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走近卫星上

发布时间:2020-01-14 13:40:07阅读:来源:拉力机设备

陆文福 贾玉涛

卫星最广泛地用于获得信息和传递信息。按用途可分为:通信广播卫星、对地观测卫星、导航定位卫星和科学卫星。

卫星应用是高度综合的现代科学技术,它以基础科学和技术科学为基础,集中应用当今许多工程技术新成就。航天技术、电子技术、遥感技术、通信技术、计算机、测绘、海洋、气象等都对卫星的应用产生着巨大的影响。

卫星应用,必须配有相应的地面应用系统,才能发挥作用。例如----通信广播卫星必须配有地面通信站和广播中心;对地测卫星必须配有地面数据接收站和处理中心;导航定位卫星必须配有地面参考站和中心计算站(对双星导航定位系统);这些地面应用系统和千千万万的用户相连接,有效地传播和利用了应用信息。

卫星应用涉及众多的经济领域,所以,卫星应用部门应当与卫星研制部门联合开展研究,以充分发挥各种卫星应用系统的潜力,使之在国民经济、国防建设、文化教育和科学研究等方面产生最大效益。

本文主要讨论通信广播卫星、对地观测卫星、导航定位卫星等三种应用卫星的应用情况,并将侧重于有代表性的民用应用卫星的应用。

卫星通信系统

卫星通信是最早被利用,也是当前用途最广和业务最繁忙的一种卫星应用。

卫星通信和其它通信手段相比较,具有通信容量大、覆盖面积广、通信距离远、传输质量好、能全天候工作、可靠性高、组网灵活快捷和成本费用低等优点,目前发展很快。

卫星通信系统是电子技术、通信技术和航天技术等相结合的产物,主要由通信卫星、地球站与两者联系的测量控制跟踪系统等组成。在各地球站之间,利用一定的多址联接方式,由通信卫星进行信号转发,形成链路和网络通信。

1965年的国际通信卫星(Intelsatl)有效带宽50Mhz,只有两部转发器,一副不定的通信发射天线,通信容量240路单向电话,或一路电视,设计寿命为一年半。

1985年的国际通信卫星V-A(Intelsat-V-A)有32部转发器,七副定向发射天线,15000路电话和2路电视,设计寿命7年。

1991年成功的国际通信卫星VI(Intelsat-VI),有48台转发器,38台为C波段,10台为Ku波段,总通信容量为33000条双向话路和4路彩色电视信道,设计寿命14年,容量是Intelsat-I的150倍,是当时世界上容量最大的通信卫星。

目前,国际通信卫星已经发展到了第八代,一颗卫星的通信能力可达几万条话路,可以同时转发几十路电视节目。随着卫星技术的迅速进步,卫星在轨道上的寿命可长达12-15年。卫星发射功率的增大及点波束技术的发展,使地面站小型化成为现实,也进一步扩大了卫星通信的应用范围。

我国的国际卫星通信,起步于1971年,比起1965年的同步通信卫星的首次越洋商用,只晚了六年。1972年,美、日首脑先后访华,我国启用两个十米直径的地球站,分别设于北京机场和上海虹桥机场附近,担负对美、日越洋国际卫星通信任务,迈出了国际卫星通信第一步。1973-1974相继建成北京、上海对POR(太平洋地区)和IOR(印度洋地区)国际卫通A标准站三座,正式跨入了国际卫星通讯行列。80年代以来又增建了对IOR、POR国际通信A站,累计大型卫星通信天线九个,加上国际卫星测控站和TDM基准站的建成和运行,使我国的国际卫星通信设施达到世界一流水平。

我国的国内卫星通信起步相对较晚。但由于卫星电视传输和边远地区(西藏、内蒙和新疆)通信的需求牵动,也取得了不菲的成绩。

1978年,经上海虹桥机场十米直径的地球站,我国对德、法联合制造的“交响乐”卫星进行了多种卫星通信传输试验;

1981年6月我国与国际卫星组织达成免费使用IOR上空卫星东半球波束转发器的协议,进行了实际电视传输和长途报话传真传送,随后我国即租用和购用国际卫星组织IOR上空卫星转发器开展国内卫星通信工作。

1984年1月、4月和1986年2月我国三次发射的同步轨道通信卫星也担负起通信和电视节目传送的任务。

1988年以后我国又启用四个转发器的DFH-2B(东二甲)卫星和租购的国际卫星转发器。一起正式承担了我国国内卫星电视传送,卫星报话传真、长途通信的全部任务;

1997年发射的DFH-3(东三)即中国通信广播卫星公司的“中星六号”和有我国股份的亚洲一号、二号、亚太1号、亚太1A,又陆续补充了国内卫星通信的空间段容量;

1998年中国东方卫星公司的“中卫一号”、鑫诺卫星公司的鑫诺一号卫星以及2000年1月的中星-22号等卫星的发射成功,大大地保证了我国国内卫星通信对卫星转发器的需求。其中,鑫诺一号卫星是一颗专门为电视直播业务和卫星专用通信网业务设计的大容量通信卫星,有24个c频段转发器和14个Ku频段转发器,转发器的总带宽为1638MHz。

现阶段,我国已有近五十套电视节目上了卫星,其中16套是Ku频段的,其它都是C频段的。

自从有了卫星以后,卫星移动通信也应运而生。卫星移动通信包含语音、数字和图象等多种业务。固定或移动的卫星的叫法比较形象,它实际上是指卫星是在同步轨道上,还是在非同步轨道上来分类的。我们可以举出一些卫星移动通信系统的例子。

储存/转发(S&F)业务的卫星移动通信系统。1958年美军的SCORE(斯科尔)卫星是最早从事S&F业务的卫星通信系统,40年后的今天,S&F业务移动通信仍然有其生命力,如ORBCOMM系统、CLOMR、和信使卫星系统等,这类的卫星移动通信系统属于移动的卫星和固定终端一类;

Inmarsat与类似Inmarsat的卫星移动通信系统。最先采用同步轨道卫星的卫星移动通信系统就是Inmarsat系统。到今天,全球已有超过42000艘船舶、2000架飞机和32000个陆上移动用户。类似Inmarsat系统的在澳洲是AUSSAT移动通信系统和北美的MSAT,以及亚洲的APMT系统。

定位通信组合业务的卫星移动通信系统(RDSS)。1985年7月美国联邦通信委员会(FCC)用定位和个人通信技术的巧妙结合创建了一种叫做卫星无线电测定业务(Radio Determination Satellite Service,RDSS)。RDSS的代表系统是美国的Geostar系统和欧洲的Locstar系统。Geostar系统是一个定位通信系统,该系统有其特殊的意义,而且肯定是一个发展方向。后来因为Geostar卫星发射屡遭失败,民营小公司随不了航天事业的风险,两公司分别在1991年5月和7月破产关门。我国非常关注RDSS,通过论证、关键技术攻关和系统研制,卫星已于2000年10月31日发射成功,这样,系统已经组成,现在正在做各项系统测试,进入试运行阶段。该卫星已列入我国导航定位卫星系列,取名北斗一号(RD-1)。

相对于同步卫星而言,还有非同步卫星。非同步卫星业务的用户终端可以是固定的也可以是移动的,这种通信统称为移动卫星通信。

约十一、二年前,国际上出现了一股利用非同步轨道卫星群实现全球个人通信热潮,1997年9月电联卫星总表显示,向电联申报的1-2GHz频段的非静止轨道卫星网络计划的181个,其中有的计划用户机不能做到手持大小,但也不乏优秀之作,例如,1988年摩托罗拉的一些中青年工程师提出将陆基蜂窝通信网概念搬上太空,建立全球卫星电话网的大胆设想。1988年11月1日梦想终于成真,这就是有名的“铱”系统。“铱”星在计划管理和技术上堪称世界一流水平。

“铱”系统基本上能做到用手机实现任何人在任何地方,可以以任何方式与任何人进行通信,实现了全球通信。由于铱星公司在错误的时间向错误的市场推出了错误的产品,结果被迫宣告破产倒闭。和铱星系统为对手的ICO和全球星两个系统目前虽然处境艰难,希望能吸收“铱”系统教训,使原“铱”系统用户转到它们门下而获益。

非同步卫星固定业务是卫星在低轨飞行,天线指向固定地域不同而提供固定业务的系统。这种类型的系统,首推Teledesic系统。该系统用700km高度的288个星座,以ka频段实现。分配的频率为上行28.6-29.1GHz,下行18.8-19.3GHz,各500MHz带宽。系统提供宽带业务,用户接口主要支持284Kbps-8Mbps。其次,还有后起的Celestri(天星)计划,用63个Ka星,1400Km高度,也提供宽带业务。阿尔卡特电信公司提出,用固定业务的KU频段提供非同步卫星固定业务的星座叫SKYBridge(天桥)系统,它为2×32颗低轨卫星,采用华尔克(Walker)倾斜轨道。“天桥”系统与现有Ku频段同步卫星的协调是一大难题,据说已有一定的解决办法。此外,还有36颗星的SPACEWAY计划。

卫星直播数字电视和卫星数字音频广播

卫星直播数字电视是集中了卫星通信技术、数字压缩技术、微电子技术和计算机技术等许多领域最新成果而形成的新技术产业。它集中了卫星通信特有的宽频带资源和覆盖范围大的特点。直接到户的数字电视系统和直接到户的加密授权管理能力,在业务范围方面与以往的电视传播相比有着本质的差别。只要电视机上配上简单的接收装置,用户就能直接看数以百计的卫星传播的电视节目。

卫星数字直播电视产业是带动我国信息产业链迅速发展的龙头产业,它可能形成不亚于家电行业的新兴高新技术产业。

1993年12月,美国休斯公司抢先开发并组建了Direc TV公司来经营卫星直播数字电视。与此同时,休斯公司又在世界上抢先开发与个人计算机(PC)互联的Direc PC接收系统。PC机用户利用直播电视的小口径接收天线,可以高速传输Internet上的大容量(宽带)信息,为Internet拥护不堪的地面线中另辟了一条高速的空中下载通道,也为卫星电视直播系统向Ka频段宽带、高速、多媒体卫星网络系统发展展现了美好前景。

卫星数字直播在下行方向具有很宽的传输频带,但上行方向仍是窄带的,所以适合开展非对称的数据业务:如Internet,因为Internet的上、下行数据量就是非对称的,用户大多数时间在下载信息,发出信息的量很小;同时又适合于数据信息广播。如新闻、金融证券信息广播、卫星数字直播的业务范围已跨越了广播电视和信息网络的界线,是一个可开展多种业务的综合信息平台。

1998年12月中央电视台和中广影视卫星公司利用鑫诺1号Ku转发器(2A)进行中央8套节目直播试验,并从1999年元旦正式开始了试验广播。目前CBTV直播系统已推出38套电视节目。

卫星数字音频广播是一种卫星通信广播的新业务。它是利用静止轨道通信卫星向全球或某一地区无线电用户群体广播数字化的CD音乐、新闻和体育节目的业务,在国际上通称为数字音频广播(DAB)。这种业务已在1998-1999间首先在美国进行服务。(待续)

摘自《卫星与网络》2001.4

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