人教課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版八年級(jí)下冊(cè)信息的傳遞越來(lái)越寬的信息之路全國(guó)一等獎(jiǎng)

衛(wèi)星通信

1996年，亞特蘭大奧林匹克體育場(chǎng)為世人矚目，第26屆奧運(yùn)會(huì)開幕式在這里舉行。除了體育場(chǎng)上的觀眾，全球有三十多億人通過(guò)電視屏幕同時(shí)觀看了開幕式的盛況。人們能在一個(gè)事件發(fā)生的同時(shí)就能立刻看到當(dāng)時(shí)的情景且遠(yuǎn)在千里之外，這就是衛(wèi)信通信的功勞。無(wú)線電通信時(shí)，信息的傳輸，是把信號(hào)加到高頻電磁波上，以高頻電磁波為載波，讓它載著信號(hào)傳送出去。就好像一列載貨的汽車，把貨物運(yùn)送出去。為了使被載的信號(hào)不受到干擾，就要占有一定的頻帶密度。在載波工作頻率的周圍，劃分出一個(gè)頻段，好像人們劃分地盤，獨(dú)家經(jīng)營(yíng)，他人不得插手。電報(bào)的信息比較簡(jiǎn)單，頻帶寬度只要幾百赫就夠了。電話是傳輸語(yǔ)言信息的，需要占據(jù)的頻帶要寬些，頻帶寬度在二到四千赫之間。電視就更復(fù)雜，不僅要傳輸聲音，還要傳輸圖象的信息，占據(jù)頻帶更寬，頻帶寬度大約要十千赫左右。電信發(fā)展就經(jīng)歷了中波、短波、超短波、分米波及厘米波等等，實(shí)現(xiàn)了微波電纜通信和衛(wèi)星通信。1945年，英國(guó)工程師克拉克最先提出用對(duì)地同步軌道上的衛(wèi)星進(jìn)行通信的設(shè)想。1957年人類第一顆人造地球衛(wèi)星上天，使克拉克的設(shè)想有了實(shí)現(xiàn)的可能。1965年第一顆地球同步衛(wèi)星“藍(lán)鳥1號(hào)”發(fā)射成功，開創(chuàng)了衛(wèi)星通信的新紀(jì)元。70年代，通信衛(wèi)星技術(shù)日趨完善。一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)由通信衛(wèi)星和地球站組成。通信衛(wèi)星由星體、天線、轉(zhuǎn)發(fā)器、遙測(cè)——指令系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源部分構(gòu)成。地球站由天線、上行線設(shè)備、下行線設(shè)備等部分組成。（1）衛(wèi)星通信的特點(diǎn)：衛(wèi)星通信不受海洋、陸地、高山、空中等地理?xiàng)l件限制；組網(wǎng)靈活、迅速；通信容量大、費(fèi)用省，三顆通信衛(wèi)星就能覆蓋全球，實(shí)現(xiàn)全球通信。一顆通信衛(wèi)星已能達(dá)到一萬(wàn)多路電話。衛(wèi)星通信采用數(shù)字方式后，所傳送話路的數(shù)量比用模擬方式傳送要大得多。由于電話、圖象、電視等形式的信息都可以數(shù)字化，因此可以采用統(tǒng)一的衛(wèi)星數(shù)字通信網(wǎng)，這樣不僅能大大改善傳輸?shù)馁|(zhì)量，而且可降低網(wǎng)路的建設(shè)費(fèi)用，并且使通信效率大大提高。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使通信技術(shù)與空間技術(shù)的聯(lián)系日益緊密，這在衛(wèi)星通信、電視轉(zhuǎn)播、電信、無(wú)線電導(dǎo)航、氣象觀測(cè)、礦產(chǎn)資源勘探、航天實(shí)驗(yàn)、軍事偵察等方面都已反映出來(lái)。衛(wèi)星通信應(yīng)用十分廣泛。1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)，是首次全面應(yīng)用衛(wèi)星通信技術(shù)的一場(chǎng)大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)。在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中，有六十多顆軍用通信衛(wèi)星和二十多顆民用衛(wèi)星用于情報(bào)收集、通信、導(dǎo)航、后勤管理和氣象預(yù)報(bào)。在這場(chǎng)陸地、海上、空中展開的現(xiàn)代立體化戰(zhàn)爭(zhēng)中，地面、海洋、空中和衛(wèi)星的通信線路交織成一個(gè)立體化的通信網(wǎng)。在這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)中，戰(zhàn)場(chǎng)的地面情況，通過(guò)軍用通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到美國(guó)本土的指揮系統(tǒng)。這些信息經(jīng)過(guò)處理后，再通過(guò)通信衛(wèi)星傳送到位于沙特阿拉伯的多國(guó)部隊(duì)指揮部，整個(gè)過(guò)程只需要九秒鐘。多國(guó)部隊(duì)指揮部再在計(jì)算中心用計(jì)算機(jī)決策，根據(jù)敵我的狀況、武器裝備的情況及氣候地形狀況發(fā)出相應(yīng)的命令，同時(shí)對(duì)后勤管理作出周密的安排。由于多國(guó)部隊(duì)擁有性能優(yōu)越的通信設(shè)備，根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)風(fēng)云變化迅速發(fā)出切合時(shí)宜的命令，從而在戰(zhàn)場(chǎng)上取得主動(dòng)權(quán)，避免了不必要的損失，最終獲勝。在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)晝夜不停地進(jìn)行全天的戰(zhàn)事現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道。觀眾在遠(yuǎn)離戰(zhàn)場(chǎng)的電視屏幕上看到導(dǎo)彈飛嘯而過(guò)的場(chǎng)面，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)成為人類有史以來(lái)?yè)碛凶疃唷澳繐粽摺钡囊粓?chǎng)大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)。通信衛(wèi)星可以用來(lái)傳送衛(wèi)星云圖，這不僅為氣象預(yù)報(bào)提供方便，還在救災(zāi)監(jiān)測(cè)等方面起了重要作用。從1985年起，國(guó)家衛(wèi)星氣象中心開始研究用氣象衛(wèi)星資料來(lái)監(jiān)測(cè)森林或草原的火情。在經(jīng)過(guò)彩色合成處理所得到的云圖上，明火呈亮紅色，過(guò)火區(qū)為暗紅色，煙霧則呈淡藍(lán)色飄帶狀。當(dāng)林區(qū)出現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，就會(huì)在云圖上一目了然地反映出來(lái)，從而可使火災(zāi)確切位置、災(zāi)區(qū)面積和蔓延趨勢(shì)，迅速、準(zhǔn)確地定出來(lái)。1987年衛(wèi)星氣象中心對(duì)大興安嶺森林火災(zāi)的監(jiān)測(cè)就是成功的一個(gè)例子。在5月6日大興安嶺林區(qū)發(fā)現(xiàn)火情，第二天火勢(shì)開始蔓延，這給救災(zāi)指揮、調(diào)度工作帶來(lái)很大困難。5月8日，國(guó)家衛(wèi)星氣象中心對(duì)衛(wèi)星云圖等氣象衛(wèi)星資料進(jìn)行分析，迅速畫出火情圖，使著火地點(diǎn)、災(zāi)區(qū)范圍及火情蔓延趨勢(shì)都一覽無(wú)遺地反映出來(lái)，成為撲火指揮部進(jìn)行決策的重要依據(jù)，為盡快撲滅火災(zāi)，或迅速控制火勢(shì)、減輕災(zāi)情作出了貢獻(xiàn)。衛(wèi)星通信在救險(xiǎn)中也發(fā)揮著重要作用。如在1992年4月7日深夜，巴解組織執(zhí)委會(huì)主席阿拉法特的座機(jī)從蘇丹飛往巴解組織設(shè)在利比亞沙漠地區(qū)的一個(gè)營(yíng)地，途中因遭遇強(qiáng)烈的沙暴，與地面飛行控制部門的無(wú)線電聯(lián)系中斷。這一事件引起國(guó)際各方面人士的關(guān)注。美國(guó)啟用全球搜索救援系統(tǒng)衛(wèi)星對(duì)阿拉法特的座機(jī)進(jìn)行搜尋，在阿拉法特座機(jī)失蹤15小時(shí)后，美國(guó)的衛(wèi)星確定了這架飛機(jī)的位置，發(fā)現(xiàn)阿拉法特及隨行人員和飛機(jī)均安然無(wú)恙。的確，通信衛(wèi)星使人類通信聯(lián)絡(luò)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段，使廣闊無(wú)邊的地球成為一個(gè)人人都可隨時(shí)聯(lián)絡(luò)的“小村落”。（2）全球定位系統(tǒng)：美國(guó)國(guó)防部在1973年12月，制訂了一項(xiàng)“導(dǎo)航星”全球定位系統(tǒng)的軍用導(dǎo)航衛(wèi)星計(jì)劃。它原來(lái)的目標(biāo)是建立一個(gè)供美國(guó)各軍種統(tǒng)一使用的全球軍用導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，現(xiàn)在這個(gè)全球定位系統(tǒng)（英文縮寫為GPS）已經(jīng)成為在全球范圍內(nèi)全天候地為軍民各界用戶連續(xù)高速提供高精度的位置和時(shí)間等方面信息的系統(tǒng)，成為國(guó)際上進(jìn)行導(dǎo)航定位、軍事活動(dòng)、交通管理、大地測(cè)量及精密授時(shí)等方面活動(dòng)的強(qiáng)有力工具。中國(guó)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司、其他航運(yùn)部門及一些港口已利用GPS為航行中的船舶確定高精度的船位、航向、航速以及時(shí)間基準(zhǔn)，并進(jìn)一步利用計(jì)算機(jī)開發(fā)GPS的各種導(dǎo)航功能。實(shí)際使用結(jié)果表明，從定位精度來(lái)看，他們所用的十幾種型號(hào)的GPS接收機(jī)都能提供誤差不超18．3米的船位，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)定位，船位更新周期為一秒，航向指示在船舶電羅盤經(jīng)過(guò)的航跡記錄儀所繪制的誤差曲線之內(nèi)。GPS的導(dǎo)航功能是以往任何一種導(dǎo)航儀器都不具備的。由于GPS采用無(wú)源工作方式，用戶可以在全球范圍內(nèi)無(wú)限多。目前，GPS接收機(jī)的生產(chǎn)廠家主要在美國(guó)。美國(guó)公司研制的“麥哲倫——5000”手提式全球定位儀，它的重量不到一千克，只要使用六節(jié)五號(hào)電池就可以工作六小時(shí)。人手里拿著這種定位儀，可以隨時(shí)確定自己的方位。這種儀器是一種多頻道的無(wú)線電接收器，它通過(guò)對(duì)從四個(gè)導(dǎo)航人造衛(wèi)星發(fā)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行分析、處理，就能在定位儀的液晶顯示屏上向使用者顯示所在地的方位：經(jīng)度、緯度和高度。使用者方位的改變也能在顯示屏上反映出來(lái)。這種定位儀還有存貯裝置，使用者可以把出發(fā)地及行程中100個(gè)地點(diǎn)的方位存入，定位儀就能把使用者的行蹤記錄下來(lái)。在使用者返回途中，儀器還能顯示返回路線。定位儀還能向使用者提供行駛速度、已走過(guò)的路及還要花多少時(shí)間才能到達(dá)目的地等方面的信息。它將給海上導(dǎo)航定位注入新的生命力，促進(jìn)人類的海洋開發(fā)工作。GPS在軍事上的應(yīng)用也十分廣泛，這也符合當(dāng)初美國(guó)國(guó)防部的設(shè)計(jì)思想。它除了能為飛機(jī)、艦艇、潛艇、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、航天飛機(jī)等導(dǎo)航和定位外，還能為地面的部隊(duì)和軍用車輛導(dǎo)航定位。它能隨時(shí)為飛機(jī)確定經(jīng)緯度、飛行高度及航道；洲際導(dǎo)彈可用它來(lái)進(jìn)行制導(dǎo)，以提高目標(biāo)的命中率。武器的發(fā)射、航空偵察、航空攝影制圖、遙控飛機(jī)的飛行、布雷掃雷、遇險(xiǎn)人員的搜索營(yíng)救等凡是涉及精確定位的軍事活動(dòng)，GPS都能大顯身手。如在1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，GPS除了在幫助美國(guó)空軍導(dǎo)航方面發(fā)揮了巨大的作用外；利用GPS，陸軍和海軍人員只要手里拿一個(gè)手持電話那樣大的袖珍GPS地面接收機(jī)，就可以精確地確定部隊(duì)所在的地理位置，誤差不到15米，甚至可以小于三米，有了GPS定位，士兵在陌生的環(huán)境中也不會(huì)迷失方向。GPS與慣性導(dǎo)航組合成導(dǎo)航系統(tǒng)，導(dǎo)航精度比純慣性導(dǎo)航高出許多。組合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在很多國(guó)家已投入使用，效果非常好。在農(nóng)業(yè)方面，GPS定位技術(shù)能使農(nóng)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)精耕細(xì)作。由于農(nóng)田在土壤構(gòu)成、肥力狀況、作物長(zhǎng)勢(shì)等方面的差異，對(duì)種子、化肥、除草劑和殺蟲劑的施放量應(yīng)提出不同的要求。但目前同一地區(qū)面積相同的農(nóng)田，使用數(shù)量相同的種子和農(nóng)用化學(xué)品，于是導(dǎo)致用量過(guò)高而造成浪費(fèi)。美國(guó)農(nóng)業(yè)部設(shè)在衣阿華州艾姆斯的一個(gè)土壤耕作實(shí)驗(yàn)室，提出了一項(xiàng)“利用衛(wèi)星定位技術(shù)來(lái)選定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合計(jì)劃”的方案。在一片160公頃的農(nóng)田里，種植大豆、玉米、燕麥。美國(guó)農(nóng)學(xué)家用有關(guān)儀器每隔12米采集一組與土壤性能有關(guān)的數(shù)據(jù)，然后把這些數(shù)據(jù)存入在農(nóng)田上工作的拖拉機(jī)所配備的計(jì)算機(jī)中。拖拉機(jī)還安裝有GPS接收機(jī)，農(nóng)場(chǎng)管理員利用此接收機(jī)接收衛(wèi)星定位信號(hào)來(lái)確定在農(nóng)田操作的拖拉機(jī)所在位置，并調(diào)閱預(yù)先存入計(jì)算機(jī)中這一位置土壤的有關(guān)數(shù)據(jù)，從而提出相應(yīng)的生產(chǎn)計(jì)劃。這樣就可以合理地分配種子和化學(xué)藥品在不同情況的農(nóng)田里，提高工作效率，節(jié)約原料。1992年在北京，利用GPS定位技術(shù)高精度、高效益地完成了“建國(guó)門——八王墳”段地鐵工程的地質(zhì)勘探任務(wù)，為這段地鐵線路的及時(shí)開工創(chuàng)造了條件。GPS在大地測(cè)量中的應(yīng)用，使大地測(cè)量更快、更準(zhǔn)確，節(jié)約了大量的人力和物力。（3）甚小口徑衛(wèi)星通信系統(tǒng)：在信息時(shí)代，人們對(duì)通信的要求越來(lái)越高。由甚小口徑衛(wèi)星終端站（VSAT為其英文縮寫）構(gòu)成的甚小口徑衛(wèi)星通信系統(tǒng)就是一種適應(yīng)這種要求的行之有效的通信系統(tǒng)。VSAT技術(shù)是70年代末、80年代初開始發(fā)展起來(lái)的一種通信新技術(shù)。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展，被認(rèn)為是80年代通信衛(wèi)星領(lǐng)域中一項(xiàng)最有意義的成就，將對(duì)今后通信的發(fā)展起巨大的推動(dòng)作用。VSAT的通信天線口徑小，只要1．2米到1．8米即可。它的設(shè)備體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，戶外單元與戶內(nèi)單元用一根同軸電纜相連，距離可達(dá)80米。它的天線能直接安裝在建筑物頂部及其附近，架設(shè)方便迅速，只要兩天的時(shí)間，就可以開通一個(gè)小站。VSAT系統(tǒng)的可靠性高，抗干擾性強(qiáng)、保密性好、投資低。它通過(guò)通信衛(wèi)星來(lái)滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖象進(jìn)行高速傳輸?shù)男枰Ｓ捎诶眯l(wèi)星通信，因此通信業(yè)務(wù)不受地形、地面建筑物的影響，它非常適合用其他方式難以實(shí)現(xiàn)通信的海島、山區(qū)、沙漠及邊遠(yuǎn)地區(qū)。全世界已建成十多萬(wàn)個(gè)VSAT終端站。國(guó)內(nèi)北京電信局已開始提供VSAT業(yè)務(wù)。從1993年5月起，上海證券交易所將發(fā)送的股市行情和各種市場(chǎng)信息，通過(guò)亞洲一號(hào)衛(wèi)星，使各地證券交易中心實(shí)現(xiàn)電腦系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。通過(guò)衛(wèi)星傳送的數(shù)據(jù)圖象清晰，時(shí)差不超過(guò)0．5秒，使異地股民不會(huì)因?yàn)椤皶r(shí)間差”的關(guān)系而抱怨吃虧了。（4）軍事上大顯神威的衛(wèi)星通信：軍事情報(bào)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān)鍵之一，沒(méi)有準(zhǔn)確及時(shí)的情報(bào)，就很難在戰(zhàn)爭(zhēng)中獲勝，特別在信息時(shí)代更是如此。美國(guó)每年要投資50億美元來(lái)設(shè)計(jì)、檢測(cè)、制造、發(fā)射和操作間諜衛(wèi)星，連同地球站的維護(hù)費(fèi)及各種航天器的飛行費(fèi)用，全部經(jīng)費(fèi)每年大約為500億美元。其他國(guó)家，為了增強(qiáng)本國(guó)的軍事實(shí)力，也陸續(xù)加強(qiáng)了對(duì)軍用通信衛(wèi)星的研制。法國(guó)在1994年發(fā)射了第一顆“太陽(yáng)神衛(wèi)星”，這樣法國(guó)將擁有自主的空間軍事偵察能力。軍用通信衛(wèi)星使指揮部的軍官在任何時(shí)刻都能同所轄部隊(duì)通話聯(lián)系，無(wú)論部隊(duì)駐扎在什么地方，并且通信信號(hào)保密性很強(qiáng)。利用衛(wèi)星系統(tǒng)，就能在任何地方