变。其消旋天线可以是机械的，也可以是电子的。机械消旋是使安装在卫星自旋轴上部的天线与卫星自旋速度相等而方向相反；电子消旋是利用电子线路控制天线的波束，使其进行扫描，其扫描速度与卫星自旋速度相等，而方向相反。 特别是在机械消旋中，由于存在外界力矩的影响，这会使卫星的自旋速度减慢，或引起自旋轴进动和章动（小振动）等，从而使卫星的姿态不稳定。为此，可以利用星体上的切向喷嘴推进器来增加自旋速度；安装磁性线圈来保持自旋轴的方向；安装章动抑制器来抑制自旋轴的章动。卫星自旋的典型速度为100圈/分钟，采用自旋稳定法的卫星很多，如IS系列卫星中有不少。 ②三轴稳定：三轴稳定法是指卫星本身并不旋转，而是通过控制穿过卫星质心的三个固定轴来控制卫星姿态的方法。这三个轴选在卫星轨道平面的垂线、轨道的法线和切线三个方向上，分别称为俯仰轴、偏航轴和滚动轴，如图1-14所示。 需稳定的三轴可以采用喷气、惯性气轮或电机等来直接控制，其中用得较多的是采用惯性气轮，当卫星姿态正确时，各飞轮按规定的速度旋转，以惯性转矩使卫星姿态稳定。当卫星姿态发生改变时，改变飞轮的转速，从而产生反作用力来使卫星姿态恢复正常。这种设计能提高卫星运动的稳定度和精度，且姿态误差容限在三个轴方向不超过±0.1o。 1.3.2 卫星覆盖与星座设计 1. 单颗卫星覆盖范围的确定 对于单颗卫星而言，它在空间轨道上的某一位置对地面的覆盖，称为单颗卫星的覆盖区域；卫星沿空间轨道运行对地面的覆盖情况，就称为卫星的地面覆盖带。如图1-15所示。 （1）卫星的全球波束宽度： （2）覆盖区边缘所对的最大地心角： （3）卫星到覆盖区边缘的距离： （4）覆盖区的绝对面积S与相对面积S/S0分别为： 2. 方位角、仰角和站星距的计算 在地球站的调测、开通和使用过程中，都要知道地球站天线工作时的方位角 和仰角 。此外，为了计算自由空间的传输损耗，还必须知道地球站与卫星的距离， 即站星距。图1-16 所示。 （1）仰角 （2）方位角 上式的方位角是以正南方向为基准的。按规定地球站天线的方位角是按正北方向为基准，故实际方位角的计算为： 若地球站位于北半球时，方位角＝ 若地球站位于南半球时，方位角＝ （3）站星距 （km） 3. 星座设计 （1）星座的覆盖方式 卫星星座是指由多颗卫星按照一定的规律组成的卫星群。由多颗卫星组成的卫星环，沿空间轨道运行对地面的覆盖情况，称为卫星环的覆盖带。 星座主要有两种：一种是星状星座，如 “铱”系统；另一种为网状星座，即Walker星座，如“全球星”（G