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通信衛星的分類和運行軌道

1.通信衛星的分類在衛星通信中很重要的一個設備就是作為中繼站的衛星。通信衛星從不同角度可劃分為不同種類(1)按衛星離地面的高度來劃分①低軌道衛星:衛星軌道小于1500km②中軌道衛星:衛星軌道在10000~15000km。
③高軌道衛星:衛星軌道大于20000km。
(2)按照結構的不同來劃分
①無源衛星:指衛星僅對信號進行轉發,而不對接收到的信號進行處理。
②有源衛星:所謂的有源衛星是指衛星上裝有電子設備,可以將地球站發送過來的信號進行放大和進一步的處理,然后再返送回其他的地球站,這種有增益的可以對信號進行處理的中繼站就稱為有源衛星(3)按衛星的運轉與地球自轉是否同步來劃分①靜止衛星:從地球表面來看,衛星相對靜止,也稱為同步衛星當衛星的運行軌道在赤道平面內,其高度大約為35800km時,它的運動方向與地球自轉的方向相同,圍繞地球一周的公轉時間大約為24小時,和地球自轉的周期相等,從地球上看上去,衛星如同靜止的一樣,所以稱為靜止衛星,也叫同步衛星。利用靜止衛星作為中繼站組成的通信系統稱為靜止衛星通信系統,或同步衛星通信系統,如圖6.4所示。
圖6.4中,中間是地球的北極,外圍是赤道,在赤道的平面上距離地面35786km左右,等間隔分布3顆同步衛星,這三顆衛星圍繞地球旋轉和地球自轉方向是一樣的,并且繞地球一周的時間和地球自轉一周的時間都是24小時,所以從地球上看這三顆衛星是相對靜止的。三顆衛星覆蓋全球就可以實現地球上任意兩點之間的通信,比如說衛星1覆蓋區內的地球上某一點的用戶,要和地球另一端的衛星2覆蓋區內的用戶實現通信,首先這個用戶經過所在的地球站,將信息傳送到衛星1上,然后由衛星1轉發到和衛星2重疊的區域的地球站,由該地球站傳輸到衛星2,再由同步衛星2轉發到接收端。在地球上的任意兩點之間的通信,最多2次轉發就可以實現。當然,靜止衛星通信系統也有盲區,就是南北兩極,在高緯度的地方,通信質量也不是特別好。
②運動衛星:衛星運行周期不等于(通常小于)地球自轉周期,其軌道傾角、軌道高度、軌道形狀(圓形或橢圓形)可因需要而不同。從地球上看,這種衛星以一定的速度在運動,故又稱為運動衛星,也稱為非同步衛星目前應用最廣泛的衛星是有源靜止衛星。
2.衛星運動的軌道人造地球衛星在空間,除了受太陽、月亮、外層大氣等因素的作用外,最主要的是受地球重力的吸引。衛星所以能保持在高空不會墜落,是因為它以適當的速度繞地心不停地飛行。為了找出衛星作這種運動的基本規律,我們將問題簡化,將地球和衛星分別等效為質點,僅考慮重力的作用。要使人造衛星圍繞地球做圓周運動,就要使衛星飛行的離地加速度所形成的離心力等于地球對衛星的引力。根據萬有引力定律:
其中,G為萬有引力常數,約等于6.668462×1020km3/(kg:s2),M是地球的質量,m是衛星質量,r是衛星到地球中心的距離衛星繞地球運行產生的離心力為
其中,v為衛星運行線速度。當F離心力=F引力時,衛星不需要再加動力就可以以線速度v環繞地球飛行。此時的運行速度為
因此,為使衛星環繞地球旋轉,衛星應具有7.9km/s的速度,我們稱其為第一宇宙速度。