通信卫星的分类和运行轨道

1.通信卫星的分类在卫星通信中很重要的一个设备就是作为中继站的卫星。通信卫星从不同角度可划分为不同种类(1)按卫星离地面的高度来划分①低轨道卫星:卫星轨道小于1500km②中轨道卫星:卫星轨道在10000~15000km。

③高轨道卫星:卫星轨道大于20000km。

(2)按照结构的不同来划分

①无源卫星:指卫星仅对信号进行转发,而不对接收到的信号进行处理。

②有源卫星:所谓的有源卫星是指卫星上装有电子设备,可以将地球站发送过来的信号进行放大和进一步的处理,然后再返送回其他的地球站,这种有增益的可以对信号进行处理的中继站就称为有源卫星(3)按卫星的运转与地球自转是否同步来划分①静止卫星:从地球表面来看,卫星相对静止,也称为同步卫星当卫星的运行轨道在赤道平面内,其高度大约为35800km时,它的运动方向与地球自转的方向相同,围绕地球一周的公转时间大约为24小时,和地球自转的周期相等,从地球上看上去,卫星如同静止的一样,所以称为静止卫星,也叫同步卫星。利用静止卫星作为中继站组成的通信系统称为静止卫星通信系统,或同步卫星通信系统,如图6.4所示。

通信卫星的分类和运行轨道

图6.4中,中间是地球的北极,外围是赤道,在赤道的平面上距离地面35786km左右,等间隔分布3颗同步卫星,这三颗卫星围绕地球旋转和地球自转方向是一样的,并且绕地球一周的时间和地球自转一周的时间都是24小时,所以从地球上看这三颗卫星是相对静止的。三颗卫星覆盖全球就可以实现地球上任意两点之间的通信,比如说卫星1覆盖区内的地球上某一点的用户,要和地球另一端的卫星2覆盖区内的用户实现通信,首先这个用户经过所在的地球站,将信息传送到卫星1上,然后由卫星1转发到和卫星2重叠的区域的地球站,由该地球站传输到卫星2,再由同步卫星2转发到接收端。在地球上的任意两点之间的通信,最多2次转发就可以实现。当然,静止卫星通信系统也有盲区,就是南北两极,在高纬度的地方,通信质量也不是特别好。

②运动卫星:卫星运行周期不等于(通常小于)地球自转周期,其轨道倾角、轨道高度、轨道形状(圆形或椭圆形)可因需要而不同。从地球上看,这种卫星以一定的速度在运动,故又称为运动卫星,也称为非同步卫星目前应用最广泛的卫星是有源静止卫星。

2.卫星运动的轨道人造地球卫星在空间,除了受太阳、月亮、外层大气等因素的作用外,最主要的是受地球重力的吸引。卫星所以能保持在高空不会坠落,是因为它以适当的速度绕地心不停地飞行。为了找出卫星作这种运动的基本规律,我们将问题简化,将地球和卫星分别等效为质点,仅考虑重力的作用。要使人造卫星围绕地球做圆周运动,就要使卫星飞行的离地加速度所形成的离心力等于地球对卫星的引力。根据万有引力定律:

通信卫星的分类和运行轨道

其中,G为万有引力常数,约等于6.668462×1020km3/(kg:s2),M是地球的质量,m是卫星质量,r是卫星到地球中心的距离卫星绕地球运行产生的离心力为

通信卫星的分类和运行轨道

其中,v为卫星运行线速度。当F离心力=F引力时,卫星不需要再加动力就可以以线速度v环绕地球飞行。此时的运行速度为

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因此,为使卫星环绕地球旋转,卫星应具有7.9km/s的速度,我们称其为第一宇宙速度。

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