通信系统/卫星系统

卫星应用

卫星支持多种应用，包括

• 通信系统

• 广播系统

• 遥感

• 全球定位和导航

• 搜索和救援

• 天气和污染监测

• 监控

一些建议主题 .电视广播

GPS（全球定位系统）

它指的是一个卫星系统，这些卫星不断地发射信号，而GPS终端接收这些信号并通过测量自身与两个或多个GPS卫星之间的距离（通过测量接收信号所需的时间）来计算其在地球上的位置。

卫星轨道

地球同步轨道

一颗以与地球自转相同速度绕地球运行的卫星被称为同步轨道卫星。同步轨道可以是任何倾角。如果它们是极地轨道，卫星每天将在同一时间出现在同一地点的上空。

遥感卫星可以放置在地球旋转同步轨道上，其周期比一天长，因此能够在多个轨道上观测整个地面。

如果将地球同步轨道放置在赤道上空，就会发生非常有趣的事情。卫星似乎停止在空中移动。这被称为地球静止轨道。

物体的重力加速度作为高度的函数为

$a_{c}=\left({\frac {r_{e}}{r_{s}}}\right)^{2}g$

其中

$r_{e}=$ 地球赤道半径 (6378.388 公里)

$r_{s}=$ 卫星位置处的半径

$g=$ 地球的重力常数 (9.80665 米/秒²)

卫星上的向心加速度由下式给出

$a_{c}=r_{s}\omega ^{2}=r_{s}\left({\frac {2\pi }{T_{s}}}\right)^{2}$

其中

$\omega =$ 角速度，单位为弧度/秒

$T_{s}=$ 1 轨道运行时间（对于地球同步轨道，为 86400 秒 [24 小时]）

对于稳定轨道，与这些加速度相关的两个力必须相等

$\left({\frac {r_{e}}{r_{s}}}\right)^{2}g=r_{s}\left({\frac {2\pi }{T_{s}}}\right)^{2}$

求解r_s，我们得到

$r_{s}={\sqrt[{3}]{\left({\frac {r_{e}T_{s}}{2\pi }}\right)^{2}g}}={\sqrt[{}]{\left({\frac {6378\ km\times 86400\ \sec }{2\pi }}\right)^{2}9.8065\ m/\sec ^{2}}}=42,254.22\ km$

因此，地球上空的高度为 42,254 公里 - 6378 公里 = 35,876 公里或 22,292 英里。

圆形轨道上卫星的速度由以下公式给出

对于地球同步轨道上的卫星，此速度计算结果为 3.073 公里/秒。

路径长度

可以通过应用勾股定理找到传输路径长度

在实际应用中，仰角必须至少高于地平线 5 度。因此，实际几何形状更接近于

通过应用正弦定理，可以确定最大路径长度的更好近似值，以及看到卫星所需的极点最小距离。

利用极半径计算地球的总弧长，并考虑极曲率，我们得到地球的有效极周长为

这意味着可以观察到卫星的极点最小距离 d 为

从草图中可以看出，越往北走，穿过大气层的信号路径长度就越大。

莫尼亚轨道

前苏联由于该国北部纬度较高，无法充分利用地球同步卫星。因此，通信卫星需要采用略有不同的方法。“莫尼亚”一词意为“闪电”。

太阳同步轨道

太阳同步轨道 (SSO) 是围绕行星的极地轨道，卫星在行星表面的同一点上经过时，都处于相同的当地平均太阳时。SSO 也称为日同步轨道。

在 SSO 中，卫星的轨道平面围绕地球旋转的速度与地球围绕太阳旋转的速度相同。这意味着从太阳的角度来看，卫星似乎总是沿着地球周围的相同路径运行。卫星将始终能够看到太阳和地球的亮面。

SSO 具有以下特征

• 高度：地球表面上方 600–800 公里（370–500 英里）
• 倾角：距南北极 20–30 度，约 98° 的倾角垂直于赤道
• 轨道周期：约 1.5–2 小时，或以某种方式在 96–100 分钟范围内
• 近地点：在每次轨道运行的几乎相同的地方太阳时通过

SSO 有一些缺点

• 连续时间观测：仅使用一颗 SSO 卫星无法实现
• 赤道地区：SSO 比极地地区更少经过赤道地区