第 1 章 绪 论
1.1 卫星通信技术现状
1.1.1 卫星通信的特点
卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发或反射信号,在卫星通信地球站之间或地球站与航天器之间进行的通信。与地面无线通信和光纤、电缆等有线通信手段相比,卫星通信具有以下特点。
(1) 覆盖面积大、通信距离远,通信成本与通信距离无关。通信卫星所处位置高,可实现大面积覆盖。一颗地球静止轨道通信卫星即可覆盖地球表面 42%以上的面积;在地球静止轨道均匀布置 3 颗通信卫星,就可以实现除两极附近地区以外的全球连续通信;单星覆盖区域内,任意两个地球站均可通过卫星进行通信,通信成本与距离无关,而且地球站的架设成本也不因通信站之间的自然条件恶劣程度而变化。在远距离通信上,卫星通信相对于微波中继、电缆、光纤及短波无线通信具有明显的优势。
(2) 组网方式灵活,具有多址连接能力,支持复杂的网络构成��卫星通信方式灵活多样,可以实现点对点,一点对多点,多点对一点和多点对多点等通信方式。多个地球站通过通信卫星相连,就可以实现灵活组网,支持干线传输、电视广播、新闻采集、企业网通信等多种服务。
(3) **可靠,对地面基础设备依赖程度低。卫星通信系统整个通信链路的环节少,无线信号主要在自由空间中传播,链路的稳定性和可靠性较高。同时,通信卫星位置较高,受地面条件限制少,在发生自然灾害和战争的情况下,卫星通信是**可靠的通信手段,有时是**有效的应急通信手段。
(4) 具有大范围机动性。卫星通信系统的建立不受地理条件限制,地面站可建在偏远地区,如海岛、大山、沙漠、丛林等地形地貌复杂区域,也可以装载于汽车、飞机和舰船上;既可以在静止时通信,也可以在移动中通信。这对真正实现在任何时间、任何地点都能便捷地获得和交流信息至关重要。因此,卫星通信在军事领域有着广泛的应用。
同时,卫星通信也存在一定的局限性。例如,卫星通信系统建设的一次性投入费用较高,而且由于卫星在轨运行期间难以进行检修和维护,因此对卫星的高可靠和长寿命技术要求高;此外,由于通信传输距离远,信号传输时延大,卫星通信较难支持对时间敏感的业务。
1.1.2 卫星射频通信现状
1958 年,美国发射了“斯科尔”(Score) 卫星,全球**通过人造地球卫星实现了语音通信。在此后半个多世纪里,通信卫星从技术试验到商业应用,从自旋稳定到三轴稳定,从透明转发到星上处理,技术水平取得了长足的进步。纵观 50 余年的发展历程,通信卫星在不同时期呈现出了不同的发展特点。
20 世纪 60 年代,通信卫星发展处于起步阶段,以技术试验为主,并逐渐向实用化过渡。美国相继发射了“回声”(Echo)、“电星”(Telstar)、“辛康”(Syncom)等卫星,用于无源和有源技术验证,为通信卫星的未来发展奠定了基础。1962 年,美国发射了“电星-1”卫星,**实现了跨洋卫星通信;1964 年发射的“辛康-3”卫星成为全球首颗地球静止轨道通信卫星。1965 年,国际通信卫星组织的首颗卫星||\国际通信卫星-1"(Intelsat-1) 成功发射,成为全球首颗实用通信卫星,标志着通信卫星进入实用化阶段。在这一时期,美国和苏联开始部署应用首批军用通信卫星。美国部署了**代国防卫星通信系统 (DSCS), 又称初级国防通信卫星计划 (IDCSP); 苏联发展了大椭圆轨道的\闪电"(Molniya) 系列军民两用卫星和低地球轨道 (LEO) 的“天箭座”(Strela) 军用卫星。总体来看,这个时期的通信卫星多采用自旋稳定方式,能力非常有限。
20 世纪 70 年代,通信卫星向商业化快速发展,成为跨洋通信 (语音和数据传输) 和电视广播的常规手段,一些**和地区成立了运营通信卫星的商业公司或组织。1972 年,加拿大拥有了全球**颗国内通信卫星||“阿尼克”(ANIK)卫星。1974 年,美国也出现了**颗国内商用通信卫星||“西联”(Westar) 卫星。1976 年,苏联发展了世界上**用于直播到户电视广播的卫星系列||“荧光屏”(Ekran)。这个时期,商业通信卫星的技术水平有所提高,但仍以自旋稳定为主,可支持 1000 多路语音和几路电视信号的传输。在军事通信卫星领域,三轴稳定方式得到广泛使用,提供的业务类型不断增加。美国开始部署第二代国防卫星通信,发展了军用数据中继卫星||卫星数据系统 (SDS) 和军用移动通信卫星||舰队卫星通信 (FLTSATCOM) 系统等;苏联发展了**地球静止轨道军民两用通信卫星系列||“虹”(Raduga) 卫星。
20 世纪 80 年代是通信卫星技术快速进步和广泛应用的时期。欧洲、日本、中国、印度等多个**和地区纷纷大力发展本国 (地区) 的实用通信卫星;欧洲通信卫星公司、阿拉伯卫星通信组织、国际海事卫星组织等一大批国际运营商蓬勃涌现。这个时期的通信卫星广泛采用三轴稳定和太阳翼技术,整星尺寸、质量、功率得到极大提高;点波束和双极化技术也得到了广泛应用,卫星可支持上万路的语音传输。美国和苏联相继建立民用数据中继卫星系统。在军用通信卫星领域,美国发展了租赁卫星 (Leasat),进一步提高了战术卫星移动通信能力,促使军用通信卫星
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