卫星系统简介

卫星系统的组成

​卫星通信系统包括通信和保障通信的全部设备。卫星系统功能方框图示于下图：

由上图可以获知，一般的卫星的主要设备包括下列七大系统。

1、位置与姿态控制系统
从理论上讲， 静止卫星的位置相对于地球说是静止不动的， 但是实际上它并不是经常能够保持这种相对静止的状态。 这是因为地球并不是一个真正的圆球形状，使得卫星对地球的相对速度受到影响。 同时当太阳、 月亮的辐射压力发生强烈变化时， 由于他们所产生的对卫星的干扰， 也往往会破坏卫星对地球的相对位置。 这些都会使得卫星漂移出轨道， 使得通信无法进行。 负责保持和控制自己在轨道上的位置就是轨道控制系统的任务之一。 仅仅使卫星保持在轨道上的指定位置还远远不够，还必须使它在这个位置上有一个正确的姿态。 因为星上定向天线的波束必须永远指向地球中心或覆盖区的中心。 由于定向波束只有十几度或更窄， 波束指向受卫星姿态变化的影响相当大， 再加上卫星距离地球表面有 36000KM， 姿态差之毫厘， 将导致天线的指向谬之千里。 再者， 太阳电池的表面必须经常朝向太阳， 所有这些都要求对卫星姿态进行控制。

2、天线系统
通信卫星的天线系统包括通信天线和遥测指令天线。 要求两种天线体积小、 重量轻、 可靠性高， 寿命长、 增益高、 波束永远指向地球， 分别采用消旋天线和全向天线。

3、 转发器系统
空间转发器系统是通信卫星的主体。 实际上是一部高灵敏度的宽带收发信机。其智能就是以最小的附加噪声和失真以及尽可能高的放大量来转发无线信号。

4、遥测指令系统
遥测指令系统的主要任务是把卫星上的设备工作情况原原本本地告诉地面上的卫星测控站， 同时忠实地接收并执行地面测控站发来的指令信号。

5、电源系统
现代通信卫星的电源同时采用太阳能电池和化学电池。 要求电源系统体积小、重量轻、 效率高、 寿命长。

6、温控系统
温控系统能使卫星内部和表面温度保持在允许的范围内， 否则将影响星上的电子设备的性能和寿命， 甚至会发生故障。 另外， 在卫星壳体或天线上温差过大的时候， 往往产生变形， 对天线的指向以及传感器精度以及喷嘴的方向性等都会带来不良影响。

7、入轨和推进系统

静止卫星的轨道控制系统主要是由轴向和横向两个喷射推进系统构成的。 轴向喷嘴是用来控制卫星在纬度方向的漂移， 横向喷嘴是用来控制卫星因环绕速度发生变化造成卫星的在经度方向的漂移。 喷嘴是由小的气体（一种气体燃料） 火箭组成的， 它的点火时刻和燃气的持续时间由地面测控站发给卫星的控制信号加以控制的。

推进系统的另一职能是采用自旋稳定、 重力梯度稳定和磁力稳定等方法对卫星进行姿态控制。

图中所示的姿态控制方法就是自旋控制。 这种卫星被送上天时， 在与火箭分离之前由火箭中的一个旋转装置使它以每分钟 10～100 转的速度旋转。 旋转的卫星好像陀螺一样， 旋转轴始终指向一个方向， 就不会随意翻滚了。 但是装在卫星轴上的天线， 却不能随着星体转， 所以要装上一个消旋装置， 使天线稳稳地瞄准地球。

通信卫星的工作过程

利用通信卫星和广播卫星传输广播电视节目是卫星应用技术的重大发展。

卫星通信系统是由空间部分——通信卫星和地面部分——通信地面站两大部分构成的。在这一系统中， 通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。 它居高临下， 视野开阔， 只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信， 通过它转发和反射电报、 电视、 广播和数据等无线信号。

通信卫星工作的基本原理如图所示。 从地面站 1 发出无线电信号， 这个微弱的信号被卫星通信天线接收后， 首先在通信转发器中进行放大， 变频和功率放大， 最后再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新发向地面站 2， 从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。 举一个简单的例子： 如北京市某用户要通过卫星与大洋彼岸的另一用户打电话， 先要通过长途电话局， 由它把用户电话线路与卫星通信系统中的北京地面站连通， 地面站把电话信号发射到卫星， 卫星接到这个信号后通过功率放大器， 将信号放大再转发到大西洋彼岸的地面站， 地面站把电话信号取出来， 送到受话人所在的城市长途电话局转接用户。

电视节目的转播与电话传输相似。 但是由于各国的电视制式标准不一样， 在接收设备中还要有相应的制式转换设备， 将电视信号转换为本国标准。 电报、 传真、广播、 数据传输等业务也与电话传输过程相似， 不同的是需要在地面站中采用相应的终端设备。

随着航天技术日新月 异的发展， 通信卫星的种类也越来越多。 按服务区域划分，有全球、 区域和国内通信卫星。 按用途分， 有一般通信卫星、 广播卫星、 海事卫星、跟踪和数据中继卫星以及各种军用卫星。