轨道星座
➢ 相邻轨道面的几何覆盖关系
顺行轨道面间的升交点经度差
1 c
逆行轨道面间的升交点经度差
2 2c
相邻轨道面相邻卫星间相位差
c
/ S
c 1
Co-rotating orbits
2 / s
cc
2c 2
Counter-rotating orbits
12
6.2 卫星星座设计 续7
▪ 极轨道星座
1 c
➢ 全球覆盖条件
2 2c
P：轨道面数量
(P 1)1 2
(P 1) (P 1)c
(P
1)
(P
1)
arccos
cos cos( / S
)
c arccos[ cos ]
cos( / S)
13
6.2 卫星星座设计 续8
▪ 极轨道星座
➢ 单重全球覆盖星座参数
1964 SYNCOM III：第一颗GEO卫星
1965 INTELSAT I：第一颗商用GEO卫星 (Early Bird I)
第一代：模拟技术
1976
第一代移动通信卫星： MARISAT的3颗GEO卫星提供海事通信 服务，舰载站的发射功率为40W，天线为1.2米
1982 Inmarsat-A：第一个海事移动卫星电话系统
➢ 仰角要尽可能高(衰减小) ➢ 传输延时尽可能小 ➢ 星上设备的电能消耗尽可能少 ➢ 如果系统采用星际链路，则面内和面间的星际链路
干扰必须限制在可以接收的范围内 ➢ 对不同国家、不同类型的服务，轨位的分配需要遵
循相应的规章制度 ➢ 多重覆盖问题以支持特定业务(GPS定位)或提供有
QoS保证的业务
7
▪ 极轨道星座
➢ 顺行/逆行轨道面和‘缝隙(seam)’
➢ π星座
➢ 由于存在逆向飞行现象， 1
1
co-rotating orbits
星座第一个和最后一个
1
轨道面间的间隔小于其
它相邻轨道面间的间隔 2
1
counter rotating
2 Orbits (seam)
1
1
1
1
11
6.2 卫星星座设计 续6
10127.1
96.5
7562.4
66.1
3888.5
64.3
3136.5
63.2
2738.6
48.3
1917.2
47.6
1694.4
47.0
1550.6
38.0
1214.6
37.7
1116.3
37.4
1044.3
31.4
868.0
14
6.2 卫星星座设计 续9
▪ 极轨道星座
➢ 球冠覆盖条件
(P 1) (P 1)c cos
φ
(P
1)
(P
1)
arccos
cos cos( / S)
cos
Equator
-φ
15
6.2 卫星星座设计 续9
▪ 极轨道星座
➢ 球冠覆盖条件
16
▪ 极轨道星座
c arccos[ cos ] cos( / S)
Satellite flying direction
指的都是弧度
arccos
h
Re Re
cos
Elmin
/s
c
coverage edge of satellite
式中S是每轨道面的卫星数量
Street of coverage
10
6.2 卫星星座设计 续5
3
6.1 引言 续1
▪ 卫星移动/宽带通信的发展
第二代：数字传输技术
1988 Inmarsat-C：第一个陆地移动卫星数据通信系统
1993
Inmarsat-M and mobilesat (Australia)：第一代数字陆地移动卫星 电话系统
1996 Inmarsat-3：支持膝上型终端的移动卫星电话系统
➢ 轨道倾角为固定的90º，因此所有轨道平面在南北 极形成两个交叉点
➢ 星座卫星在高纬度地区密集，在低纬度地区稀疏 ➢ 顺行轨道平面间的间隔和逆行轨道平面间的不同
9
6.2 卫星星座设计 续4
▪ 极轨道星座
➢ 卫星覆盖带(Street of Coverage) ➢ 半覆盖宽度
sub-satellite point
卫星通信
第6章 卫星星座设计
1
概要
▪ 6.1 引言 ▪ 6.2 卫星星座设计 ▪ 6.3 星际链路 ▪ 6.4 系统体系结构
2
6.1 引言
▪ 卫星移动/宽带通信的发展
起源
1945 Arthur C. Clarke的科学幻想论文：地球外的中继
1957 Sputnik：第一颗人造卫星，前苏联
1960 Echo: 第一颗反射式卫星
PS
α(º)
2 3 66.7
2 4 57.6
2 5 53.2
3 5 42.3
3 6 38.7
3 7 36.5
4 7 30.8
4 8 28.9
4 9 27.6
5 9 24.2
5 10 23.0
5 11 22.2
6 11 19.9
∆1(º) 104.5
h (km), El=10º 20958.6
98.4
第三代：手持系统
1998 Iridium：第一个支持手持终端的全球性低轨移动卫星通信系统
2003 集成了卫星通信子系统的全球移动通信系统(UMTS/IMT-2000)
宽带卫星系统：Internet和多媒体通信
2000 ASTRA：支持高速Internet接入
>2001 Spaceway, EuroSkyWay, SkyBridge, Teledesic等：支持固定、 便携或移动多媒体通信的宽带卫星通信系统
4
6.1 引言 续2
▪ 地面和卫星移动通信系统的比较
地面移动通信系统
覆盖范围随地面基础设施的建设 而持续增长 多标准，难以全球通用
卫星移动通信系统
易于快速实现大范围的完全 覆盖 全球通用
蜂窝小区小，频率利用率高
频率利用率低
提供足够的链路余量以补偿信号 衰落
适合于人口密度高，业务量密集 的城市环境
遮蔽效应使得通信链路恶化
6.2 卫星星座设计 续2
▪ 卫星星座类型
➢ 极/近极轨道星座 ➢ 倾斜圆轨道星座(主要有Walker的Delta星座和
Ballard的Rosette星座) ➢ 共地面轨迹星座 ➢ 赤道轨道星座 ➢ 混合轨道星座
8
6.2 卫星星座设计 续3
▪ 极轨道星座
➢ 在极轨道星座中：每个轨道面有相同的倾角和相同 数量的卫星，所有卫星具有相同的轨道高度
适合于低人口密度、业务量 有限的农村环境
5
6.2 卫星星座设计
▪ 卫星星座的定义
➢ 具有相似的类型和功能的多颗卫星，分布在相似的 或互补的轨道上，在共享控制下协同完成一定的任 务
▪ 设计基本出发点
➢ 以最少数量的卫星实现对指定区域的覆盖,并且提供 更好的服务
6
6.2 卫星星座设计 续1
▪ 卫星星座选择