覆盖范围随地面基础设施的建设 而持续增长
全球通用
多标准，难以全球通用
频率利用率低
频率利用率高（蜂窝小区小）
遮蔽效应使得通信链路恶化
适合于低人口密度、有限业务量的 农村环境
提供足够的链路余量以补偿信号衰落
适用于该人口密度、大业务量的城市
环境
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卫星运动规律与轨道参数
开普勒三定理
► 第一定理（1602年） 小物体（卫星）在围绕大物体（地球）运动时的轨道是一个 椭圆，并以大物体的质心作为一个焦点 ► 第二定理（1605年） 小物体（卫星）在轨道上运动时，在相同的时间内扫过的面 积相同 ► 第三定理（1618年） 小物体（卫星）的运动周期的平方与椭圆轨道半长轴的立方 成正比关系
R 半 焦 距 a e r 远 地 点 r m a x a ( 1 e )r 近 地 点 r m i n a ( 1 e )
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卫星运动规律与轨道参数 续4
卫星轨道的极坐标表达式
卫星椭圆轨道的极坐标表达式为
r a(1e2) p
1ecos 1ecos
式中：θ是瞬时卫星-地心连线与地心-近地点连线的夹角，是
e 1(b/a)2
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卫星运动规律与轨道参数 续3
卫星轨道形状参数
► 半焦距 ：地心与椭圆轨道中心的距离 ► r ：卫星到地心的瞬时距离，对椭圆轨道是个时变量，对圆 轨道可看作常数 ► 远地点 (apogee)：地心与椭圆轨道中心的距离 ► 近地点 (perigee )：地心与椭圆轨道中心的距离
·1976年，由3颗静止卫星构成的MARISAT系统成为第1个提供海事移动通信服务的 卫星系统（舰载地球站40W发射功率，天线直径1.2米）
·1982年，Inmarsat-A成为第1个海事卫星移动电话系统
第二代卫星移动通信系统：数字传输技术
·1988年，Inmarsat-C成为第1个陆地卫星移动数据通信系统 ·1993年，Inmarsat-M和澳大利亚的Mobilesat成为第1个数字陆地卫星移动电话系统 支持公文包大小的终端 ·1996年，Inmarsat-3可支持便携式的膝上型电话终端
2 a 2 R e h p h a 2 6 3 7 8 . 1 3 7 1 0 0 0 4 0 0 0 1 7 , 7 5 6 . 2 7 4 k m 所以，半长轴a = 8878.137km，由此可计算轨道周期：
T＝2 a3 8325.1703 (s)
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卫星运动规律与轨道参数 续7
轨道参数
确定轨道平面几何形状和卫星的运动特性的三个参数为：
► 轨道偏心率e：反映了轨道面的扁平程度，取值范围[0,1) ；
► 轨道半长轴a：椭圆轨道中心到远地点的距离；
► 平均近点角M或过近地点时间tp ：通过平均近点角M或过近 地点时间tp可以计算卫星的真近点角ν。 M和tp满足如下关系式 （式中Ts为卫星轨道周期）。
卫星在轨道面内相对于近地点的相位偏移量；p = a(1-e2)为椭 圆半焦弦。
9
卫星运动规律与轨道参数 续5
卫星的轨道速度和周期
根据机械能守恒原理可以推出： ► 椭圆轨道上卫星的瞬时速度和轨道周期
V 卫 星 ＝ （ 2 ra 1）(km /s) T 卫 星 ＝ 2 a 3 (s)
► 圆轨道上卫星的瞬时速度和轨道周期
V 卫 星 ＝ r (km /s) T 卫 星 ＝ 2(R e h)3 (s)
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卫星运动规律与轨道参数 续6
例6.1 某采用椭圆轨道的卫星，近地点高度（近地点到地球表 面的距离）为1000km，远地点高度为4000Km。在地球平均半 径为6378.137 km的情况下，求该卫星的轨道周期T。
解：根据图6-1(a)可知，长轴为远地点和近地点之间的直线距离，在半长轴 为a，地球半径为Re，近地点高度为hp和远地点高度为ha时，有：
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卫星运动规律与轨道参数 续9
轨道参数
确定轨道平面方位的三个参数为：
► 右旋升交点赤经Ω：赤道平面内从春分点方向到轨
道面交点线间的角度，按地球自转方向度量 ► 轨道倾角i：轨道平面与赤道平面间的夹角
► 近地点幅角ω：轨道平面内，升交点与近地点间的
夹角，从升交点按卫星运行方向度量
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卫星运动规律与轨道参数 续10
第为首个支持手持终端的全球低轨卫星移动通信系统 ·2003年以后，集成了卫星通信子系统的全球移动通信系统（UMTS/IMT-2000） 3
卫星移动通信系统概述 续1
卫星与地面移动通信系统的比较
卫星移动通信系统
地面移动通信系统
易于快速实现大范围的完全覆盖
Z
地心坐标系
► 地心O为原点
近地点
► X轴指向春分点方向
降交点
交点线
v
► Z轴与地球的自转轴重合，
赤道平面
O
i
Y
指向北极点
春分点 X
升交点
► X轴和Y轴确定的平面
方向
与赤道平面重合 ► X、Y、Z轴构成一个右手坐标系
轨道平面
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卫星运动规律与轨道参数 续8
轨道参数
► 在地心坐标系中，为完整地描述任意时刻卫星在 空间中的位置，通常使用2组6个轨道参数 ► 第一组参数定义了轨道的方位，用于确定卫星相 对于地球的位置 ► 第二组参数定义了轨道的几何形状和卫星的运动 特性，用于确定卫星在轨道面内的位置
第6章 卫星移动通信系统
电子科技大学 2006.08
大纲
卫星移动通信系统概述 卫星运动规律与轨道参数 非静止轨道卫星星座设计 卫星星际链路特性 卫星移动通信系统网络结构 卫星移动通信系统频率规划 典型卫星移动通信系统介绍
2
卫星移动通信系统概述
卫星移动通信系统发展过程
第一代卫星移动通信系统：模拟信号技术
5
卫星运动规律与轨道参数 续1
开普勒定理的图形描述
远
近
地
br
地
点
点
a
CO
ae
Re
a (1+e)
(a)
a (1-e)
O
(b)
6
卫星运动规律与轨道参数 续2
卫星轨道形状参数
► 偏心率e ：决定了椭圆轨道的扁平程度，当e =0时，椭圆轨 道退化为圆轨道 ► 轨道半长轴a ：远地点与椭圆轨道中心C 的距离 ► 轨道半短轴b ：近地点与椭圆轨道中心C 的距离 ► e 、a 和b 满足关系
M
2
Ts
(t tp )
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卫星运动规律与轨道参数 续11