什么叫同步轨道卫星通信

卫星通信是利用人造地球卫星作为中继的微波通信,它与地面光纤通信相比,最大的优点是无需埋设光缆,可以直接跨过群山、海洋进行远距离通信。

所谓非同步轨道卫星通信,就是利用非同步轨道卫星进行通信的方式。非同步轨道卫星是相对于同步轨道卫星而言的,我们知道,同步轨道卫星是指,卫星距离地球的高度约为36000km,
运行方向与地球自转方向相同,运行轨道为圆形,运行周期与地球自转一周的时间相等,即24小时。那么,非同步轨道卫星泛指,小于20000km的中低轨道卫星,或按椭圆形轨道运行的卫星。

卫星在浩瀚的太空中运行,有其一定的轨道,但轨道形式有多种,按轨道形状分有圆形轨道、准圆形轨道和椭圆形轨道;按轨道面与地球赤道面的夹角大小分有零倾角轨道(卫星在地球赤道上空运行)、倾角轨道和极地轨道(卫星围绕地球两极运行,其轨道面与赤道面构成90°);按卫星离地球的高度分有低轨道(一般在1000~5000km之间,绕地球一周约需2~4小时),中轨道(一般在5000~20000km之间,绕地球一周约需4~12小时)和高轨道(一般在20000~36000km之间,绕地球一周约需12~24小时)。目前,在各种轨道上运行的卫星种类繁多,有用于探测地球资源的资源卫星,有用于获取气象信息的气象卫星,有用于提供基准定位的导航卫星,有用于科学研究的科研卫星,有用于搜集军事情报的侦察卫星,有用于传送电话或电视的通信卫星等,不同用途的卫星大多有不同的运行轨道。

中低轨道卫星的高度通常在1000~20000km之间,比同步轨道卫星的高度要低得多,绕地一周所需时间也短,通常在2~12小时之间,从地面看,卫星在天是上移动的;此外,由于中低轨道卫星的高度低,卫星天线辐射的电波在地面的覆盖范围小,因此,通常由一个所谓“星座”构成卫星系统,以实现全球通信。星座有数条轨道组成,我们拿一个篮球作比方,篮球皮的接缝好比卫星轨道,接缝有好几条,从这个顶端连接到那个顶端,再在每条接缝上平均粘上几粒小豆,小豆代表卫星,于是篮球的多条接缝和小豆便构成了一个典型的星座,地球则处在篮球的球心位置,也就是说,整个地球被星座中的卫星所包围,或者说整个地球被卫星群的天线所覆盖。

那么,同步轨道卫星通信又是怎么回事呢?先说什么叫同步轨道卫星,所谓同步轨道卫星是指:卫星距离地球的高度约为36000
km,卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为圆形、运行周期与地球自转一周的时间相等,即24小时。利用同步轨道卫星进行通信的方式便叫同步轨道卫星通信。

中低轨道卫星主要用于移动通信,但卫星移动通信与地面移动通信在方式上不尽相同,在地面移动通信中,按蜂窝状设置的基站是固定在一个地方的,而终端即汽车、火车及行人是移动的;在卫星移动通信中,按网状或星状结构组成的卫星群是基站,基站在天上是移动的,移动的速度达每秒数公里。而地面的行人、汽车,甚至高速火车,虽然在行进中具有一定速度,但他们的速度较之星座移动的速度要慢得多,可以这样认为,地面的移动终端相对于星座来说是静止的,因此,在卫星移动通信中,移动的是天上的基站,相对固定的倒是地面的移动终端。

当同步轨道卫星轨道面的倾角为零度,即卫星在地球赤道上空运行时,由于运行方向与地球自转方向相同,运行周期又与地球同步,因此,人们从地球上仰望卫星,仿佛悬挂在太空静止不动,所以,把零倾角的同步轨道称作静止轨道,在静止轨道上运行的卫星称作静止卫星。

比较典型的中低轨道卫星通信系统有,曾在二十世纪末被认为可与世界任何一个角落进行通信的“铱”星系统。该系统原设计方案为6个轨道77颗卫星,因与铱原子的电子数相等,故命此名。后来,为了降低成本,每个轨道配置11颗卫星,变成总计66颗卫星,但仍用原名称注册。“铱”星系统的卫星高度仅有764km,运行周期为1小时40分7秒,倾角为86.4°,近似极轨道,基本围绕南北两极运行。

静止卫星上的天线所辐射的电波,对地球的覆盖区域基本是稳定的,在这个覆盖区内,任何地球站之间可以实现24小时不间断通信。不过,一颗静止卫星只能覆盖地球21370万平方公里,仅占地球总面积的40%,尚有60%的地区不在其覆盖范围内,无法进行通信,一般地说,配置三颗静止卫星即可基本解决全球通信问题,目前,在太平洋、大西洋和印度洋上空各有一颗国际通信卫星组织的静止卫星在运行,提供全球通信使用。但是,静止卫星无法覆盖地球的高纬度地区,实践证明,在纬度在70~75°的地区,通信已经困难,超过75°的地区根本无法通信。

“铱”星通信系统特别适用于人烟稀少的山区、牧区和边远地区,其最大优点是,与同步轨道卫星通信相比,具有较小的时延。缺点是建设成本昂贵,需用数十颗卫星,而且卫星的寿命较短,只有数年时间,因此,运营成本很高,据有关资料报告,每话路月租费的世界平均水平达50美元,通话费每分钟约需3美元。由于用户数过少,运营商入不敷出,故该系统已停止运行。

倾斜轨道和极地轨道同步卫星从地球上看是移动的,但却每天可以经过特定的地区,因此,通常用于科研、气象或军事情报的搜集,以及两极地区和高纬度地区的通信。

椭圆轨道卫星一般用于特定地区的固定通信,例如,俄罗斯、加拿大等国家,由于国土辽阔,且偏离赤道,利用赤道上空的静止卫星进行通信,从通信质量和通信效益看未必都是最佳选择,如果采用椭圆轨道卫星通信则可收到事半功倍的效果。

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