通信卫星和地球站设备

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1、1第2章通信卫星和地球站设备22.1通信卫星的种类2.2卫星轨道2.3通信卫星的覆盖2.4通信卫星的组成2.5静止轨道通信卫星发射2.6卫星通信地球站第2章通信卫星和地球站设备32.1通信卫星的种类按卫星运动状态分，有静止卫星和运动卫星4按卫星形状分，有球形卫星、箱形卫星、圆柱体(套筒式)卫星、锥顶圆柱体卫星、多棱柱形卫星、风扇行卫星等多种5按卫星业务种类分，有商用卫星、军用卫星、气象卫星、科研卫星、广播卫星等。按姿态稳定方式分，有自旋稳定卫星和三轴稳定卫星。6按卫星重量分：种类重量（kg）巨卫星>3500大卫星>1000中型

2、卫星500～1000小卫星100～500微小卫星10～100纳卫星1～10皮卫星0.1～1飞卫星<0.17SNAP-1Nano-Satellite清华大学的“纳星”一号8Picosat皮卫星92.2卫星轨道2.2.1卫星运动的基本规律卫星绕地球运行，它的运动轨迹叫卫星轨道。卫星视使用目的和发射条件不同，可能有不同高度和不同形状的轨道，但它们有一个共同点，就是它们的轨道位置都在通过地球垂心的一个平面内。卫星运动所在的平面叫轨道面。卫星轨道可以是圆形或椭圆形。但不论轨道形状如何，卫星的运动总是服从万有引力定律的，由此导出卫星运动的三

3、个定律。10假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略太阳、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。开普勒第一定律(椭圆定律)：卫星以地心为一个焦点做椭圆运动。其轨道平面的极坐标为：(2-3)式中，P是二次曲线的参数，e是偏心率，是中心角。P、e的值均由卫星入轨时的初始状态所决定11卫星椭圆轨道的示意图近地点远地点半长轴半短轴1213开普勒第二定律(面积定律)：卫星与地心的连线在相同时间内扫过的面积相等。DCBA14由第二定律可导出卫星在轨道上任意位置的瞬时速度为：v为卫星在轨道上的瞬时速度。其中a为椭圆轨道的半长轴，

4、r为卫星到地心的距离。为开普勒常数，值为3.986105km3/s2。若轨道为圆时，a=r,则(2-11)定律的意义?当轨道为椭圆时，卫星在轨道上的各点飞行速度不同：在远地点的速度最小；在近地点的最大。?当轨道为圆形时，则卫星为匀速圆周运动，这时卫星运行的周期、切线速度与卫星的质量无关，只与离地面的高度有关。1516开普勒第三定律（调和定律）：卫星运转周期的平方与轨道半长轴的3次方成正比。(2-12)T为卫星运转周期，单位为秒。17近地点远地点半长轴半短轴例1我国第一颗人造地球卫星的远地点高度hA=439km，近地点高度hB

5、=2348km。试求其轨道方程。公转周期、远地点和近地点的瞬时速度v(rmax)和v(rmin)。已知地球半径R=6378km。18解：轨道方程19公转周期远地点瞬时速度近地点瞬时速度20例2已知地球半径R=6378km，静止卫星的周期T=24恒星时=23h56min4.09s(平均太阳时),求卫星离地面高度h和匀速圆周运动速度v。解：由于静止卫星作匀速圆周运动，r=a，由式(2-12)21由式(2-11)可得：由此，卫星离地面高度为222.2.2卫星轨道的分类1、按卫星轨道的形状可分为圆形轨道和椭圆形轨道。2、按卫星轨道平面倾

6、角分类卫星轨道平面与赤道平面的夹角，称为卫星轨道平面的倾角，记为i。赤道轨道。i=0，轨道面与赤道面重合；静止通信卫星就位于此轨道平面内。极地轨道。i=90，轨道面穿过地球南北极。倾斜轨道。020000km24254、按卫星的运转周期及卫星同地球相对运动关系分类。同

7、步轨道（T=24恒星时）静止轨道：运行方向与地球自转方向一致，赤道上空离地面约35786公里的同步轨道。只有一条，倾角i=0。非静止同步轨道：不满足静止轨道条件的同步轨道，即倾角i0的同步轨道。非同步轨道（T24恒星时）262.2.3卫星的摄动由于一些因素的影响，卫星运动的实际轨道不断发生不同程度地偏离开普勒定律所确定的理想轨道的现象，称为摄动。1、太阳、月亮引力的影响2、地球引力场不均匀的影响3、地球大气层阻力的影响4、太阳辐射压力的影响272.2.4卫星的位置保持和姿态控制1、位置保持实现位置控制主要是靠星体上的轴向

8、喷嘴与横向喷嘴来完成的。2、姿态控制自旋稳定法，早期静止卫星常用的姿态控制方法三轴稳定法，是指卫星的姿态是由稳定穿过卫星重心的三个轴来保证的。这三个轴分别在卫星轨道的切线、法线和轨道平面的垂线等三个方向上，分别对应叫做滚动轴、俯仰轴和偏航轴，28三轴稳定法示意图