卫星通信运行轨道.ppt

例题二 有一个由N颗地球静止轨道卫星组成的通信系统，已知静止轨道卫星高度H＝36000km，假定地球站天线最小仰角Emin＝20o 。为使该通信系统能够完全覆盖地球赤道，问至少要有多少颗卫星（N）？ 地球表面上，卫星的覆盖区域面积为： 卫星在地面上的覆盖半径为： 卫星在地球上覆盖的弧长为： 用户可以通信的轨道弧长为： 用户可以与卫星通信的最长时间为： 例题一 卫星绕地球做圆轨道运动，假设地球半径为6356.755km，系统要求用户终端的最小仰角为10o，卫星距地面的高度为785km，求 （1）单颗卫星的覆盖区域面积； （2）用户到卫星的传播时延； （3）用户可以与卫星通信的最长时间。 * 卫星轨道 目录 一、与星座有关的基本概念 二、卫星轨道的分类 三、卫星的轨道要素 四、卫星对地面的覆盖 参考书 张乃通等，《卫星移动通信系统》，北京：电子工业出版社，2000年 张更新等，《卫星移动通信系统》，北京：人民邮电出版社，2001年 王希季，李大耀。《卫星设计学》，上海：上海科学技术出版社，1997年 一、与星座有关的基本概念 天文学的几个术语 升节点 春分点和秋分点 日心圆坐标系 地心赤道坐标系 太阳日 恒星日 世界时间和地方时 天文学的几个术语 天球：人们为了便于研究天体，假想以空间任意点为中心，以无限长为半径所作的球。 天赤道：延伸地球赤道面而同天球相交的大圆称为“天赤道”。 天极：向南北两个方向无限延长地球自转轴所在的直线，与天球形成两个交点，分别叫作北天极与南天极。 黄道：从地球上看，太阳于一年之内在恒星之间所走的视路径，即地球的公转轨道平面和天球相交的大圆。黄道和天赤道成23度26分的角，相交于春分点和秋分点。  太阳 月球 地球 卫星 图2 地球、卫星、月球和太阳的相对位置 升节点（或升交点）：卫星从地球的南半球向北半球飞行的时候经过地球赤道平面的点。 春分点和秋分点：从地球上看，太阳沿黄道逆时针运动，黄道和天赤道在天球上存在相距180°的两个交点，其中太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点，称为春分点，与春分点相隔180°的另一点，称为秋分点，太阳分别在每年的春分（3月21日前后）和秋分（9月23日前后）通过春分点和秋分点。 简单地说，春分点为太阳沿黄道从天赤道以南向北通过天赤道的那一点。 春分点 秋分点 黄道 天赤道 图4 春分点和秋分点示意图 日心（Heliocentric）椭圆坐标系：坐标系的原点是太阳的中心，其XY基准平面与地球绕着太阳旋转的椭圆轨道面重合。X轴定义为连接原点和椭圆面与地球赤道面的横断面的连线，其正方向指向春分点方向。Y轴的正方向指向X轴正方向的东方，Z轴的正方向指向原点的北方。 地心（Geocentric）赤道坐标系：坐标原点为地心；坐标轴X在赤道平面内，指向春分点；Z轴垂直于地球赤道面，与地球自转角速度方向一致；Y轴与X轴、Z轴垂直，构成右手系。 太阳日：一个太阳日是指太阳连续经过当地子午线的时间间隔，即通常所说的一天。如果地球只是自转，而不绕着太阳转的话，一个太阳日就应该与地球自转一圈的时间相同。实际上，地球除了自转外，还要绕着太阳旋转（一年转一圈）。因此，在一个太阳日中地球自转就超过了360o，平均说来在一个太阳日中地球要多自转0.986o。 恒星日：一个恒星日定义为地球绕其轴自转360o需的时间。一个恒星日要比一个太阳日短，一个太阳日为24小时，而一个恒星日约为 23小时 56分4.09秒。对于 GEO卫星来说，为了与地面上的一点保持相对静止，其轨道周期就必须是一个恒星日。 图5 太阳日和恒星日示意图 世界时间：为了在全世界范围内确定一个时间基准，选择英国格林尼治的民用时间作为世界时间（Universal Time，简记为 UT），因此，世界时间有时也叫格林尼治标准时间（Greenwich Mean Time，简记为 GMT）。 地方时：以地方子午圈为基准所决定的时间，叫做地方时。在同一计量系统内，同一瞬间测得地球上任意两点的地方时刻之差，在数值上等于这两点的地理经度差。 二、卫星轨道的分类 按卫星轨道的倾角分 按卫星轨道的偏心率分 按轨道的高度分 按卫星轨道的重复特性分 按卫星轨道的倾角大小分 卫星轨道的倾角是指卫星轨道面与赤道平面的夹角。 赤道轨道：轨道倾角为0度，轨道面与赤道面重合。 极轨道：轨道倾角为90度，轨道平面通过地球南、北极，与赤道平面垂直。 顺行轨道：轨道倾角大于0度而小于90度，将这种卫星送入轨道，运载火箭需要朝偏东方向发射。利用地球自西向东自转的一部分速度，从而节省运载火箭的能量。 逆行轨道：轨道倾角大于90度而小于180度，将这种卫星送入轨道，运载火箭需要朝偏西方向发射。不能利用地球自转