地球静止轨道卫星的特点
卫星运动规律和气象卫星轨道
➢ （2）椭圆形轨道 ➢ 当e≠0时，卫星 ➢ 作椭圆形运动，这 ➢ 时卫星在不同高度 ➢ 上对大气进行观 ➢ 测，可获取大气密 ➢ 度或其他有用的资 ➢ 料。利用椭圆形轨 ➢ 道可以发射高高度 ➢ 卫星轨道。
三、极轨卫星轨道
➢ 极轨卫星轨道（也叫太阳同步卫星轨 ➢ 道）指卫星的运行的轨道平面与太阳始终 ➢ 保持固定的取向。由于这种卫星轨道的倾 ➢ 角接近90°，卫星近乎通过极地，所以又 ➢ 称它为近极地太阳同步卫星轨道．通常简 ➢ 称极地轨道。极轨卫星几乎以同一地方时 ➢ (只对轨道的升段或降段)经过世界各地。 ➢ 考虑到卫星轨道平面随地球绕太阳公转的 ➢ 同时．为保持卫星的轨道平面始终与太阳 ➢ 保持固定的取向，必须使卫星的轨道平面 ➢ 每天自西向东旋转1°(相对于太阳)。
卫星运动规律和气象卫星轨道
卫星轨道参数
➢ ④轨道数：是指卫星从这一个升交点开始 ➢ 后到以后任何一个升交点环绕地球运行一 ➢ 圈的数目。从卫星入轨到第一个升交点的 ➢ 轨道数为零条，以后每过一个升交点，轨 ➢ 道数增加1。 ➢ ⑤倾角这是指卫星轨道平面与赤道平面之 ➢ 间的夹角。 ➢ ⑥偏心率e：指轨道的焦距与半长轴之比， ➢ 它确定了卫星轨道的形状。
② 由于卫星的大小远小于地球与卫星之间的距离,把 卫星也作为质点处理.
③ 卫星的质量远小于地球,卫星对地球的作用可以忽 略不计.
④ 忽略其他天体和大气等对卫星的作用力,这时可以 把卫星作为受地心引力作用下的质点加以描述.
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因此在对卫星进行受力分析时,只考虑地球对
卫星的万有引力和离心力.
卫星绕地球运行遵循开普勒行星运 动三定律
➢ 地球静止卫星轨道是地球同步轨道的特例, ➢ 它只有一条.
第2章 卫星轨道
为了描述轨道特性， 为了描述轨道特性，使用如下参量 偏心率e：椭圆焦点离开椭圆中心的比例， 偏心率 ：椭圆焦点离开椭圆中心的比例，即 椭圆焦距和长轴长度的比值。 椭圆焦距和长轴长度的比值。它决定了椭圆 轨道的扁平程度。 轨道的扁平程度。
c a2 − b2 e= = = 1 − (b / a ) 2 a a
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假设地球是质量均匀分布的圆球体， 假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略太 月球和其它行星的引力作用， 阳、月球和其它行星的引力作用，卫星运动 服从开普勒三大定律 开普勒三大定律。 服从开普勒三大定律。 开普勒第一定律(椭圆定律) 开普勒第一定律(椭圆定律)：卫星以地心为 一个焦点做椭圆运动。 一个焦点做椭圆运动。 卫星
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卫星通信示意图
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三颗静止卫星就可基本覆盖全球， 三颗静止卫星就可基本覆盖全球，其应用较 为广泛，但地球上空的静止轨道只有一条， 为广泛，但地球上空的静止轨道只有一条， 轨道资源较为紧张。因此， 轨道资源较为紧张。因此，国际电信联盟 (ITU)鼓励采用对地倾斜同步轨道 鼓励采用对地倾斜同步轨道(IGSO)。 鼓励采用对地倾斜同步轨道 。 例如， 例如，我国北斗二代卫星导航系统同时采用 颗相隔60º的地球静止轨道卫星 了5颗相隔 的地球静止轨道卫星 和3颗倾 颗相隔 颗倾 及分布在3个 斜地球同步轨道卫星 ( IGSO星 )及分布在 个 星 及分布在 轨道面内24颗倾角为 ° 轨道面内 颗倾角为 55°的中高度圆轨道卫 星(MEO卫星 。 卫星)。 卫星
半长轴 半短轴 远地点 近地点
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解： rmin = hA + R = 439 + 6378 = 6817 km
rmax = hB + R = 2384 + 6378 = 8762km
卫星环绕的几种运动形式
卫星环绕的几种运动形式卫星环绕地球的几种运动形式一、固定轨道运动卫星环绕地球运动的一种形式是固定轨道运动。
这种运动形式中，卫星沿着固定的轨道绕地球旋转，速度和地球自转速度相同，因此相对于地面上的观测者来说，卫星看起来是静止的。
这种运动形式的卫星通常用于通信、气象和导航等领域，如我们常见的通信卫星、气象卫星和导航卫星等。
二、极地轨道运动另一种常见的卫星运动形式是极地轨道运动。
在这种运动形式中，卫星的轨道倾角接近于90度，使得卫星能够在地球的两极附近运行。
极地轨道运动的卫星通常用于地球观测和环境监测等领域，如我们常见的地球观测卫星和环境监测卫星等。
这种运动形式的卫星可以覆盖全球范围，提供全面的地球观测数据。
三、近地轨道运动除了固定轨道和极地轨道运动外，还有一种常见的卫星运动形式是近地轨道运动。
在这种运动形式中，卫星的轨道高度相对较低，使得卫星能够更加接近地球表面。
近地轨道运动的卫星通常用于科学研究和航天探索等领域，如我们常见的空间站和航天器等。
这种运动形式的卫星可以进行人类的科学实验和观测，推动航天技术的发展。
四、椭圆轨道运动除了以上三种常见的卫星运动形式外，还有一种较为特殊的运动形式是椭圆轨道运动。
在这种运动形式中，卫星的轨道呈椭圆形，离地球表面的距离会不断变化。
椭圆轨道运动的卫星通常用于科学研究和资源探测等领域，如我们常见的探测器和科学实验卫星等。
这种运动形式的卫星可以利用椭圆轨道的特点，实现对地球不同区域的观测和探测。
总结起来，卫星环绕地球的运动形式有固定轨道运动、极地轨道运动、近地轨道运动和椭圆轨道运动等几种。
每种运动形式都有其独特的特点和用途，都在为人类的科学研究、通信、气象、导航和环境监测等提供重要支持。
通过这些卫星的运动，我们能够更好地了解和探索地球，促进人类社会的发展和进步。
MEO与LEO
MEO与LEO同步静止轨道（GEO）卫星移动通信技术成熟，已经有几代INMARSAT卫星多年的工作经验，具有卫星数量少、全球覆盖、24小时通信不必切换卫星、卫星跟踪控制简单等优点，但是也存在轨道高、传播路径远、延时长等不足。
特别是随着纬度的增大，地面观察卫星的仰角不断减少，地形地物对移动用户的阻挡不可忽视，这对个人移动通信业务是极为不利的。
另外，GEO轨道日益拥挤，个人移动通信业务中手持机的体积小、功率低（一般不超过1～2W），若采用同步静止轨道（GEO）卫星则要求卫星提供窄波束、大转发功率（根据链路计算要达到10kW以上）。
在目前的卫星功率受限的情况下，难以利用同步静止轨道卫星使全球移动用户终端的体积和重量达到与地面蜂窝电话手持机相当的水平。
所以人们普遍认为，同步静止轨道（GEO）卫星固然可以用于移动通信，但是用于个人通信还存在较大的技术困难。
正因为如此，提出了利用多颗中、低轨道卫星覆盖全球来实现个人移动通信的方案。
中、低轨道卫星属于非同步卫星，它作为陆地移动通信系统的补充和扩展，与地面公众网（PSTN）有机结合，才能实现全球个人移动通信。
中、低轨道卫星对实现全球个人移动通信显示出极大的优越性。
低轨道（LEO）轨道高度仅是同步静止轨道（GEO）的二十分之一至八十分之一，所以其路径损耗通常比同步静止轨道（GEO）低很多，所发射的功率是同步静止轨道（GEO）的二百分之一至二千分之一，传播时延仅为同步静止轨道（GEO）的七十五分之一，这对实现终端手持化和达到话音通信所需要的时延要求是很必要的。
但是由于运转周期和轨道倾角关系，MEO和LEO通信卫星相对于地球上的观察者不再是静止的，为了保证在地球上任一点均可以实现24小时不间断的通信，必须精心配置多条轨道及一大群具有强大处理能力的通信卫星，这样一个庞大而又复杂的空间系统要实现稳定可靠的运转，涉及到技术上和经济上的一系列问题。
而且投资高，风险大，这就是用中、低轨道卫星实现全球个人通信的缺点。
气象卫星及其特点
气象卫星观测可以大大地改善资料的时间取样频次。特别是静止气 象卫星可以获得每小时一次的大范围实时资料，必要时甚至可以获 取半小时的资料。有利于对灾害性天气的动态监测。
双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全球覆盖的图象资料 和垂直探测资料。而常规高空站每天只在00时12时（世界时）进 行两次观测,且无法观测海洋和无人地区。
综合参数观测优势
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外这个新视角观测地球—大 气系统的，所以有些重要的 气候变量，特别是通过整个 垂直方向大气层的积分参数， 如地气系统的反照率、大气 顶的地气系统的射出长波辐 射，只能通过气象卫星观测 才能获得。
气象卫星观测的优势和特点
气象卫星的应用领域
天气分析与气象预报
气候研究与气候变 迁的研究
1974年，美国成功地研制了第一颗静止业务环境监测卫星(GOES)。静止业务环境监 测卫星在赤道的某一经度、约36000公里高度上，它环绕地球一周约需24小时，几乎与地 球自转同步。从地球上看好象卫星是相对静止的，故又称为地球静止卫星。
目前，日本GMS系列静止气象卫星、俄罗斯的GOMES卫星、欧盟 METEOSAT-3 卫 星、印度的INSAT以及美国的两颗静止卫星(GOES-E和GOES-W)共6颗卫星组成地球静止 气象卫星监测网。这些卫星位于赤道上空约36000公里高，每半小时向地球发送一次图片。
气象卫星及其特点
气象卫星概述
美国的“泰诺 斯 ”(TIROS)卫 星系列：第一代实 验气象卫星，从 60年-65年共发射 了10颗，极轨气 象卫星。
美国的雨云 （Nimbus）卫星 系列： 64-78年 共发射了7颗，太 阳同步轨道。
人造卫星运行特点和双星三星模型
人造卫星运行特点和双星三星模型人造卫星是人类制造并放置在地球或其他天体轨道上的设备，用于进行通讯、导航、科学研究等任务。
它具有以下几个运行特点：1.轨道类型多样：人造卫星的轨道类型多样，包括地球静止轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）、低地球轨道（LEO）等。
不同轨道类型的卫星可以实现不同的功能和应用。
例如，GEO卫星主要用于通信，MEO卫星主要用于导航，LEO卫星则多用于科学研究等。
2.高速运行：人造卫星在轨道上的速度非常快。
以低地球轨道为例，其高度约为300至2000公里，每小时速度可达数万公里。
这是因为卫星需要保持足够的离心力以与地球的引力保持平衡，确保始终在轨道上稳定飞行。
3.周期性运动：人造卫星的运行是周期性的，在轨道上按照一定的周期绕行。
轨道的周期与轨道高度有关，例如地球静止轨道的周期约为24小时，低地球轨道的周期约为90分钟。
卫星在轨道上按照规律定时落地点上。
4.数据传输：人造卫星用于通信、导航等任务，需要与地面或其他卫星进行数据传输。
卫星通过天线接收地面或其他卫星发来的信号，并通过自身的设备进行处理和转发，使数据能够在不同地点之间传播。
双星三星模型是指两颗或三颗卫星组成的系统。
它们通过特殊的轨道排布和通信协议，实现更加灵活、高效的数据传输和通信服务。
双星三星模型的优势包括：1.提高通信覆盖范围：通过在不同轨道上部署多颗卫星，可以实现更广泛的通信覆盖范围。
这非常适用于偏远地区、海洋、航空航天等领域，可以保持持续不间断的通信服务。
2.改善网络质量和容量：双星三星模型可以提供更高的网络质量和更大的容量。
多颗卫星之间可以进行数据传输和通信的互联互通，共享网络负载，提供更快的响应速度和更强的带宽，满足大规模的通信需求。
3.提高系统可靠性和容错能力：双星三星模型通过多颗卫星的冗余设计，提高了系统的可靠性和容错能力。
当其中一颗卫星发生故障或失效时，其他卫星可以接替其任务，保证通信服务的连续性和稳定性。
卫星通信基础知识
1.2 通信卫星的轨道
卫星运行的轨迹和趋势称为卫星运行轨 道；其轨道近似于椭圆或圆形，地心就 处在椭圆的一个焦点或圆心上，按照轨 道平面与赤道平面的夹角i（轨道倾角 ）的不同，地球卫星的轨道有赤道轨道 （i=0º）、极轨道（i=90º）、倾斜轨 道（0º<i<90º）之分。
利用静止卫星建立全球通信示意图
1.4 卫星通信的开展概况
1945年五月英国人阿瑟克拉克提出关于静止卫星的设想。1954-1964 卫星 通信试验，1957年10月4日苏联发射了第一颗人造卫星，1963年7月 发射 了第一颗地球同步卫星，他们都进行了卫星通信试验。1965年国际通信卫星 组织的IS-1（国际通信卫星）1.8.1卫星通信使用频率 1、C频段（3.4-6.65GHz） 2、Ku频段(10.95-18GHz) 3、Ka频段(18-40GHz) 4、L频段(1.12-2.6GHz) 5、其他频段(UHF,S,X,Q,V)
1.8.2 C波段与Ku波段比较
C波段
资源较丰富 易受地面干扰 天线口径较大 不受天气影响
国际通信方面我国运营15座国际通信卫星地球站，开通了约1 万3千条双向电路（占国际长途电路的26%）。中国通信播送 卫星公司等具有国际点对点业务许可的单位开通了150~200条 国际双向VSAT电路。公众通信约使用50个转发器 。
我国已有中央电视台的12套节目，中央人民播送电台和国际 台的32路声音播送节目，以及31个省、自治区、直辖市的播送 电视节目均通过通信卫星向全国传送。目前我国播送电视节目 共使用了11颗通信卫星（亚太1A、亚洲2号、亚洲3S、鑫诺1 号、亚太2R、泛美3R号、泛美8号、泛美9号、泛美3R号、泛 美10号、银河3R和热鸟3号）的32个转发器。
简述卫星导航的特点和应用范围
简述卫星导航的特点和应用范围
一、卫星导航的特点
卫星导航系统主要包括：测量设备，接收设备，定位计算机，信息处理与发送设备等几个部分。
其中，卫星是航天器的主体，地球静止轨道是卫星运行最为理想的轨道； GPS接收机是接收卫星发射信
号的装置，该装置在精度上必须满足GPS系统的要求，也就是在理论上具有严格的一致性和可靠性；地面控制部分是对整个系统进行协调管理的关键环节，要求这一部分能够对接收到的信号进行检测、跟踪、变换、放大和对信息的再加工处理，并按照不同用户的要求传送信息，还要将处理结果发送给相应的用户。
信息的输出要有一定的时间延迟。
二、卫星导航的应用范围卫星导航的应用范围十分广泛，覆盖了军事，经济，科技及人们日常生活的各个方面。
（ 1）在军事方面，
卫星导航提供了海陆空三军战场范围内最精确的点位信息，而且随着民用GPS技术的成熟，它已经应用于军队行动之中，为导弹的制导和武器的控制提供了重要的保证。
（ 2）在经济领域，由于卫星导航技
术的飞速发展，为交通运输行业创造了更多的市场机会。
（ 3）在科
技领域，许多导航产品正被广泛地应用于高新技术产业和国防工业之中。
例如，在“数字地球”研究中，所用到的卫星导航信息服务，不仅具有全球性，还具有很强的实时性。
另外，在考古学、气象学、地质学等领域也都离不开卫星导航的作用。
三、小结总之，由于卫星导航的特殊性质，使得它在未来发挥着越来越重要的作用。
卫星导航的普及程度，甚至决定了一个国家乃至一个民族科学技术水平的高低。
对此，我们要加以充分的重视。
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地球静止轨道卫星的特点
地球静止轨道卫星，也被称为地球同步轨道卫星，其特点主要包括以下几点：
1.相对于地面的高度：地球静止轨道卫星位于地球赤道上空约3.6万千米处，相对于地面静止。
2.运行周期：地球静止轨道卫星的运行周期约为24小时，与地球自转周期相同。
3.轨道倾角：地球静止轨道卫星的轨道倾角为零，即卫星的轨道平面与地球赤道平面重合。
4.星下点轨迹：由于地球静止轨道卫星的运行周期与地球自转周期相同，从地面上看去，卫星好像是静止的。
实际上，卫星沿着一条倾角为零的圆轨道运动，其星下点轨迹位置始终保持不变。
5.覆盖范围：由于地球静止轨道卫星的运行轨道相对于地面是静止的，因此只需在轨道上均匀地配置三颗卫星，即可实现对除极地区域外的全球覆盖。
6.应用领域：地球静止轨道卫星由于其稳定的轨道位置和覆盖范围广泛的特点，已被广泛应用于通信、导航、气象、侦察、电视直播等领域。
需要注意的是，由于地球静止轨道卫星的运行轨道高度较高，因此在接收信号方面可能会存在一些困难。
同时，为了保持地球静止轨道卫星的稳定运行，需要定期进行轨道调整和推进器维护等工作。