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PCB資訊

PCB資訊 - 全球衛星系統現狀

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PCB資訊 - 全球衛星系統現狀

全球衛星系統現狀
2019-09-09
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Author:愛彼電路      分享文章

衛星系統由三個主要電路組成,包括衛星、接收器和發射器。衛星越來越多地用於災害風險管理、天氣預報、遙感、地理定位和導航。
衛星 PCB 中的材料:Rogers 和 Isola, Inc. 開發的陶瓷、碳氫化合物、熱固性聚合物複合材料。PCB製造商愛彼電路可開發高度可靠的衛星 PCB。

衛星系統

衛星系統

衛星通信系統實際上也是一種微波通信,它以衛星作為中繼站轉發微波訊號,在多個地面站之間通信,衛星通信的主要目的是實現對地面的“無縫隙”覆蓋,由於衛星工作於幾百、幾千、甚至上萬公里的軌道上,囙此覆蓋範圍遠大於一般的移動通信系統。 但衛星通信要求地面設備具有較大的發射功率,囙此不易普及使用。


衛星通信系統由衛星端、地面端、用戶端三部分組成。 衛星端在空中起中繼站的作用,即把地面站發上來的電磁波放大後再返送回另一地面站,衛星星體又包括兩大子系統:星載設備和衛星母體。 地面站則是衛星系統與地面公眾網的介面,地面用戶也可以通過地面站出入衛星系統形成連結,地面站還包括地面衛星控制中心,及其跟踪、遙測和指令站。 用戶端即是各種用戶終端。


在微波頻帶,整個通信衛星的工作頻帶約有500MHz寬度,為了便於放大和發射及减少變調干擾,一般在星上設定若干個轉發器。 每個轉發器被分配一定的工作頻帶。 現時的衛星通信多採用頻分多址科技,不同的地球站佔用不同的頻率,即採用不同的載波。 比較適用於點對點大容量的通信。 近年來,時分多址科技也在衛星通信中得到了較多的應用,即多個地球站佔用同一頻帶,但佔用不同的時隙。 與頻分多址管道相比,時分多址科技不會產生互調干擾、不需用上下變頻把各地球站訊號分開、適合數位通信、可根據業務量的變化按需分配傳輸頻寬,使實際容量大幅度增加。 另一種多址技術是碼分多址(CDMA),即不同的地球站佔用同一頻率和同一時間,但利用不同的隨機碼對資訊進行編碼來區分不同的地址。 CDMA採用了擴展頻譜通信技術,具有抗干擾能力强、有較好的保密通信能力、可靈活調度傳輸資源等優點。 它比較適合於容量小、分佈廣、有一定保密要求的系統使用。


按照工作軌道區分,衛星通信系統一般分為以下3類:

1、低軌道衛星通信系統(LEO):

距地面500—2000Km,傳輸時延和功耗都比較小,但每顆星的覆蓋範圍也比較小,典型系統有Motorola的銥星系統。 低軌道衛星通信系統由於衛星軌道低,訊號傳播時延短,所以可支持多條通信; 其連結損耗小,可以降低對衛星和用戶終端的要求,可以採用微型/小型衛星和手持用戶終端。 但是低軌道衛星系統也為這些優勢付出了較大的代價:由於軌道低,每顆衛星所能覆蓋的範圍比較小,要構成全球系統需要數十顆衛星,如銥星系統有66顆衛星、Globalstar有48顆衛星、Teledisc有288顆衛星。 同時,由於低軌道衛星的運動速度快,對於單一用戶來說,衛星從地平線升起到再次落到地平線以下的時間較短,所以衛星間或載波間切換頻繁。 囙此,低軌系統的系統構成和控制複雜、科技風險大、建設成本也相對較高。


2、中軌道衛星通信系統(MEO):

距地面2000—20000Km,傳輸時延要大於低軌道衛星,但覆蓋範圍也更大,典型系統是國際海事衛星系統。 中軌道衛星通信系統可以說是同步衛星系統和低軌道衛星系統的折衷,中軌道衛星系統兼有這兩種方案的優點,同時又在一定程度上克服了這兩種方案的不足之處。 中軌道衛星的連結損耗和傳播時延都比較小,仍然可採用簡單的小型衛星。 如果中軌道和低軌道衛星系統均採用星際連結,當用戶進行遠距離通信時,中軌道系統資訊通過衛星星際連結子網的時延將比低軌道系統低。 而且由於其軌道比低軌道衛星系統高許多,每顆衛星所能覆蓋的範圍比低軌道系統大得多,當軌道高度為l0000Km時,每顆衛星可以覆蓋地球表面的23.5%,因而只要幾顆衛星就可以覆蓋全球。 若有十幾顆衛星就可以提供對全球大部分地區的雙重覆蓋,這樣可以利用分集接收來提高系統的可靠性,同時系統投資要低於低軌道系統。 囙此,從一定意義上說,中軌道系統可能是建立全球或區域性衛星移動通信系統較為優越的方案。 當然,如果需要為地面終端提供寬頻業務,中軌道系統將存在一定困難,而利用低軌道衛星系統作為高速的多媒體衛星通信系統的效能要優於中軌道衛星系統。


3、高軌道衛星通信系統(GEO):

距地面35800km,即同步靜止軌道。 理論上,用三顆高軌道衛星即可以實現全球覆蓋。 傳統的同步軌道衛星通信系統的科技最為成熟,自從同步衛星被用於通信業務以來,用同步衛星來建立全球衛星通信系統已經成為了建立衛星通信系統的傳統模式。 但是,同步衛星有一個不可克服的障礙,就是較長的傳播時延和較大的連結損耗,嚴重影響到它在某些通信領域的應用,特別是在衛星移動通信方面的應用。 首先,同步衛星軌道高,連結損耗大,對用戶終端接收機效能要求較高。 這種系統難於支持手持機直接通過衛星進行通信,或者需要採用l2m以上的星載天線(L波段),這就對衛星星載通信有效載荷提出了較高的要求,不利於小衛星科技在移動通信中的使用。 其次,由於連結距離長,傳播延時大,單跳的傳播時延就會達到數百毫秒,加上語音編碼器等的處理時間則單跳時延將進一步新增,當移動用戶通過衛星進行雙跳通信時,時延甚至將達到秒級,這是用戶、特別是話音通信用戶所難以忍受的。 為了避免這種雙跳通信就必須採用星上處理使得衛星具有交換功能,但這必將新增衛星的複雜度,不但新增系統成本,也有一定的科技風險。


現時主要是有4大衛星導航系統正在被很多人使用

1、美國全球定位系統(GPS)

最先提到的肯定是GPS系統,這是美國從20世紀70年代開始研製,歷時20年,耗資200億美元,於1994年全面建成,具有在海、陸、空進行全方位實时三維導航與定位功能的新一代衛星導航與定位系統。

現在應用十分廣泛了,曾經我國就是用來不短的時間,現在發展已經非常成熟了,廣泛應用於工程測繪、民用汽車、軍用等等多個方面。


2、俄羅斯“GLONASS”系統

最開始的時候,是冷戰時期,蘇聯研究開發的,後來蘇聯解體之後,俄羅斯開始自主研究和建立,在1993年的時候計畫開始,在2007年左右投入運營,到現在也十多年的時間了。

由於俄羅斯面積巨大,所以剛開始的時候,還不能覆蓋到全球範圍,科技團隊經過2年的研發,在2009年時,服務範圍完全拓展到全球。

該系統主要服務內容包括確定陸地、海上及空中目標的座標及運動速度資訊等。 現時該系統有24顆衛星,精度已經達到了9.5米左右,相較於GPS的0.1米還是差了不少。


3、歐洲“伽利略”系統

該系統由歐盟研製,現時來說還沒有徹底建立起來,因為最初的設計是在超過2000米的軌道高度上,發射30顆衛星,其中27顆工作星,3顆備份星。

只不過後來速度比較緩慢,沒有具備完備的操作能力,但是現在精度也十分可觀了,基本上誤差在1米以內。


4、中國“北斗”系統

中國北斗衛星導航系統(簡稱BDS)毫無疑問,我國自主研製,分為3步走戰畧,1994年開始立項佈置,如果從北斗一號開始計算,實際上一共發射了59顆北斗衛星。 (北斗一號四顆;北斗二號14顆組網衛星加6顆備份衛星;北斗三號30顆組網衛星加5顆試驗衛星。)

在2020年的時候,隨著北斗三號全球衛星導航系統正式開通,我們的自主系統也正式亮相世界,雖然現時來說精度在10米左右,但是已經具備了很多其他系統無法比擬的優勢,而隨著我國不斷地更新反覆運算,接下來精度會越來越接近世界頂級水準。