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1、第6章衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)電子科技大學(xué)2006.081大綱衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)概述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)非靜止軌道衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)衛(wèi)星星際鏈路特性衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率規(guī)劃典型衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)介紹2衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)概述衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展過程第一代衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)：模擬信號(hào)技術(shù)·1976年，由3顆靜止衛(wèi)星構(gòu)成的MARISAT系統(tǒng)成為第1個(gè)提供海事移動(dòng)通信服務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)（艦載地球站40W發(fā)射功率，天線直徑1.2米）·1982年，Inmarsat-A成為第1個(gè)海事衛(wèi)星移動(dòng)電話系統(tǒng)第二代衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)：數(shù)字傳輸技術(shù)·1988年，Inmarsat-C成為第
2、1個(gè)陸地衛(wèi)星移動(dòng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)·1993年，Inmarsat-M和澳大利亞的Mobilesat成為第1個(gè)數(shù)字陸地衛(wèi)星移動(dòng)電話系統(tǒng)支持公文包大小的終端·1996年，Inmarsat-3可支持便攜式的膝上型電話終端第三代衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)：手持終端·1998年，銥（Iridium）系統(tǒng)成為首個(gè)支持手持終端的全球低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)·2003年以后，集成了衛(wèi)星通信子系統(tǒng)的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（UMTS/IMT-2000）3衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)概述續(xù)1衛(wèi)星與地面移動(dòng)通信系統(tǒng)的比較衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)地面移動(dòng)通信系統(tǒng)易于快速實(shí)現(xiàn)大范圍的完全覆蓋覆蓋范圍隨地面基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)而持續(xù)增長全球
3、通用多標(biāo)準(zhǔn)，難以全球通用頻率利用率低頻率利用率高（蜂窩小區(qū)小）遮蔽效應(yīng)使得通信鏈路惡化提供足夠的鏈路余量以補(bǔ)償信號(hào)衰落適合于低人口密度、有限業(yè)務(wù)量的農(nóng)村環(huán)境適用于該人口密度、大業(yè)務(wù)量的城市環(huán)境4衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)開普勒三定理?第一定理（1602年）小物體（衛(wèi)星）在圍繞大物體（地球）運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌道是一個(gè)橢圓，并以大物體的質(zhì)心作為一個(gè)焦點(diǎn)?第二定理（1605年）小物體（衛(wèi)星）在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在相同的時(shí)間內(nèi)掃過的面積相同?第三定理（1618年）小物體（衛(wèi)星）的運(yùn)動(dòng)周期的平方與橢圓軌道半長軸的立方成正比關(guān)系5衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)1開普勒定理的圖形描述6衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)
4、律與軌道參數(shù)續(xù)2衛(wèi)星軌道形狀參數(shù)?偏心率e：決定了橢圓軌道的扁平程度，當(dāng)e=0時(shí)，橢圓軌道退化為圓軌道?軌道半長軸a：遠(yuǎn)地點(diǎn)與橢圓軌道中心C的距離?軌道半短軸b：近地點(diǎn)與橢圓軌道中心C的距離?e、a和b滿足關(guān)系7衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)3衛(wèi)星軌道形狀參數(shù)?半焦距：地心與橢圓軌道中心的距離?r：衛(wèi)星到地心的瞬時(shí)距離，對(duì)橢圓軌道是個(gè)時(shí)變量，對(duì)圓軌道可看作常數(shù)?遠(yuǎn)地點(diǎn)(apogee)：地心與橢圓軌道中心的距離?近地點(diǎn)(perigee)：地心與橢圓軌道中心的距離8衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)4衛(wèi)星軌道的極坐標(biāo)表達(dá)式衛(wèi)星橢圓軌道的極坐標(biāo)表達(dá)式為式中：θ是瞬時(shí)衛(wèi)星-地心連線與
5、地心-近地點(diǎn)連線的夾角，是衛(wèi)星在軌道面內(nèi)相對(duì)于近地點(diǎn)的相位偏移量；p=a(1-e2)為橢圓半焦弦。9衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)5衛(wèi)星的軌道速度和周期根據(jù)機(jī)械能守恒原理可以推出：?橢圓軌道上衛(wèi)星的瞬時(shí)速度和軌道周期?圓軌道上衛(wèi)星的瞬時(shí)速度和軌道周期10衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)6例6.1某采用橢圓軌道的衛(wèi)星，近地點(diǎn)高度（近地點(diǎn)到地球表面的距離）為1000km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度為4000Km。在地球平均半徑為6378.137km的情況下，求該衛(wèi)星的軌道周期T。解：根據(jù)圖6-1(a)可知，長軸為遠(yuǎn)地點(diǎn)和近地點(diǎn)之間的直線距離，在半長軸為a，地球半徑為Re，近地點(diǎn)高度為hp和遠(yuǎn)地
6、點(diǎn)高度為ha時(shí)，有：所以，半長軸a=8878.137km，由此可計(jì)算軌道周期：11衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)7地心坐標(biāo)系?地心O為原點(diǎn)?X軸指向春分點(diǎn)方向?Z軸與地球的自轉(zhuǎn)軸重合，指向北極點(diǎn)?X軸和Y軸確定的平面與赤道平面重合?X、Y、Z軸構(gòu)成一個(gè)右手坐標(biāo)系12衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)8軌道參數(shù)?在地心坐標(biāo)系中，為完整地描述任意時(shí)刻衛(wèi)星在空間中的位置，通常使用2組6個(gè)軌道參數(shù)?第一組參數(shù)定義了軌道的方位，用于確定衛(wèi)星相對(duì)于地球的位置?第二組參數(shù)定義了軌道的幾何形狀和衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)特性，用于確定衛(wèi)星在軌道面內(nèi)的位置13衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)9軌道參數(shù)確定軌道平面方位
7、的三個(gè)參數(shù)為：?右旋升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω：赤道平面內(nèi)從春分點(diǎn)方向到軌道面交點(diǎn)線間的角度，按地球自轉(zhuǎn)方向度量?軌道傾角i：軌道平面與赤道平面間的夾角?近地點(diǎn)幅角ω：軌道平面內(nèi)，升交點(diǎn)與近地點(diǎn)間的夾角，從升交點(diǎn)按衛(wèi)星運(yùn)行方向度量14衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)10軌道參數(shù)確定軌道平面幾何形狀和衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)特性的三個(gè)參數(shù)為：?軌道偏心率e：反映了軌道面的扁平程度，取值范圍[0,1)；?軌道半長軸a：橢圓軌道中心到遠(yuǎn)地點(diǎn)的距離；?平均近點(diǎn)角M或過近地點(diǎn)時(shí)間tp：通過平均近點(diǎn)角M或過近地點(diǎn)時(shí)間tp可以計(jì)算衛(wèi)星的真近點(diǎn)角ν。M和tp滿足如下關(guān)系式（式中Ts為衛(wèi)星軌道周期）。15衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)
8、規(guī)律與軌道參數(shù)續(xù)11圓軌道參數(shù)對(duì)圓軌道
