卫星通信导论上课课件第6章卫星移动通信系统_2

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1、第6章卫星移动通信系统大纲卫星移动通信系统概述卫星运动规律与轨道参数非静止轨道卫星星座设计卫星星际链路特性卫星移动通信系统网络结构卫星移动通信系统频率规划典型卫星移动通信系统介绍2卫星运动规律与轨道参数续28非静止轨道卫星系统的轨道和高度选择►卫星轨道形状和高度是确定完成对指定区域覆盖所需的卫星数量和系统特性的一个非常重要的因素►卫星轨道的分类：1）按形状：椭圆轨道和圆轨道2）按倾角：赤道轨道、极轨道和倾斜轨道3）按高度：低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、静止/同步轨道（GEO/GSO）和高椭圆轨道（HEO）3卫星运动规律与轨道参

2、数续29卫星轨道按形状分类►椭圆轨道通常只在卫星相对地面运动速度较慢（即位于远地点附近）时才提供通信服务，因此更加适合于为特定的区域提供服务（特别是高纬度区域）►圆轨道卫星可以提供较均匀的覆盖特性，通常被提供较均匀的全球覆盖的系统采用4卫星运动规律与轨道参数续30卫星轨道按倾角分类►赤道轨道：倾角为0º，轨道上卫星的运行方向与地球自转方向相同，且卫星相对于地面的运动速度随着卫星高度的增加而降低。当轨道高度为35786km时，卫星运动速度与地球自转的速度相同。如果此时轨道倾角为0º，则卫星对地的运动速度为0，这种轨道就是静止（Geostati

3、onary）轨道；如果卫星的倾角不为0º，则卫星仍然存在对地的相对运动，这样的轨道称为地球同步（Geosynchronous）轨道，其星下点轨迹呈现出“8”字型。5卫星运动规律与轨道参数续31卫星轨道按倾角分类►极轨道的轨道面垂直与赤道平面，轨道倾角为90º，卫星穿越地球的南北极►倾斜轨道又可以根据卫星的运动方向和地球自转方向的差别分为顺行和逆行轨道►顺行倾斜轨道倾角在0º到90º之间，轨道上卫星在赤道面上投影的运行方向与地球自转方向相同►逆行倾斜轨道的倾角在90º到180º之间，轨道上卫星在赤道面上投影的运行方向与地球自转方向相反6卫星运

4、动规律与轨道参数续32卫星轨道按倾角分类7卫星运动规律与轨道参数续33卫星轨道按高度分类►各种轨道的可用高度范围如下表轨道类型可用高度（km）LEO700～2000MEO8000～20000GEO/GSO35786HEO远地点可达400008卫星运动规律与轨道参数续349非静止轨道卫星星座设计卫星星座的定义具有相似的类型和功能的多颗卫星，分布在相似的或互补的轨道上，在共享控制下协同完成一定的任务10非静止轨道卫星星座设计续1星座设计时的基本考虑►用户仰角应尽可能大►信号的传输延时应尽可能低►卫星有效载荷的能量消耗要尽可能低►如果系统采用星际

5、链路，则面内和面间的星际链路干扰必须限制在可以接收的范围内►多重覆盖问题11非静止轨道卫星星座设计续2极轨道星座设计方法►当卫星轨道平面相对于赤道平面的倾角为90º时，轨道穿越地球南北极上空，称这种类型的轨道为极轨道。►利用圆极轨道星座实现全球单重覆盖的思想最早由美国科学家R.D.Lüder提出；D.C.Beste在Lüder的工作基础上进行了进一步的分析和优化；W.S.Adams和L.Rider给出了目前被广泛采用的优化极轨道星座优化设计方法。12非静止轨道卫星星座设计续3卫星覆盖带(StreetofCoverage)►覆盖带是基于同一轨

6、道面内多颗卫星的相邻重叠覆盖特性，在地面上形成的一个连续覆盖区域►覆盖带半（地心角）宽度c式中，α为单颗卫星覆盖的半地心角宽度，S为每个轨道面内的卫星数量，π/S为卫星之间的半地心角宽度13非静止轨道卫星星座设计续4极轨道星座极点观察投影图►π星座►星座轨道面间的经度差不同►顺行轨道面间的间隔较大►逆行轨道面间的间隔较小14非静止轨道卫星星座设计续5相邻轨道面覆盖的几何关系►顺行轨道面的卫星之间保持固定的空间相位关系►逆行轨道面的卫星之间的空间相位关系则是变化的►极轨道星座中顺行和逆行轨道面之间的经度差∆1和∆2满足15非静止轨道卫星星座设

7、计续6极轨道星座的卫星分布特性由于极轨道星座的特殊轨道结构（90º倾角，所有轨道面交于南北极点），星座中的卫星在天球上的分布是不均匀的：卫星在赤道平面上最稀疏，相互间的间隔距离最大；在两极处最密集，相互间的间隔距离最小。因此，在考虑极轨道星座对全球的覆盖时，只需考虑对赤道实现连续覆盖；在考虑对球冠区域的覆盖时，只需考虑对球冠的最低纬度圈实现连续覆盖。16非静止轨道卫星星座设计续7极轨道星座实现全球覆盖极轨道星座实现全球覆盖时，星座参数应满足方程相邻轨道面相邻卫星之间的相位差应满足17非静止轨道卫星星座设计续8极轨道星座实现极冠覆盖极轨道星座

8、实现全球覆盖时，星座参数应满足方程式中，为极冠覆盖区的最低纬度相邻轨道面相邻卫星之间的相位差与全球覆盖时的相同18非静止轨道卫星星座设计续9近极轨道星座►卫星轨道平面与赤道平面的