地球同步轨道之通信卫星
地球同步卫星
一．地球同步卫星的发明 二．地球同步卫星通信的原理 三．卫星通信系统的基本组成 四．同步卫星通信的优缺点 五．同步卫星的应用 六．结束
一、地球同步卫星的发明
1954年，科幻作家阿瑟· 克拉克提出通过人造卫星 传递通讯传播的构想。 1957年苏联发射了人类第一颗人造地球卫星。 1960年，贝尔实验室与美国航空航天局联合研制 出“低空通信卫星”，并将其发射上天。 1962年，贝尔实验室将被动式改为主动式，设计 出结构更为复杂、信号可放大和传输的通信卫星 Telstar1。
五、地球同步卫星的应用
同步轨道静止卫星主要用于陆地固定通信, 如电话通信、电视节目的转播等，但也用 于海上移动通信，不过，它不象陆上蜂窝 移动通信那样有那么多的基站，只有卫星 是一座大的基站，移动业务交换中心依然 设在岸上（称为岸站），海上移动终端之 间（即船舶与船舶之间）的通信，需经卫 星两跳后才能实现
以及电源设备等等。
四、地球同步卫星通信的特点
与其它通信手段相比，卫星通信具有许多 优点： 一是电波覆盖面积大，通信距离远，可实 现多址通信。 二是传输频带宽，通信容量大。 三是通信稳定性好、质量高。 卫星通信的成本与距离无关。
同步卫星通信的缺点
设备复杂，存在时延
存在通信盲区。
3 跟踪遥测指令分系统 跟踪遥测指令分系统负责对卫星进行 跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的 指定位置；定期对卫星进行轨道修正和位 置保持
4 地球站
地球站是微波无线电收、发信台
（站），用户通过他们接入卫星线路。主
要包括：天线、发射设备、功率放大器、
接收设备、信道终端设备、跟踪/伺服设备
1 空间分系统
空间分系统即通信卫星，起无线电中继
地球的轨道运动与卫星通信的应用
地球的轨道运动与卫星通信的应用地球的轨道运动给我们带来了许多有趣的现象和实用的应用，其中最重要的之一就是卫星通信。
本文将深入探讨地球的轨道运动及其对卫星通信的应用。
一、地球的轨道运动地球的轨道运动可以分为自转和公转两个部分。
自转是指地球在自身轴线上的旋转运动，公转是指地球绕太阳的运动。
1. 自转地球自转是指地球绕自身轴线旋转的运动。
它的周期大约为24小时，我们常说的一天就是地球完成一次自转的时间。
地球自转引起了昼夜的交替和地球的时区划分。
2. 公转地球公转是指地球绕太阳的运动。
它的周期约为365.25天，我们通常称之为一年。
地球的公转轨道是椭圆形的，由于地球距离太阳的距离不断变化，使得地球的季节发生变化。
二、卫星通信的原理卫星通信是利用地球上的通信卫星与地面上的通信设备进行信息传输的一种无线通信技术。
它基于地球的轨道运动和通信原理实现了全球范围内的通信覆盖。
1. 通信卫星通信卫星是人造的人造卫星，它们被部署在地球的轨道上，用于接收、放大和转发信号。
目前常见的通信卫星有地球同步轨道卫星和低轨卫星。
- 地球同步轨道卫星：这些卫星距离地面大约3.6万公里，与地球的自转周期相同，能保持相对地球上某一点不动。
因此，地球同步轨道卫星可以提供全球范围内的连续通信覆盖。
- 低轨卫星：这些卫星距离地面较近，一般在1000公里左右的轨道上运行。
它们的优势是延迟较低，对于一些需要快速响应和高速数据传输的应用，如互联网接入，低轨卫星通信更为适合。
2. 通信原理卫星通信的原理是利用卫星与地面设备之间的无线信号传输进行通讯。
一般来说，卫星通信包括上行链路和下行链路。
- 上行链路：地面上的发射器向卫星发送信号，经过卫星的放大和转发后，送达目标地面上的接收器。
- 下行链路：卫星向地面发送信号，地面上的接收器接收并解码信号，实现信息的传输。
三、卫星通信的应用卫星通信在现代社会中有着广泛的应用，下面列举几个典型的应用领域。
1. 电视广播卫星通信为电视广播提供了全球范围内的覆盖能力。
通信卫星的原理和运行机制
通信卫星的原理和运行机制通信卫星是指用于传输和接收各种通信信号的人造卫星。
它通过在地球轨道上运行，并通过无线电波与地球上的用户进行通信。
通信卫星的原理和运行机制涉及到信号传输、地面站和卫星之间的通信链路、卫星轨道等方面。
下面将详细介绍通信卫星的原理和运行机制。
一、通信卫星的原理1. 信号传输：通信卫星的主要功能是传输各种通信信号，包括电话、电视、互联网等。
信号的传输是通过无线电波完成的。
通信卫星上搭载了多个天线，用于接收地面站发出的信号，并将信号转发给其他卫星或地球上的用户。
2. 卫星链路：通信卫星与地面站之间通过无线电波建立了一条通信链路。
地面站发出的信号经过天线发送到卫星上，卫星将信号进行处理后再通过另一组天线发送给其他地面站或用户。
这种链路的建立需要保证信号的传输质量，包括信号的强度、抗干扰性等。
3. 调制解调：通信卫星在传输信号时，需要对信号进行调制和解调。
调制是将地面站发出的信号转化为适合传输的电波信号；解调是将接收到的电波信号转化为可被地面站接收的信号。
调制解调过程中，需要使用一些调制解调设备完成。
二、通信卫星的运行机制1. 轨道选择：通信卫星主要采用地球同步轨道或低地球轨道，地球同步轨道的高度大约为3.6万公里，低地球轨道则在数百至数千公里左右。
根据具体需求选择合适的轨道。
2. 卫星控制：通信卫星在运行过程中需要进行定位和控制，以保证正常的运行和通信质量。
卫星通过姿态控制系统来保持自身的稳定，同时通过推进系统进行定位和轨道调整。
3. 频段划分：为了避免频率混乱和干扰，通信卫星将频段进行了划分。
通常将频率划分为C波段、Ku波段和Ka波段等，不同频段用于不同的通信需求。
4. 天线设计：通信卫星上的天线设计也是十分重要的。
卫星天线需要具备良好的接收和发送性能，以保证信号的传输质量。
天线的设计需要考虑卫星的重量、体积以及接收和发送信号的特点。
5. 故障排除：通信卫星在运行过程中可能会出现各种故障，需要进行及时的排除。
同步卫星速度范围
同步卫星速度范围
同步卫星是指与地球自转周期相同的轨道上运行的卫星，它
们的轨道周期与地球的自转周期相等，因此可以始终保持相对
地球的固定位置。
同步卫星的速度范围取决于所处轨道的高度。
同步卫星主要有两种类型：地球同步轨道(GEO)和太阳同步
轨道(SSO)。
这两种轨道的速度范围略有不同。
1.地球同步轨道(GEO)：
地球同步轨道是指位于赤道平面上、轨道倾角为零的轨道，
它的高度通常为35,786公里。
在这种轨道上，卫星的周期正
好与地球自转周期相等，因此它们始终停留在相同的经度上，
看上去就像是固定在某个点上。
这种轨道适用于通信卫星、气
象卫星等应用。
地球同步轨道上的卫星速度约为每秒3.07公里，这是为了与地球自转的速度相匹配，以保持与地球同步。
这意味着，地球
同步卫星需要以每秒3.07公里的速度绕地球运行，以保持它们的位置固定不变。
2.太阳同步轨道(SSO)：
太阳同步轨道是指使卫星在其运行轨道上的太阳高度角保持
恒定的轨道。
太阳同步轨道通常是近极地轨道，倾角接近90度。
这种轨道适用于地球观测、遥感等应用，因为它们可以提供以
统一的太阳照明条件下的连续观测。
太阳同步轨道的高度范围比较广泛，通常在600到1500公里之间。
在这个范围内，卫星的速度一般介于每秒7到8公里之间。
这是为了保持卫星的太阳高度角不变，使其在轨道上的运动速度与地球的自转速度匹配。
综上所述，同步卫星的速度范围取决于所处轨道的高度，地球同步轨道的速度约为每秒3.07公里，太阳同步轨道的速度一般介于每秒7到8公里之间。
火星上的地球同步轨道卫星
火星上的地球同步轨道卫星地球同步轨道卫星在火星上的应用火星作为临近地球的行星，一直以来都备受太空探索者的关注。
随着人类对火星探索的不断深入，火星上的地球同步轨道卫星也逐渐成为了研究和探索火星的重要工具之一。
本文将探讨地球同步轨道卫星在火星上的应用，并就其优势、局限性以及未来发展前景进行讨论。
一、地球同步轨道卫星的基本概念地球同步轨道卫星（Geostationary Orbit Satellite）是指在地球上空以恒定的轨道速度和恒定的轨道倾角飞行的人造卫星。
其轨道速度与地球的自转速度相等，从而使卫星始终保持在相对地球表面固定的位置上，与地球同步。
这种特殊的轨道属性赋予了地球同步轨道卫星广泛的应用领域，包括通信、气象、导航等。
二、地球同步轨道卫星在火星上的应用1. 通信地球同步轨道卫星在火星上的首要应用便是通信。
通过在火星轨道上部署地球同步轨道卫星，可以实现火星与地球之间的实时通信。
这对于火星探测任务的执行至关重要，可以方便控制中心与火星探测器之间的远程指挥和数据传输。
另外，地球同步轨道卫星还可以提供火星上的通信网络，为未来的火星居民提供与地球保持联系的重要手段。
2. 气象观测通过在火星轨道上搭载地球同步轨道卫星，可以实时监测火星的气象状况。
火星上的天气变化对于火星探测任务和潜在居民具有重要意义。
借助地球同步轨道卫星的高分辨率传感器，可以获取火星上的大气压力、温度、湿度等气象数据，进而预测火星上的天气变化，为未来的火星任务提供重要的决策依据。
3. 资源勘探火星被认为是太阳系中最有潜力的资源之一。
地球同步轨道卫星可以通过搭载高分辨率摄像头等设备，对火星表面进行全面、长时间的监测，实时获取火星地表的形态、地质构造等信息。
这对于火星上的矿产勘探、水资源寻找等任务至关重要，为未来的火星资源开发奠定基础。
三、地球同步轨道卫星在火星探索中的优势与局限性1. 优势地球同步轨道卫星具有高度稳定、全球覆盖、通信连续性好等特点，这些特点在火星探索中具有重要意义。
地球同步轨道卫星频率范围
地球同步轨道卫星频率范围地球同步轨道卫星是指按照地球自转周期进行轨道运行的人造卫星，其运行周期与地球自转周期相同，因此可以实现对地球某一特定区域的持续监测和通信覆盖。
地球同步轨道卫星在通信、气象、导航等领域发挥着重要作用，而卫星频率则是指卫星用于通信传输的频率范围。
本文将对地球同步轨道卫星频率范围进行探讨，以了解其在卫星通信中的重要性。
首先，地球同步轨道卫星频率范围通常位于微波频段，其频率范围一般为3GHz到30GHz之间。
微波频段的特点是信号传输功率大、穿透能力强，因此非常适合于卫星通信。
地球同步轨道卫星所使用的频率范围不同于地面通信的频率范围，主要是为了避免干扰和提高通信质量。
通过使用微波频段的高频率信号，地球同步轨道卫星可以实现对地面的高速数据传输和高质量通信，从而满足不同领域对通信速率和通信质量的需求。
其次，地球同步轨道卫星频率范围的选择需要考虑多方面因素。
首先是频率规划的需要，不同卫星通信系统需要使用不同的频率范围，以便避免干扰和提供良好的通信服务。
其次是频率资源的合理利用，由于微波频段的频率资源较为有限，因此需要进行合理的规划和分配，以满足不同系统和用户的需求。
另外，还需要考虑频率的传输特性和天线设计等因素，以确保信号的稳定传输和高质量的通信服务。
在地球同步轨道卫星通信系统中，频率范围的选择还需要考虑地球自转的影响。
由于地球自转速度的不均匀性，地球同步轨道卫星需要进行微调来保持与地面的通信覆盖。
因此，在频率范围的选择上需要考虑地面接收机的频率跟踪能力，以确保信号的稳定接收和地面通信的质量。
另外，还需要考虑信号的传播延迟和多径效应等因素，以提高通信的可靠性和准确性。
地球同步轨道卫星频率范围的选择还需要考虑天气和大气条件对信号的影响。
微波频段的信号受到大气层的影响较大，特别是在恶劣的天气条件下，如降雨、暴风等情况下，信号的传输和接收将受到较大影响。
因此，在频率范围的选择上需要考虑天气条件的变化和大气层的传播特性，以提高通信的可靠性和稳定性。
地球同步卫星
地球同步卫星地球同步卫星指的是在地球轨道上运行的卫星，它们完成从获取数据到传输信息的所有功能。
它们作为一类受到重视的卫星，在科学和军事用途，以及其他实用化目的方面，都分别拥有重要作用。
地球同步卫星经常被称为同步轨道卫星，它们可以沿着地球轨道转动，保持距离地球大约35789千米和24小时的轨道周期，从而可以获得一致的地球视野。
它们是由电脑控制的，可以在月球上的一次旋转中，每小时绕地球一周。
它们的轨道特征使地球同步卫星有效地完成所需的工作，并且运行更加可靠。
地球同步卫星的发射是一个复杂的过程，需要妥善的计划和准备，尤其是在动力学上的计算。
如果发射系统不能保持轨道的精确性，整个轨道计划将会失败，而地球同步卫星发射也必须满足准确性和可靠性的要求。
地球同步卫星的用途有许多，主要有监视、测量和通信等，同时也具有政治和军事意义。
首先，地球同步卫星可用于地球资源的监测，可以收集地球表面的多种信息，如陆地表面、山脉、海洋、城市和农耕地等，这些信息能为地球资源管理提供依据。
此外，它们也可以被用来监测气候变化，传输气象信息，以及地震和自然灾害等等。
其次，地球同步卫星可用于通信。
它们能够把声音、视频和数据信息传输到地球上，支持多种通信需求，还可以用于搜索和救援，以及航行定位和航行路径规划等。
最后，地球同步卫星也可被用于政治和军事目的。
地球同步卫星可以用来监视敌方，并进行侦察活动，甚至可以制造“太空眼”，以确保国家的安全。
地球同步卫星的发展及应用，不仅给科学技术带来极大的发展，而且由于它的重要性，为人类的空间活动提供了重要的参考。
它们的发明与发展，推动了科技的进步，使人类实现了跨越性的空间技术，提高了我们的生活水平，使人类有了更多可能性。
因此，地球同步卫星不仅在科学研究方面占据着重要的地位，而且在政治、军事，以及其他实用化应用中，也都有重要作用。
它们的发展将给未来的人类带来更多的机遇和挑战，从而改变我们的生活方式。
地球同步卫星是地球上一种重要的卫星，它可以收集地球资源的各种信息，用于通信和保护，以及政治和军事目的。
卫星通信系统的分类
卫星通信系统的分类卫星通信系统是一种通过卫星进行通信的通信系统，可以在全球范围内传递信息和数据。
根据不同的应用领域，卫星通信系统可以分为不同的分类。
本文将针对卫星通信系统的分类进行阐述。
一、按照卫星轨道分类1. 地球同步轨道卫星通信系统（GEO）GEO卫星通信系统是采用地球同步轨道的卫星进行通信。
该系统的优点是网络稳定，因其卫星与地球运转的速度相同，可以保证卫星始终处于同一地点上方，所以信号传输稳定可靠。
该系统适用于广播、电视、电话、互联网等通讯领域。
2. 低地球轨道卫星通信系统（LEO）LEO卫星通信系统是采用近地轨道的卫星进行通信。
该系统的优点是延迟小，速度快，可实现高速互联网传输，因此在卫星手机、通讯、导航等方面有广泛的应用。
3. 中地球轨道卫星通信系统（MEO）MEO卫星通信系统是介于GEO和LEO之间的一种卫星通信系统。
该系统的优点是覆盖范围较广，信号传输比LEO 卫星通信系统更稳定，且比GEO卫星通信系统延迟更小。
该系统适用于在远洋航行、应急救援、资源勘探等领域的通讯需求。
二、按照使用范围分类1. 军用卫星通信系统军用卫星通信系统是为满足军队通信需求而开发的卫星通信系统。
主要适用于指挥、控制、情报、侦查等方面的军事通信需求，包括卫星预警系统和卫星导航系统等。
2. 商用卫星通信系统商用卫星通信系统主要指用于商业性质的卫星通信系统，如通讯、电视、互联网等。
它们可以为航空、海洋、铁路、电信、能源、环境保护等领域提供支持和服务。
三、按照卫星用途分类1. 通讯卫星通信系统通讯卫星通信系统是最常见的卫星通信系统之一。
通讯卫星可以提供从语音、数据传输、移动通信、宽带互联网等多种通信服务，并且可以实现跨越国界的通信。
2. 气象卫星通信系统气象卫星通信系统用于在气象领域进行气象信息采集并提供实时气象预报。
气象卫星通信系统包括对地气象观测、大气组成监测、天气预报以及卫星遥感在内的多种技术。
3. 导航卫星通信系统导航卫星通信系统是通过卫星实现全球定位和导航服务的系统。
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衛星運作
法國SPOT衛星
行星：繞著恆星(如太陽)運轉的星球(如水星、金 星、地球等)，而繞著行星運轉的星球稱為衛星(如 月亮)。 人造衛星是指循一定軌道環繞地球運行的人造物體。 避免大氣的摩擦，衛星高度都遠超過大氣層頂。 人造衛星的設計不像飛機需考慮外形是否流線，再 加上太陽電池板，因此人造衛星的外形大都是千奇 百怪。
資源衛星： 資源衛星能夠預報森林火災、管理水利資料、測繪 地圖、估計農作物的產量、測量冰河的移動及大氣 與海洋污染等。現今更可用於幫助動物學家觀測如 北極熊等野生動物的生活習性。福衛二號便是一枚 資源衛星，它的影像解析度將可達5公尺×5公尺。 目前國內較為常用的資源衛星資料有法國SPOT(史 波特)衛星與美國的大地衛星。其中SPOT 的地面解 析度彩色為20公尺，黑白則為10公尺。
衛星通信主要通訊功能運用： 國際電信鏈路(International Telecommunication, 如INTELSAT) 電視節目傳送(TV Program Distribution) 企業專用網路 (VSATs) 軍事通信運用 (Military Communications) 行動通信服務(Mobile satellite services , 如 INMARSAT)
5
氣象衛星： 氣象衛星有兩種運行軌道。一種在地球的同步軌道上運 行，恆定地觀測地表上大約三分之一的面積。另一種在 極軌道上，以每12小時一次地覆蓋整個地球表面。氣象 衛星可測量地表和大氣溫度，記錄風速和雲的移動，並 預測降雨區域，以方便氣象學家預報準確天氣。
通訊衛星： 通訊衛星是長距離通訊的一個極佳中繼站，它能克服 橫跨海洋和大陸的無線電通訊傳播時所遭遇的困難。大 部分的通訊衛星都在地球同步軌道上運行（即同步衛 星），看起來就像在地球上空的特定點上靜止不動一樣。
Cordless Public Cellular
Mobile Data / Paging
DATA / Internet
Fixed Satellite
Wireless LAN
PCS
Video / Multimedia
Broadcast Satellite
MMDS / LMDS
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衛星通信主要之功能運用
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衛星通信之特點
衛星通信系統具有以下特徵與重要作用： 獨具三度空間無縫隙覆蓋能力 獨特靈活性與普及服務能力 大區域的可機動性或可行動性通連 廣域網狀網路構連能力 廣域Internet交互連接能力 特有的廣域廣播與多點同時通連能力 對國際/區域/本地距離連接的不敏感性 對緊急救災及故障搶救的快速靈活
衛星通主要係定位於國內或國際廣域之電信、數 據及多媒體之通信網路運用。
電信應用領域
INDOOR/LOCAL
REGIONAL/NATIONAL
INTERNATIONAL
Fixed Wireless
(Wireless Local Loop)
TELEPHONY
Private Mobile
Mobile Satellite
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通信衛星軌道劃分
按軌道高度劃分： 低軌道(LEO): 300 to 1,500 km 中軌道(MEO): 8,000 to 12,000 km 同步軌道(GEO): approx. 36,000 km 按軌道形狀劃分： 圓形軌道(Circular) 橢圓軌道(Elliptical)
一般使用同步軌道(GEO)通 信衛星進行傳輸中繼服務
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低軌衛星(LEO)： 低軌道(1000公里以內)衛星約二至三小時繞行 地球一週，出現在收訊範圍之時間甚短，因 此需要較多衛星以接力方式，始能提供全球 全天候之服務。 通常間碟衛星就是屬於這一種位於高度較低 的軌道，由於軌道限制較少，因此近年大為 流行。 適合於通訊，因此如銥計劃(Iridium)等都是用 低軌道衛星來做。銥計劃即採6個軌道面，各 軌道含11顆衛星；Globalstar也是6個軌道面， 各軌道面含8顆衛星。 17
衛星通信之意義
利用太空衛星「所裝載之通信酬載–轉頻器 (Transponder)」作為無線電收發之中繼轉播站， 用以達到各地面站台間的通信目的。
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衛星在無線通信領域之定位
在無線通信領域中，衛星通信將提供全球、廣域 之通連服務：
隨時、隨地提供寬頻、廣域、無縫隙之無線通信服務
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衛星在電信網路之定位
導航衛星： 美國及俄羅斯均有此類衛星。美國的全球定位系統 (GPS)共有24顆導航衛星，飛行器可利用四顆衛星發出 的信號來計算自己的位置、高度和速度。地表上空電離 層的電子密度及中性大氣中水汽含量的改變，均會影響 GPS的訊號。 由八顆微衛星所組成的福衛三號科學衛星，將可藉由分 析GPS訊號的改變，用以研究大氣層及電離層的結構分 佈情形。
3
人造衛星的應用與服務
通信網路
導航定位
服務與應用
寬頻服務
遙測探勘
電視廣播
4
不同應用之衛星分類
就應用方面來說，衛星約可分成下列幾類： 偵察衛星(Surveillance Satellites) 預警衛星(Early Warning Satellites) 氣象衛星(Weather Satellite) 天文衛星(Astronomical Satellite) 導航衛星(Navigational Satellite) 探測衛星(Remote Sensor Satellite) 殺手衛星(Killer Satellite) 通信衛星(Communication Satellite)
2
前
言
自一九五七年蘇聯第一顆衛 星成功發射後，衛星已迅速 成為推動科技進步、經濟發 展與國防建設之重要手段。 五十年來，全世界共發射大 約 4500 顆衛星，其中 90% 以 上是美、蘇兩大強權所有， 80%衛星被用於軍事用途。 軌道現有約700~800枚衛星 衛星已融入人們生活之中， 提供定位、導航、氣廣播(Direct Video Broadcast, DVB) 直接音訊廣播(Direct Audio Broadcast, DAB) 緊急救難通信(Emergency Communication) 全球手持大哥大(如銥計畫(Iridium)) 網際網路幹線(Internet Backbone Services)