衛(wèi)星通信技術(shù)簡述

1、衛(wèi)星通信技術(shù)簡述一、衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎(chǔ)1、組成與原理衛(wèi)星通信是指利用衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，以 此來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站（或手持終端）之間或地球站與航天 器之間通信的一種通信方式。微波具有與光波相似的視距傳輸特性，也就是說兩個(gè)通信站 之間不能有遮擋。由于地球的曲率影響，地球上兩個(gè)微波通信站 之間通信距離大約50km，因此要實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的通信距離，就必須 用多個(gè)微波通信站來中繼。中繼站的功能主要是轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，通過 一站一站地接力，實(shí)現(xiàn)超視距或遠(yuǎn)距離通信，這種通信方式叫地 面微波中繼通信。衛(wèi)星通信可以理解為一種特殊的微波中繼通信， 它利用外層空間的通信衛(wèi)星作為中繼站。衛(wèi)星通信系統(tǒng)中通信衛(wèi)星和地球

2、站是重要組成部分，是絡(luò)中 各節(jié)點(diǎn)之間信息傳輸?shù)膬蓚€(gè)重要環(huán)節(jié)。為保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行， 還必須配置跟蹤遙測指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)。監(jiān)測管理系統(tǒng)的 任務(wù)是在業(yè)務(wù)開通前對通信衛(wèi)星和地球站進(jìn)行各項(xiàng)通信參數(shù)的 測定；業(yè)務(wù)開通后，對衛(wèi)星和地球站的各項(xiàng)通信參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和 管理。衛(wèi)星跟蹤遙測指令系統(tǒng)的任務(wù)是對衛(wèi)星進(jìn)行準(zhǔn)確和可靠的 跟蹤測量，控制衛(wèi)星準(zhǔn)確進(jìn)入定點(diǎn)位置；衛(wèi)星正常運(yùn)行后，還要 對它進(jìn)行軌道修正、位置保持和姿態(tài)保持等控制。2、特點(diǎn)優(yōu)勢：1）衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)對于同步軌道上的衛(wèi)星，距地面的軌道高度約為心心*km，只 需一個(gè)衛(wèi)星就能完成1萬多千米的遠(yuǎn)距離通信。2）衛(wèi)星通信具有多址聯(lián)接特性在衛(wèi)星通

3、信中，衛(wèi)星所覆蓋的區(qū)域內(nèi)，所有地球站都能利用 這顆衛(wèi)星進(jìn)行相互間的通信。這種同時(shí)實(shí)現(xiàn)多方向多個(gè)地球站之 間的相互聯(lián)系特性即為多址聯(lián)接特性。3）衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)靈活衛(wèi)星通信的建立不受地理?xiàng)l件的限制，無論是現(xiàn)代化的大城 市，還是邊遠(yuǎn)落后的山區(qū)、島嶼；無論是飛機(jī)、汽車、艦船甚至 個(gè)人，只要需要，都可以隨時(shí)利用衛(wèi)星通信，且建站迅速、組網(wǎng) 靈活。4）衛(wèi)星通信頻帶寬，通信容量大衛(wèi)星通信采用微波頻段，且一顆衛(wèi)星上可設(shè)置多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器， 系統(tǒng)的實(shí)際可用帶寬達(dá)幾十吉赫。5）衛(wèi)星通信線路穩(wěn)定、質(zhì)量好衛(wèi)星通信的電波主要在大氣層以外的自由空間傳播，電波在 自由空間傳播十分穩(wěn)定，因此衛(wèi)星通信受氣候和氣象變化的影響 比較小，而且

4、通常只經(jīng)過衛(wèi)星一次轉(zhuǎn)送，噪聲影響小，通信質(zhì)量 好。6）衛(wèi)星通信的成本與距離無關(guān)在衛(wèi)星通信中，通信線路的造價(jià)不隨通信距離增加而增加， 特別適合于遠(yuǎn)距離的通信。問題：1）衛(wèi)星通信需要高可靠、長壽命的通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信必須有高可靠、長壽命的通信衛(wèi)星，由于一個(gè) 通信衛(wèi)星內(nèi)要裝幾萬個(gè)電子元件和機(jī)械零件，為了提高通信衛(wèi)星 的可靠性和壽命，必須選用宇航級(jí)的元器件，并做大量的壽命和 可靠性試驗(yàn)。2）衛(wèi)星通信要求地球站和衛(wèi)星有大功率發(fā)射機(jī)、高靈敏度 接收機(jī)和高增益天線由于地球站與衛(wèi)星相距遙遠(yuǎn)，傳輸損耗比較大，到達(dá)地面或 到達(dá)衛(wèi)星的信號(hào)都非常弱。為了適應(yīng)這個(gè)特點(diǎn)，在地球站及衛(wèi)星 上都必須配置高增益天線、大功率發(fā)

5、射機(jī)、高靈敏度接收機(jī)。3）衛(wèi)星通信有較大的信號(hào)延遲和回聲干擾無線電波在自由空間的傳播速度等于光速，即30萬km/s， 當(dāng)利用靜止衛(wèi)星通信時(shí)，信號(hào)從地球站發(fā)射經(jīng)過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到另一 地球站，單程就達(dá)*；雙向通信時(shí)，往返約*km，這時(shí)電 波傳播需要約0.5s的時(shí)間，因此，信號(hào)有較大的時(shí)間延遲。在終 端二、四線轉(zhuǎn)換處，如平衡網(wǎng)絡(luò)不平衡，對發(fā)話人就形成了回聲 干擾，即發(fā)話人過0.5s左右后會(huì)聽到自己的講話，會(huì)有很不自然 的感覺，。4）兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，高緯度地區(qū)通信效果不佳雖然在靜止軌道上均勻配置三顆衛(wèi)星幾乎就可以覆蓋全球， 但在南北兩極地區(qū)還是存在一定的盲區(qū)，而且在高緯度地區(qū)由于 通信仰角比較低，會(huì)對

6、通信效果造成一定的影響。利用極軌衛(wèi)星、 傾斜軌道或橢圓軌道衛(wèi)星可以有效解決高緯度地區(qū)及兩極地區(qū) 的通信問題，但帶來的問題是地球站天線跟蹤系統(tǒng)復(fù)雜、有效通 信時(shí)間比較短。二、衛(wèi)星光通信系統(tǒng)1、組成：原理衛(wèi)星光通信系統(tǒng)主要由兩個(gè)構(gòu)成光通信鏈路的光通信 終端組成，光通信端是衛(wèi)星光通信系統(tǒng)中進(jìn)行光信號(hào)收發(fā)的光 端機(jī)。光終端的基本組成通常包括光源模塊、光信號(hào)收發(fā)模塊、 瞄準(zhǔn)捕獲跟蹤模塊、調(diào)制解調(diào)模塊、終端控制模塊等，根據(jù)需要， 還可能包括二次電源模塊、熱控模塊等。2、優(yōu)勢：1）通信容量大。衛(wèi)星光通信由于載波頻率高，一般采用 850nm、1550nm等波段激光，載波頻率一般至少在200THz左 右，比微波

7、通信頻率高35個(gè)數(shù)量級(jí)，因此通信容量很大。目 前正在研究的有10Gbit/s以上的系統(tǒng)。2）通信距離遠(yuǎn)。由于激 光發(fā)射光束窄，方向性好，因此能量集中，隨通信距離增加而功 率密度衰減速度較小。激光波束的發(fā)散角通常在毫弧度、甚至微 弧度量級(jí)，比微波波束發(fā)散角小35個(gè)數(shù)量級(jí)。衛(wèi)星光通信最 遠(yuǎn)距離可以達(dá)到200萬km，非常適合深空通信。3）終端尺寸 小，重量輕。由于光波長短，在同樣功能的情況下，光學(xué)天線的 尺寸比微波、毫米波通信天線的尺寸要小很多。目前研制的光天 線口徑一般30cm以下。4）抗干擾能力強(qiáng)。目前太空隨著人造 衛(wèi)星數(shù)量的增加，空間電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，但光通信使用頻段 不同，且波束較窄，傳統(tǒng)

8、的微波信號(hào)難以對其形成干擾。5）保 密性好，抗截獲能力強(qiáng)。由于通信光波束發(fā)散角小，因此非合作 方很難對通信鏈路進(jìn)行偵聽，即使對方截獲也能及時(shí)察覺而采取 措施。6）可用于水下通信。海水對波長450550nm內(nèi)的藍(lán)、 綠激光的衰減比對其他波段信號(hào)的衰減要小很多，被稱為“水下 窗口”，使得飛機(jī)對潛艇、衛(wèi)星對潛艇的激光通信成為可能。3、發(fā)展與應(yīng)用衛(wèi)星光通信（激光星間鏈路）具有重要的應(yīng)用前景。可應(yīng)用 于低軌道衛(wèi)星與高軌道衛(wèi)星間（LE0-GEO ）通信鏈路、高軌道衛(wèi) 星與高軌道衛(wèi)星間（GEO-GEO）通信鏈路、低軌道衛(wèi)星與低軌道 衛(wèi)星間（LEO-LEO）通信鏈路、空間與地面（GEO- Ground）通 信

9、鏈路，也可應(yīng)用于深空探測、載人航天空間站的通信，尤其是 近年來發(fā)展的低軌道小衛(wèi)星星座更迫切需要用光實(shí)現(xiàn)鏈路。可以 預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，由于用光實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星鏈路，將給衛(wèi)星通信 領(lǐng)域帶來巨大變化。各個(gè)國家對其的研究也從不懈怠。20世紀(jì)70年代初，美國 開始了激光空間通信系統(tǒng)的初步研究，近幾年重點(diǎn)進(jìn)行了月地激 光通信演示驗(yàn)證計(jì)劃。歐洲航天局在同一時(shí)期開始的20余年里， 對衛(wèi)星激光通信的相關(guān)技術(shù)，進(jìn)行了有步驟的、周密細(xì)致的研究， 并制定了一系列的階段性研究計(jì)劃。在我國，2011年11月，哈 爾濱工業(yè)大學(xué)研制的激光通信終端成功進(jìn)行了 “海洋二號(hào)”海洋 動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星與地面間的星地激光通信實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了中國首 次星地告訴直接探測激光通信，最高通信數(shù)據(jù)率為504Mb/s，為 中國衛(wèi)星光通信系統(tǒng)實(shí)用化打下了基礎(chǔ)?？傮w說來，我國衛(wèi)星光 通信的發(fā)展雖然還基本處于起步階段，但已逐漸開始從實(shí)驗(yàn)室研 究向?qū)嶋H工程應(yīng)用轉(zhuǎn)化。結(jié)束語：在信息化進(jìn)程飛速