简述中低轨道移动卫星的发展

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   通信卫星一般都运行在高度为“３６０００千米的地球静止轨道上，其优点是只需三四颗卫星就能覆盖全球，因而星座控制简单，不需要跟踪卫星及星间链路便右完成远距离通信。不足之处是轨道资源紧张，不能覆盖极区，尤其是由于星地间距离较远，顺而链路损耗大，传输时延长（大于２５０ms），使得卫星和用户终端的体积和成本都增大，无法支撑手持机，不利于移动通信。

     为此，近年来提出了一些中低轨道通信卫星方案，这些卫星拟运行在高度为５００～１００００千米间的轨道上，所以轨道资源丰富，路径衰减小，传输时延短，从而能减小卫星和用户终端的体积，且也降低了成本，易于实现全球个人移动通信。在众多方案中，比较成熟的有“铱”星、“全球星”、“奥德赛”和ＩＣＯ全球系统，其中“铱”星和“全球星”已于１９９７年发射。另外，美国轨道科学企业两年前马数颗“轨道通信”卫星送入太空，迈出了建立低轨卫星星座第一步。

  　　轨道高度为５００～５０００千米的低轨道卫星移动通信系统可称之为倒置的蜂窝状系统，即它的基础设施在太空，蜂窝小区的位置相对于地球自转而交换，用户移动和卫星运行速度相比较，用户可看作是静止的。

  　　该系统采用在低轨道运行的多颗小型卫星组成星座，这样，既集中了低轨道卫星功率省、便于发射、链路损耗小、传输时延短等优点；又有地球静止轨道卫星覆盖面积大，能提供实时连续通信的优点（由数十颗卫星组成的星座相当于一颗超大型卫星，在世界任何一个角落看到其中的一颗星，便能通过它与其他卫星的联通，实现区域通信或全球通信），还有大椭圆倾斜轨道卫星能解决高纬度地区通信的优越性。不足之处是所需的卫星数目多，控制复杂，总费用投入较多，技术难度大，风险也大。

  　　该系统分两类：一种是小型低轨道卫星通信系统，它由２～２４颗低价小卫星组成，运行在高度８００～１３００千米轨道上，工作频率在１ＧＨz以下， 带宽５MHz，提供费用低、数据率低（１０kbit／s以下）的双向数字通信及４００MHz以下的袖珍移动终端的定位业务；另一种是大型低轨道卫星通信系统，它由２４颗以上的小卫星组成星座，卫星工作频率大于１GHz， 除能提供话音和中高速率的数据业务外，还为全球提供类似蜂窝系统的个人手持机移动通信业务， 是最适应手持机通信的一种系统。

  　　运行在５０００～１００００千米高度的中轨道卫星兼有高轨道和低轨道卫星的优点。它一般由１２～１５颗卫星组成，可采用一些常规卫星和地面通信的技术，因而有风险小，成本低、视角高等优点。视角高可避免树木建筑物和地形造成的信号屏蔽。

  　　由于资金、技术和社会等诸多因素的影响，迄今真正付诸实施的系统主要有“铱”星、“全球星”、“奥德赛”和ＩＣＯ全球系统（Inmarsat-P21）。

  　　“依”星系统由６６颗工作星组成星座，轨道高度为７３３～７８５千米， １９９７年５月５日首次发射，１９９９年开始提供服务。移动用户使用的上下行频率均为１．６１６～１．６２６５GHz，关口站的上行频率为２７．５～３０．０ＧHz，下行频率为１８．８～２０．２ＧHz。每颗卫星的全双向话路数（单星信道数）为３８４０，用户平均与卫星的联系时间为９～１２min，最小仰角８． ２°。星采用三轴稳定方式，转发方式为星上处理，工作寿命５年， 每颗星净重４９５kg，面向移动用户的天线是３个１６波束相控阵天线（产生４８个点波束）， 有４条星间链路，数据率为２５Mbit／s ，工作频率２２．５５～２３．５５ＧHz。用户手持机调制方式为正交相移键控（ＱＰＳＫ），误码率为１０－２（话音）、１０－５（数据），可支撑的数据率为４．８kbit／s（话音）、２．４kbit／s（数据），传输时延大于２．６ms，卫星通信体制是ＴＤＭＡ／ＦＤＭＡ。
   
  　　“全球星”系统由４８颗工作星组成星座，轨道高度１３８９～１４１４千米。１９９８年首次发射卫星，１９９９年提供服务，预计２００５年用户数达到７００万。该系统移动用户的上行频率是１．６１０～１．６２５GHz， 下行频率为２．４８３５～２．５００GHz，关口站的上行频率为６．４８４～６． ５４１５GHz，下行频率为５．１５８５～５．２１６GHz。每颗星全双向话路数为２８００，用户平均与卫星联邦联系的时间为１０～１６min，最小仰角１０°。 卫星采用三轴稳定方式，转发方式为弯管式，工作寿命７．５年，每颗星净重３１０kg，面向移动用户的天线是１６波事相控阵天线（１６个点波束），无星间链路。用户手持机调制方式是ＱＰＳＫ，误码率１０－３（话音）、１０－５（数据），可支撑的数据率１．２～９．６kbit／s（话音和数据），传输时延大于４．７ms。 卫星通信体制ＣＤＭＡ／ＦＤＭＡ。

  　　“奥德赛”系统由１２颗工作星组成星座，轨道高度１０３５４千米，计划１９９８年发射，２０００年开始提供服务，预计２００５年用户数达６００万。其移动用户的上行频率是１．６１０～１．６２６５GHz，下行频率为２． ４８３５～２．５００GHz，关口端终端的上行频率是２９．５～３０．０GHz，下行频率为１９．７～２０．０GHz。每颗卫星全双向话路数为２３００～３００００， 用户平均与卫星接续时间２h，用户最小仰角２２°。卫星采用三轴稳定方式， 转发方式为弯管式，工作寿命１５年，每颗卫星重１１３５kg，面向移动用户的天线为刚性，其安装的３７波束（上行）／３２波束（下行）凝视天线（产生３７个点波束），无星间链路。移动用户手持机调制方式是ＱＰＳＫ，误码率１０－３（话音）、１０－５（数据），可支撑的数据率４．８kbit／s（话音）１．２～９．６ kbit ／s（数据），传输时延大于３４．５ms。卫星通信体ＣＤＭＡ／ＦＤＭＡ。

  　　ＩＣＯ系统由１０颗工作星组成星座，轨道高度１０３５５千米，卫星首发时间１９９８年，１９９９年开始提供服务，预计２０１０年用户数达４００万。其移动用户的上行频率是２．１７０～２．２００GHz，下行频率为１． ９８０～２．０１０GHz，每颗卫星全双向话路数为４５００，移动用户最小仰角２０°。

  　　用户平均与卫星接续时间２h， 卫星采用三轴稳定方式（ＨＳ－６０１型卫星），工作寿命１２年，每颗星重２３００～２５００kg，产生１２１个点波束，传输时延大于３４．５ms。卫星通信体制ＣＤＭＡ／ＦＤＭＡ。

  　　现已升空的“轨道通信”卫星是小型低轨卫星星座，能提供低价的存贮一转发通信服务，又可把大量的分散在各处的敏感器信息，及时收集和进行必要的处理，并把结果数据注入信息高速公路网。

  　　宽带高速数传的卫星服务能使信息“高速公路”实现全球联网。由运行在７００千米高的８４０颗星组成的Teledesic 系统方案是目前世界上带宽和数据传输率水平最高的，可直接与信息高速公路联网。但它的投资（９０亿美金）和风险也是最大的。为此，专家们还在研究另一种方案，即采用一颗较大型的中央卫星来控制一个或几个小卫星星座。它既能进行高速数传卫星服务，调动各方面的信息资源，或进行电视直播业务（ＤＢＳ），为一个区域内千百个实体提供所有种类的信息服务，以及区域之间，或在地理上分散的、或在战场上被隔离的友军进行通信；也可以进行低速数传卫星服务，进行个人通信、移动通信和ＶＳＡＴ网通信。