衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展概述論文
摘要：本文介紹了衛(wèi)星通信的基本概念、分類、特點(diǎn)以及應(yīng)用，并在梳理國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果及文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了成果展示，以期對(duì)以后衛(wèi)星通信的研究提供一些思路和借鑒。
一、衛(wèi)星通信概述
衛(wèi)星通信是一種微波中繼通信，作為中繼站，與發(fā)、收信地球站共同組成衛(wèi)星通信鏈路。
目前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，主要有固定業(yè)務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)(FSS)，移動(dòng)業(yè)務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)(MSS)，和廣播業(yè)務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)(BSS)，它們的組成部分不全都是相同的。一般的衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間階段和地面階段兩個(gè)范圍組成的，其中控制和管理衛(wèi)星的檢測(cè)站包含在空間段部分內(nèi)。
衛(wèi)星通信是指航天器與地球站之間或者地球站相互之間借助通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器而進(jìn)行傳輸?shù)臒o(wú)線電通信,它主要涵蓋衛(wèi)星移動(dòng)通信、衛(wèi)星固定通信、衛(wèi)星中繼通信和衛(wèi)星直接廣播等四大領(lǐng)域。衛(wèi)星通信技術(shù)是現(xiàn)代通信技術(shù)不斷發(fā)展的重要成就,也是航空航天技術(shù)運(yùn)用到實(shí)踐中的重要方面。它具有容量大、覆蓋面廣、頻帶寬、穩(wěn)定性靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。四十多年以來(lái),它在國(guó)際國(guó)內(nèi)通信、軍事民用通信等領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用。
衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是指通過(guò)人造地球衛(wèi)星作為傳播無(wú)線電波的中繼站，從而達(dá)到兩個(gè)及其以上的地面站之間進(jìn)行相互通信的網(wǎng)絡(luò)。其中，地面站也稱為地球站，是指設(shè)置在在地球表面上的通信站點(diǎn)。通信衛(wèi)星起到了一個(gè)傳輸無(wú)線電波的作用。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)按照轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間的長(zhǎng)短，可分為立即轉(zhuǎn)發(fā)式通信網(wǎng)絡(luò)和延遲轉(zhuǎn)發(fā)式通信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道處在低軌道運(yùn)行時(shí)，相對(duì)地面站來(lái)說(shuō)，需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離的實(shí)時(shí)的通信，這時(shí)除了采用延遲轉(zhuǎn)發(fā)方式之外，同時(shí)也可以利用多顆低軌道運(yùn)行的衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，這種網(wǎng)絡(luò)就是一般所指的低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。
二、國(guó)外衛(wèi)星通訊技術(shù)發(fā)展概述
近年來(lái)，國(guó)外的衛(wèi)星通信技術(shù)無(wú)論是在軍事還是商業(yè)領(lǐng)域都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，有新型質(zhì)量高、功率大、壽命長(zhǎng)的衛(wèi)星不斷發(fā)射升空。目前世界最先進(jìn)的衛(wèi)星通信技術(shù)仍然被包括波音、勞拉、洛馬、阿爾卡特以及休斯等美國(guó)和歐洲的幾大實(shí)力雄厚的衛(wèi)星制造商所掌握。歐洲為了縮短與美國(guó)的差距，正在努力研制新一代的大型通信衛(wèi)星平臺(tái)阿爾法艙。俄羅斯則是通過(guò)與歐洲和日本的國(guó)際合作的方式來(lái)大力推進(jìn)本國(guó)衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展。
毋庸置疑，美國(guó)是目前世界上通信衛(wèi)星技術(shù)水平最發(fā)達(dá)的國(guó)家，其通信衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間，并且在軍事、商業(yè)等領(lǐng)域都已經(jīng)形成了系列化的.技術(shù)先進(jìn)的衛(wèi)星產(chǎn)品。目前其通信衛(wèi)星計(jì)劃主要包括美國(guó)的轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)(TSAT)計(jì)劃、空軍寬帶填隙衛(wèi)星(WGS)計(jì)劃和先進(jìn)極高頻(AEHF)衛(wèi)星計(jì)劃以及海軍移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)(MUOS)計(jì)劃等。
在歐空局公布的未來(lái)通信衛(wèi)星發(fā)展計(jì)劃中，計(jì)劃在2001-2010年間將逐步提高16-30kw的衛(wèi)星比例，計(jì)劃達(dá)到30%，而8-16kw的衛(wèi)星比重達(dá)到40%，這些成果目前已經(jīng)基本完成，這標(biāo)志著歐洲通信衛(wèi)星向著超大功率的方向不斷發(fā)展。
俄羅斯于2006年公布了《俄聯(lián)邦2006-2015年航天規(guī)劃》，計(jì)劃在這10年中，俄羅斯計(jì)劃將與歐洲和日本聯(lián)合建設(shè)并發(fā)射13顆通信衛(wèi)星，其中的8顆則是屬于快訊系列衛(wèi)星。
在俄羅斯公布的一份關(guān)于俄羅斯通信業(yè)發(fā)展的報(bào)告中，俄羅斯的航天局對(duì)其未來(lái)10年(2010-2020年)通信衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。其內(nèi)容大致包括以下：要掌握微波波段和光學(xué)波段技術(shù)進(jìn)行相關(guān)項(xiàng)目;構(gòu)建小型和中型衛(wèi)星的低速率網(wǎng)絡(luò);寬帶衛(wèi)星通信利用大型衛(wèi)星;在通信衛(wèi)星上進(jìn)行全部的信號(hào)處理;大力提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)化率。
三、國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通訊技術(shù)發(fā)展概述
近些年來(lái)隨著科技技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代小衛(wèi)星技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，這對(duì)我國(guó)航天技術(shù)發(fā)展和衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求，國(guó)內(nèi)的一些科技公司如中科院下屬的所和廠、中國(guó)航天科技集團(tuán)以及國(guó)內(nèi)的許多大專院校如清華大學(xué)、北京大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、成都電子科技大學(xué)等研究人員都對(duì)航天編隊(duì)飛行星座系統(tǒng)的項(xiàng)目進(jìn)行了大量的研究，其中有的對(duì)航天編隊(duì)飛行星座系統(tǒng)提出了初步設(shè)想，并進(jìn)入了專題項(xiàng)目的研究階段，有的已經(jīng)取得了明顯的成果，如編隊(duì)衛(wèi)星的跟蹤切換技術(shù)，激光終端機(jī)、單片微波集成接收機(jī)等問(wèn)題已在實(shí)驗(yàn)室中得到很好的解決了，但這些與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、俄羅斯的星間通信技術(shù)相比，仍有不小的差距。
目前國(guó)內(nèi)在這方面取得的比較明顯的成果主要有以下幾個(gè)方面：2004年4月19日，由哈工大牽頭研制的“試驗(yàn)衛(wèi)星一號(hào)”成功發(fā)射，并搭載了一顆科學(xué)實(shí)驗(yàn)小衛(wèi)星“納星一號(hào)”。“試驗(yàn)衛(wèi)星一號(hào)”主要用于資源測(cè)量和環(huán)境監(jiān)控，它是我國(guó)成果研制的第一顆傳輸性立體的測(cè)繪小衛(wèi)星。而“納星一號(hào)”是我國(guó)研制的首顆納型衛(wèi)星主要用于研究開(kāi)發(fā)納型平臺(tái)測(cè)試和進(jìn)行航空航天的高技術(shù)演示。
由中科院上海小衛(wèi)星工程部進(jìn)行的“創(chuàng)新一號(hào)”衛(wèi)星研究項(xiàng)目中，以星上計(jì)算機(jī)一體化設(shè)計(jì)、低軌小衛(wèi)星擴(kuò)頻通信等關(guān)鍵問(wèn)題的解決為重點(diǎn)，并進(jìn)行低軌道小衛(wèi)星之間數(shù)據(jù)通訊的關(guān)實(shí)驗(yàn)，以解決存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通信的問(wèn)題。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)以解決星間激光通信和衛(wèi)星編隊(duì)飛行而進(jìn)行的雙星編隊(duì)飛行項(xiàng)目也取得了很大進(jìn)展。
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