中轨道地球卫星

卫星轨道距离地球表面2000～20000km的卫星

中轨道地球卫星主要是指卫星轨道距离地球表面2000～20000km的地球卫星。它属于地球非同步卫星，主要是作为陆地移动通信系统的补充和扩展，与地面公众网有机结合，实现全球个人移动通信。也可以用作卫星导航系统。因此，其在全球个人移动通信和卫星导航系统中具有极大的优势。

卫星轨道分类

根椐卫星运行轨道距离地球表面的高度.通常可以将卫星轨道分为以下4类，图1-9给出了这几种卫星轨道的大致情况。

(1)低轨道（LEO，Low Earth Orbit）：距离地球表面为700～1500km。

(2)中轨道（MEO,Medium Earth Orbit)：距离地球表面10000km左右。

(3)高椭圆轨道（HEO.High Elliptic Orbit)：距离地球表面的最近点为1000～21000km,最远点为39500-50600km。

(4)静止轨道（GEO,Geostationary Earth Orbit)：距离地球表面35786km。

代表卫星介绍

有代表性的中轨道(MEO)卫星主要有lnmarsat-P、Odyssey、MAGSS-14，我国北斗定位系统部分卫星等。Odyssey(奥德赛)系统由TRW空间技术集团公司推出。它由12颗高度约为10000km的卫星分布在倾角55°的3个轨道平面上构成，使用L/S/Ka频段，每颗卫星具有19个波束，总容量为2800个话路，系统可为100个用户提供一条电路，12颗卫星可在全球范围内为280万用户提供服务。系统建设费用约为27亿美元，卫星的设计寿命为12～15年，1997年投入使用。Inmarsat-P系统(第三代国际海事卫星)是国际海事卫星组织制定的称作“Project-21”计划，准备90年代后期耗资10亿美元建造一个全新结构的21世纪全球个人卫星移动通信系统。第一、二代海事卫星只使用静止轨道卫星．只能覆盖地球纬度70°以上的地区。第三代海事卫星采用同步和中轨道卫星结合的方案，它采用的4颗同步卫星，有超过10米的大天线，并有星上处理功能，可一跳实现手持机之间的通信。中轨道部分由12颗高度约为10000km的卫星构成，也有星上处理功能。系统服务目标是在服务区的各种环境条件下，90%的情况下能看到卫星，此时利用0．25～0．4W发射功率的手持机，通信可靠度为95%，手持机尺寸为300cm3，重300g，零售价为1500美元，系统总投资为25亿美元。Inmarsat-P的合作伙伴有Comsat、Hughes、Matra Marcom、Nokia、Ericssion、NEC等，1998～2000年投入使用，寿命为11年，电话费每分钟2美元。MAGSS-14是欧洲宇航局开发的中轨道全球卫星移动通信系统。它由14颗卫星组成，卫星高度为10354公里，分布在7个轨道平面上，轨道倾角为56°。该角度对中纬度的覆盖是最优的，它可保证用户看到一颗卫星的最小仰角为28.5°。在这个高度上，卫星沿轨道旋转一周的时间为四分之一个恒星日(23小时56分)。这个4:1的谐率使得卫星的地面轨道每天重复，为动态星座(DSC)提供了一些有用的网络覆盖特性。当用户仰角为28.5°时，最大倾斜路径长为12500km，由此推算出来的卫星覆盖区半径4650km。卫星运动使得一个地球站与一颗星的平均可见时间长达100min。每颗星有37个波束，可覆盖全球。

我国北斗卫星定位系统中的北斗MEO卫星轨道高度约21500km，轨道倾角为55度，绕地球旋转运行，通过多颗卫星组网可实现全球卫星定位信号覆盖，北斗MEO星座回归特性为7天13圈。

工作原理

中轨道地球卫星主要用于全球个人移动通信功能，也可用于卫星定位系统。下面以Odyssey卫星移动通信系统为例介绍其工作原理。

系统简介

TRW公司推出的中轨道Odyssey系统的网络结构主要包括空间段、地面段和用户单元三部分。Odyssey系统的星座采用12颗卫星，分布在倾角为55°的3个轨道平面上，轨道高度为10354km。卫星与地面站之间采用Ka频段，下行为19.70～20.0GHz，上行为29.50～29.84GHz，可用带宽340MHz，采用线性极化。卫星与用户单元之间，下行采用L频段1610～1626.5MHz，上行采用S频段2483.5～2500MHz，可用带宽7.5MHz，采用左旋圆极化。系统的基本设计将基于CDMA方式，系统将可用的7.5MHz带宽分3段，扩频带宽为2.5MHz。该系统计划采用多波束天线方向图指向地面，姿态控制系统决定卫星的指向，以确保对陆地和海区的连续覆盖。地面控制也可对指向进行程控，以保证对需求的业务区的最佳覆盖。每颗卫星可提供19(或扩展到37)个波束，总容量为2800条电路。全系统共需设定16个地面站，每个地面站有多个关口站与PSTN相连，无星间链路及星上处理，卫星只作为一个弯管——简单的转发器和矩阵放大器，以保证动态地将功率发送到高需求区。卫星发射重量为1917kg，太阳能电池最大可提供3126w。

Odyssey系统可作为现存陆地蜂窝移动通信系统的补充和扩展，支持动态、可靠、自动、用户透明的服务。系统地面段包括卫星管理中心、服务运作中心、地球站、关口站、地面网络等。

系统最主要的用户终端是手持机。手持机的设计在许多方面决定整个系统的特性，其最大EIRP决定了卫星的G/T值，进而决定了卫星的点波束数量和卫星每信道的功率，也就间接地决定了卫星的大小和成本。0dyssey系统的手持机采用双模式工作。可以同时在Odyssey系统和陆地蜂窝系统中使用，并可自动切换。在Odyssey系统中使用时，其发射功率大于0.5W，采用4800bps话音编码，调制方式为CDMA/QPSK，接收机灵敏度为-133～-100dBm。系统可提供各种业务，包括话音、传真、数据、寻呼、报文、定位等。手持机的数据速率可达2.4kbps，还可提供4.8～19.2kbps的数据速率。

空间段

完整的Odyssey系统星座共有12颗卫星，置于高10354km的圆形轨道上。系统有3个轨道平面，每轨道有4颗星，倾角为55°。倾斜轨道的好处是卫星在所有高度上，在多数时间里在所有纬度区均能提供高仰角，可以部分星座开始业务。当增加卫星时，仰角越高，覆盖越宽，可发展多样化业务。如采用分集接收方式，可进一步提高通过建筑物窗口的能力。Odyssey系统星座能做到在全球任何地方都可看到两颗卫星，只发射6颗卫星就可以开始单星业务。图7.1给出Odyssey系统的倾斜轨道示意。Odyssey能向大多数陆地地区提供直接覆盖。

(1)天线设计及覆盖

每颗卫星产生一个多波束的天线方向图，并将其确定的覆盖区分成一组连续的小网孔。一般这些网孔覆盖一个或多个居民密度大的区。因此，卫星天线要设计成仅能为可见到卫星的部分地区提供覆盖。天线固定地安装在卫星星体上，在一颗卫星被分配给一个特别地区期间，要能控制卫星姿态，使得天线保持指向要求的方向。控制天线是Odyssey卫星系统的一个重要的特点，它带来了许多独特的好处。

为使天线波束覆盖区和地面业务区范围最佳匹配，Odyssey系统进行了大量努力，在任何时候，多数卫星主要为陆地区和海洋区提供服务。在一颗卫星移动到下一个指定区上空之前的过渡期内，使用附加卫星。话务在上升的卫星上建立，在下降的卫星上中断。移动用户一般呼叫持续期只有2～3min，任何地区可见每颗卫星的时间几乎达2h，但卫星仅在提供最高仰角的一段时间内才被使用。卫星的控制为限定符合要求的业务区提供了满意的灵活性。

由于上、下行链路都采用了单独的功率控制，所以Odyssey卫星系统可为每个用户提供较高的链路余量。卫星每一分钟只移动1°，这样卫星几乎固定地对着用户。卫星连续地调整指向，可保证通信并不因切换和交换而中断。采用可控指向，大多数用户在一次通话时间里只需一颗卫星单独的一个波束为其服务。这就大大简化了手持机的控制，降低了通话中断概率。卫星还提供交叉覆盖，使新用户能通过正在升高的卫星进行通信。

(2)星上设备

卫星平台是TRW公司的高级星体(AB940)，Odyssey最初向FCC申请时天线波束为19个，扩展业务后最大为37个。表7.1给出卫星平台的几个重量和功率负载参数。

卫星上L频段的天线反射器直径2.5m，S频段的天线反射器直径1.6m，两副Ka频段天线安装在面向地球的支撑板上。

Odyssey卫星对正向和反向链路采用一种传统的转发器信道结构，图7.2中给出这种转发器的简化框图，备份路径没有标出。在反向链路中，37个接收波束中每个波束的信号都馈送到低噪声放大器(LNA)，接着上变频至Ka频段，再由一台大功率放大器放大，然后对准地面站天线发射出去。正向链路把信号发送到用户，并对卫星接收地面站天线的Ka频段信号进行下变频、滤波、放大，然后将它们馈送至S频段天线。中心馈电单元要组合起来，以提供32维等通量(isoflux，即远用户和近用户的功率流密度大致相同)波束。为实现高效率，各发射信道配置了能工作在饱和点附近的功率放大器，转发器采用了4个矩阵放大器提供动态容量分布。混合网络允许网络把高达25%的卫星发送功率按规定线路送入一个单独的波束。通过把卫星定位和控制在需求业务地区的上空，就可将高达75%的容量提供给覆盖面积只占一颗卫星服务区10%的某地。所有功率控制都是在地面上进行的，卫星通信电子设备把功率自动地送到需要的地方，每颗星至少能提供近3000路话给指定的地区。

地面段

Odyssey卫星系统按计划要求，每个地区设置一个地球站。分布在全球的地球站总数为10～11个，各地面站配置4副5m直径的跟踪天线，每副天线相隔30km，其中3副天线可以与许多卫星同时通信，第4副天线用来跟踪捕获一颗辅助卫星，用来实现从一颗卫星切换到另一颗卫星而不至于中断通信的功能。如果发生暴雨，由于暴雨区的典型直径小于30km，所以第四副天线还可提供分集接收功能。

Odyssey系统通过消除GEO卫星的双向单跳400ms传输延时，解决同步轨道的时延问题。通过Odyssey网络的总延时，包括话音处理延时，用户是感觉不出来的。另外，较少的星座和数量相对少的地面站使空间部分的操作费用降至最低。卫星具有自控功能，因此无需实时指令。

用户终端

Odyssey卫星移动通信系统的用户终端以手持机为主，在用户的合作下，在稠密建筑物的市区里也能提供适中的但可接受的服务，寻呼功能仍有20dB的附加余量。

手持机主要的设计出发点就是实用简单、成本低。用户会发现在Odyssey卫星移动通信系统中实用的用户终端和目前陆地蜂窝移动通信系统的手持机没有明显差别。Odyssey系统的用户终端是一种蜂窝手持机的改进型，它既可工作在蜂窝频率上，又可工作在卫星频率上。odyssey手持机将采用四线螺旋天线。

Odyssey手持机的平均发射功率约为0.1W。这样的发射功率对于发送话音和数字数据是绰绰有余的，发送和接收链路预算还有6～10dB的余量，以应付由降雨、植物阻挡等引起的链路附加损耗。这里需指出的是，由于odyssey系统采用高仰角工作，其路径损耗所要求的余量比工作在低仰角的LEO系统所要求的要小。

Odyssey手持机可与各种陆地蜂窝系统信令格式兼容。这种兼容性是靠把超大规模集成电路微电子芯片应用在手持机上实现的。利用这种芯片，可使Odyssey与蜂窝互通，并与世界各地的标准相匹配。在欧洲可与GSM互通，在美国可与ADS、AMPS互通。

优势分析

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省