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1、 外文翻譯 一、目的： 1．了解國外相關知識的發(fā)展； 2．熟悉外文科技文獻的寫作格式及特點； 3．熟悉和鞏固所學專業(yè)外語的有關知識； 4．學會中英（外）文文獻的檢索方法。 二、選題要求： 1．學生自主選題，經(jīng)指導教師審查合格。 2．篇幅在3000漢字以上，較完整的一篇外文論文 3．內(nèi)容與所學專業(yè)相關，并注明來源。 三、譯文要求： 1．譯文正確，內(nèi)容完整，圖可以復印后貼于適當位置。 2．譯文打印在A4紙上，原稿復印后附在譯文后。 四、時間安排：

2、 在畢業(yè)設計開題一周內(nèi)完成。 文獻資料詳細一覽表 第18章 衛(wèi)星通信 18.1 引言 從天文學角度講，衛(wèi)星是圍繞行星不停運轉(zhuǎn)的一個天體（例如月球是地球的衛(wèi)星）。在宇宙空間技術(shù)中，人造衛(wèi)星是由人類借助空間運載工具發(fā)射送人圍繞地球或其他天體運行軌道上的技術(shù)含量很高的精密裝置。通信衛(wèi)星就是人造地球衛(wèi)星中的一種，它能為各種用戶提供許多的通信業(yè)務功能，包括軍事領域、政府部門、個人以及商業(yè)用戶等。 從本質(zhì)上說，通信衛(wèi)星就是一個置于空間的微波中繼站。通信衛(wèi)星一般由以下幾個主要部件組成：接收機，發(fā)射機，放大器，整形再生電路，濾波器，星載計算機，多路復用器，多路分離器，天線，波導

3、傳輸饋線以及不斷研制出的其他通信電子電路。衛(wèi)星中繼器也稱轉(zhuǎn)發(fā)器（transponder），通信衛(wèi)星上一般有多個轉(zhuǎn)發(fā)器。一個完整的衛(wèi)星通信系統(tǒng)由一個衛(wèi)星或多個衛(wèi)星群、用于控制系統(tǒng)運行的地面控制中心以及在衛(wèi)星系統(tǒng)中提供發(fā)送和接收陸地通信業(yè)務的地面站用戶網(wǎng)絡組成。 衛(wèi)星傳送的信息一般由控制聯(lián)絡信號及通信業(yè)務這兩部分構(gòu)成?？刂坡?lián)絡信號是支持通信業(yè)務運行的控制機制。通信業(yè)務是在衛(wèi)星系統(tǒng)中傳送的實際用戶信息。雖然近年來對新的數(shù)據(jù)業(yè)務和電視廣播的需求越來越強烈，但傳統(tǒng)的話音信號（模擬或數(shù)字形式）仍然是衛(wèi)星通信業(yè)務的主體。 20世紀60年代初，美國電話電報公司（AT&T）所發(fā)表的一篇研究報告表明，所設計的

4、一顆通信容量超過AT&T全部遠程通信網(wǎng)的大功率衛(wèi)星，其造價只是相同通信容量地面微波系統(tǒng)或地下電纜系統(tǒng)的幾分之一。但是作為公用事業(yè)，美國政府的法規(guī)限制AT&T開發(fā)這種衛(wèi)星系統(tǒng)。一些贏利不多的小公司也放棄了對衛(wèi)星系統(tǒng)的研究。AT&T連續(xù)幾年對地面微波系統(tǒng)和金屬電纜系統(tǒng)每年投資數(shù)億美元。正因為這些原因，早期的衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展緩慢。 18.2 衛(wèi)星發(fā)展簡史 最簡單的通信衛(wèi)星是一個能將信號從一個地方反射到另一個地方的無源反射器。無源衛(wèi)星只是將信號反射到地球，由于沒有功率放大器及檢測裝置，因此無法對收到的信號進行放大和整形處理。月球就是地球的天然衛(wèi)星，1954年，美國海軍通過中繼方式（地球—月

5、球—地球）第一次成功地傳送了電報。1956年又開通了從華盛頓到夏威夷的月球中繼業(yè)務，直到1962年，仍然依靠月球提供可靠的遠距離通信。但這些業(yè)務受到月球可用性的限制。經(jīng)過一段時間的使用得出結(jié)論，由于月球相對地球的位置經(jīng)常變化，而且只有一半的時間在地平線上，利用月亮作為通信衛(wèi)星既不方便也不可靠。 無源衛(wèi)星突出的優(yōu)點是星上沒有復雜的電子設備，因此它不消耗功率。但有些無源衛(wèi)星為了測軌和定位的需要，帶有無線電信標發(fā)射機。所謂信標（beacon）是一種連續(xù)發(fā)射的非調(diào)制載波，地面站能鎖定衛(wèi)星并通過調(diào)整天線來確定衛(wèi)星的準確位置。無源衛(wèi)星的缺點是發(fā)射功率的利用率太低，例如，地面站發(fā)射功率只有1/108返回地

6、面站的接收天線。 1957年前蘇聯(lián)發(fā)射成功了第一顆有源人造地球衛(wèi)星，命名為Sputnik I，它能夠在地面站之間接收、放大和轉(zhuǎn)發(fā)信息。這顆衛(wèi)星共發(fā)送了21天的遙測數(shù)據(jù)。同年晚些時候，美國發(fā)射了Explorer I（探索者1號），這顆衛(wèi)星共發(fā)送了5個月的遙測信息。 1958年NASA（National Aeronautics and Space Administration，美國國家航空和宇宙航行局）發(fā)射衛(wèi)星成功，命名為Score，這是一個帶有星上磁帶錄音機、重巧0磅的圓錐形裝置。這顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)播了艾森豪威爾總統(tǒng)的1958年圣誕賀詞。Score是第一顆用來中繼地面通信的人造衛(wèi)星，也是一顆延時轉(zhuǎn)發(fā)

7、衛(wèi)星：它接收地面站發(fā)出的信號，存儲在磁帶上，然后再沿著自己的軌道將信號轉(zhuǎn)發(fā)到地面站。 1960年NASA聯(lián)合貝爾電話實驗室和噴氣動力實驗室成功發(fā)射了Echo，這是一個直徑為100英尺，表面涂覆了鋁材料的塑料氣球，用來反射從大型地面天線發(fā)來的無線電信號。這顆衛(wèi)星簡單、可靠，但是要求地面站的發(fā)射功率特別高。第一次越過大西洋的衛(wèi)星中繼就是用Echo完成的。同年，美國國防部發(fā)射了Courier，這顆衛(wèi)星的發(fā)射功率為3W，但是只工作了17天。 1962年AT&T發(fā)射了Telstar I，這是一顆能同時接收和發(fā)送信號的衛(wèi)星，不幸的是由于新發(fā)現(xiàn)的Van Allen所帶的射線破壞了星上的電子設備，使這顆衛(wèi)

8、星僅僅工作了幾個星期。1963年又成功地發(fā)射了Telstar II，它與Telstar I的電器性能相同，只是加強了對射線的防護，這顆衛(wèi)星用于電話、電視、傳真和數(shù)據(jù)傳輸，并第一次成功越過大西洋傳送了視頻信號。 1963年2月美國發(fā)射了Syncom I同步1號，這是首次實驗將通信衛(wèi)星送人同步軌道。遺憾的是Syncom I人軌失敗。1963年2月和一964年8月又分別成功發(fā)射了Syncomn和Syncoml通信衛(wèi)星。并用Syncom III轉(zhuǎn)播了1964在東京舉行的奧林匹克運動會。Syncom衛(wèi)星的發(fā)射使得利用同步衛(wèi)星的可行性得到證實。 實施Syncom計劃以來，許多國家和私營公司都相繼成功發(fā)

9、射了同步衛(wèi)星以提供國內(nèi)、區(qū)域和國際范圍內(nèi)的通信業(yè)務。目前世界上還在運營的通信衛(wèi)星不下幾百顆。它們提供全球性的固定公用載波電話和數(shù)據(jù)電路；點對點電視廣播；網(wǎng)絡化的電視分配；音樂廣播；移動電話業(yè)務；導航業(yè)務；以及為大公司、政府部門、軍事領域使用的專用通信網(wǎng)絡。 Intelsat I國際通信衛(wèi)星1號，也叫“晨鳥”是第一顆商用通信衛(wèi)星，它由肯尼迪發(fā)射中心于1965年發(fā)射。Intelsat I上裝有兩個轉(zhuǎn)發(fā)器，每一個轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬為25 MHz，它們能同時傳送一路電視信號和480路話音信號。Intelsat代表國際通信衛(wèi)星組織，是1964年在聯(lián)合國內(nèi)部成立的全球商業(yè)衛(wèi)星組織。它是由120多個國家組成的國

10、際財團，擁有并運營著供世界大多數(shù)國家平等使用的全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)，主要提供四種基本業(yè)務：國際電話業(yè)務，廣播業(yè)務，專線/商業(yè)網(wǎng)絡，國內(nèi)/區(qū)域通信業(yè)務。在1966年至1987年之間，國際通信衛(wèi)星組織（Intelsat）共發(fā)射了第二代至第六代Intelsat衛(wèi)星，第六代國際通信衛(wèi)星（Intelsat VI）已具有同時傳送80000路話音信號的能力。國際通信衛(wèi)星組織近期發(fā)射的衛(wèi)星開始采用500系列，600系列，700系列及800系列的運載火箭。 前蘇聯(lián)于1966年發(fā)射的第一顆用于國內(nèi)的通信衛(wèi)星稱為Molniya，即“閃電1號”。國內(nèi)衛(wèi)星一般是由一個國家獨自擁有、運行并且使用。1972年加拿大發(fā)射了第一

11、顆商用衛(wèi)星，稱為Anik，它是愛斯基摩語中“兄弟”，的意思。西方聯(lián)合體于1974年發(fā)射了第一顆衛(wèi)星。美國無線電協(xié)會（RCA，Radio Corporation of America）于1975年發(fā)射了第一顆Satcom（Satellite Communications）通信衛(wèi)星。目前美國由通信衛(wèi)星公司（Comsat）來管理美國國內(nèi)衛(wèi)星的使用和運營以及規(guī)定它們的資費。盡管一些公司或政府機構(gòu)擁有自己的衛(wèi)星，只要資金方面能夠得到保障，一般都能提供相應的通信業(yè)務。目前，美國利用全球現(xiàn)有衛(wèi)星的分額最大（24％）；英國第二為13％；接下來是法國為6％。 18.3 開普勒定律 人造地球衛(wèi)星在地球

12、引力作用下，以高速繞地球旋轉(zhuǎn)，在其規(guī)定的軌道上保持平衡狀態(tài)。早在17世紀初期，德國天文學家約翰尼斯開普勒（Johannes Kepler, 1571-1630）就已開始研究行星運動的規(guī)律（例如，地球和月球的運動規(guī)律），并發(fā)現(xiàn)了行星的運動規(guī)律應服從行星運動三定律。行星運動三定律描述了其運動軌道的形狀，行星運動的速度以及行星相對于太陽之間的距離。開普勒定律的基本內(nèi)容是： 1.行星運動軌道是以太陽中心為一個焦點的橢圓。 2.行星的位置矢量在單位時間內(nèi)掃過軌道平面上的面積相等。 3.行星在軌道上運行周期的平方與其軌道半長軸的立方成正比。 開普勒定律同樣適用于宇宙空間存在萬有引力相互作用的任何兩

13、個天體。兩個天體中以質(zhì)量重的天體為中心，質(zhì)量輕的天體圍繞中心運轉(zhuǎn)。 開普勒第一定律（軌道定律）表明：衛(wèi)星運行在以地球中心為焦點的橢圓軌道上。橢圓的兩個焦點如圖18.1（a）所示（和），地球質(zhì)量的中心（質(zhì)心）集中在其中一個焦點上。由于地球的質(zhì)量遠遠大于衛(wèi)星的質(zhì)量，地球的質(zhì)心與地球的中心相吻合。根據(jù)橢圓的幾何特性，一般將地球質(zhì)心所在的橢圓焦點作為坐標的參考點。 橢圓的半長軸（）和橢圓的半短軸（）如圖18.1（a）所示，橢圓的偏心率為： （18.1） 其中是偏心率。 開普勒第二定律于1609年第一次提出，也稱為面積定律。第二定律表明：橢圓焦點

14、位于地球質(zhì)心時，衛(wèi)星在橢圓軌道上單位時間內(nèi)掃過的軌道面積相等。如圖18.1（b）所示，某衛(wèi)星在軌道的不同位置，一秒鐘內(nèi)運行距離分別為和則對應的面積和相等。根據(jù)面積定律，距離大于，也就是速度一定大于。對于地球來說，衛(wèi)星在近地點（perigee）軌道上的速度要快一些，而在遠地點（apogee）軌道上的速度要慢得多。 開普勒第三定律（周期定律）于1619年發(fā)表，有時也稱為調(diào)諧定律。第三定律表明：衛(wèi)星在軌道上運行周期的平方與其軌道半長軸的立方成正比。開普勒第三定律的數(shù)學表達式為：

15、（18.2） 其中， 常數(shù)（無單位） 橢圓半長軸（公里） 平均太陽時 為一個恒星日的時間（=23小時56分）與地球自轉(zhuǎn)一周的時間（=24小時）的比值。 即 將代入公式（18.2）得到常數(shù)： 公式（18.1）和公式（18.2）是在理想條件下得出的，即假設衛(wèi)星軌道是圍繞一個不受外力作用的標準球體。實際上，地球是個扁球體，赤道附近向外膨脹，并且有外作用力導致衛(wèi)星偏離其理想的運動軌道。幸運的是，多數(shù)偏離能夠計算并有補償?shù)姆椒?。近地點處的衛(wèi)星會受到大氣阻力和地球磁場的影響。遠地點處的衛(wèi)星主要受到來自太陽和月球重力場的作用力。

16、 圖18.1 衛(wèi)星軌道示意圖 18.4 軌道模式 到目前為止，大多數(shù)非同步（nonsynchronous）衛(wèi)星都可稱為在軌衛(wèi)星（Orbital satellite）。非同步衛(wèi)星以橢圓形軌道或圓形軌道繞地球旋轉(zhuǎn)，如圖18.2（a）和圖18.2（b）所示。衛(wèi)星在圓形軌道上旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)速度保持不變。而在橢圓形軌道上旋轉(zhuǎn)時，衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)速度與衛(wèi)星距地球的高度有關。衛(wèi)星在近地點的速度要大于它在遠地點的速度。 如果衛(wèi)星軌道的繞行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相同（均為逆時針），并且衛(wèi)星軌道

17、的角速度大于 地球的角速度（>），這種軌道稱為順向型（prograde）軌道或加速型（posigrade）軌道。如果衛(wèi)星軌道的繞行方向與地球的自轉(zhuǎn)方向相反，或者方向相同但衛(wèi)星軌道的角速度小于地球的角速度（<），這種軌道稱為逆向型（retrograde）軌道。多數(shù)非同步衛(wèi)星以順向型繞地球旋轉(zhuǎn)。非同步軌道上的衛(wèi)星相對于地球上某一固定位置在連續(xù)變化。因此，非同步衛(wèi)星可利用的時間只有每次過頂很短暫的15分鐘。非同步衛(wèi)星的主要缺點是地面站需要復雜又昂貴的跟蹤設備來確定衛(wèi)星所在位置，當它進人到天線的工作范圍時，鎖定衛(wèi)星并在過頂時間內(nèi)保持跟蹤狀態(tài)。非同步衛(wèi)星的主要優(yōu)點是在衛(wèi)星艙中不需要火箭助推裝置，對軌道

18、定位沒有特殊要求。 圖18.2 衛(wèi)星軌道 18.4.1 衛(wèi)星的軌道高度 衛(wèi)星軌道一般分為低軌道（LEO，low earth orbit）、中軌道（MEO，medium earth orbit）和靜止軌道（GEO，geosynchronous earth orbit）。大多數(shù)低軌道衛(wèi)星使用的工作頻率在1．0～2．5GHZ范圍內(nèi)。摩托羅拉公司的C波段銥星系統(tǒng)是利用66顆衛(wèi)星組成的低軌道衛(wèi)星群，軌道高度距地球表面370英里（約600公里）。低軌道衛(wèi)星的主要優(yōu)點是發(fā)射中心與空間軌道之間的路

19、徑損耗要比中軌道或高軌道低得多。很低的路徑損耗體現(xiàn)在低軌道衛(wèi)星的發(fā)射功率低，天線尺寸小，并且重量輕。 中軌道衛(wèi)星的工作頻率在1.2 GHz至1.66 GHz范圍內(nèi)，軌道高度一般在6000英里至12000英里之間。美國國防部組建的全球定位系統(tǒng)所用的導航衛(wèi)星（NAVSTAR）是中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，21顆導航衛(wèi)星星座在距地面上空約9500英里且等間隔分布的6個軌道平面上。 靜止軌道衛(wèi)星是距地面22300英里（約3.6萬公里）的高軌道衛(wèi)星，工作頻率在2--18 GHz范圍內(nèi)。大多數(shù)商用通信衛(wèi)星使用靜止軌道。同步（geosynchronous）衛(wèi)星或靜止（geostationary）衛(wèi)星的角速度與地球

20、自轉(zhuǎn)的角速度相等，運行周期都為24小時。因此，靜止衛(wèi)星相對于地球上的給定位置呈現(xiàn)相對靜止狀態(tài)，相對位置恒定。 近同步（near synchronous）軌道是指衛(wèi)星距地球高度在19000英里至25000英里之間的非同步圓形軌道。如果近同步軌道的高度略低于22300英里，衛(wèi)星的軌道周期比地球自轉(zhuǎn)周期小，此時軌道上的衛(wèi)星緩慢地向東漂移。這種近同步軌道也稱為準同步軌道（subsynchronous）。如果近同步軌道的高度大于22300英里，衛(wèi)星的軌道周期比地球自轉(zhuǎn)周期長，軌道上的衛(wèi)星均勻地向西漂移。 18.4.2 衛(wèi)星的軌道平面 要研究衛(wèi)星軌道的工作方式，先要了解描述軌道的基本術(shù)語。參

21、見圖18.3。 遠地點—橢圓軌道上離地球最遠的一點。 近地點—橢圓軌道上離地球最近的一點。 長軸—通過地球中心連接近地點與遠地點的線段。 短軸—與長軸垂直且通過長軸中點連接橢圓上兩點的線段。 圖18.3 衛(wèi)星軌道術(shù)語 盡管在空間有無數(shù)條衛(wèi)星軌道路徑，但適用于通信衛(wèi)星的僅有三種軌道模式。圖18.4顯示了衛(wèi)星繞地球旋轉(zhuǎn)的三種軌道模式：傾斜軌道、赤道平面軌道、極地軌道。圍繞地球質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星軌道可形成相應的軌道平面。 事實上除去赤道平面軌道和通過南北兩極的極地軌道外，所有衛(wèi)星軌道都屬于傾斜軌道（inclined orbit）.圖18.5（a）

22、顯示了衛(wèi)星軌道的傾斜角度。軌道的傾斜角是衛(wèi)星所在的軌道平面與地球赤道平面之間的夾角。在逆時針軌道上從南至北與赤道平面相交的點稱為上升節(jié)點（ascendingnode）。如圖18.5（b）所示，在極地軌道或傾斜軌道上從北至南與赤道平面相交的點稱為下降節(jié)點（descending node）。通過地球中心連接上升點和下降點的線段稱為節(jié)點線（line of nodes）。傾斜角度的變化范圍一般在00至900。衛(wèi)星若要覆蓋到高緯度區(qū)域，一般使用橢圓形的傾斜軌道。開普勒第二定律表明：衛(wèi)星的角速度在遠地點處最慢。因而，遠地點在高緯度區(qū)域上空時，衛(wèi)星在高緯度區(qū)域上空停留的時間明顯要長得多。

23、 圖18.4 衛(wèi)星軌道模式 圖18.5 衛(wèi)星傾斜軌道 赤道平面軌道（equatorial orbit）是位于地球赤道上空約3.6萬公里的圓形軌道。赤道平面軌道的傾斜角為00，而且也不存在上升節(jié)點、下降節(jié)點以及節(jié)點線。所有的靜止衛(wèi)星都位于赤道平面軌道上。 極地軌道（polar orbit）是一種通過地球南北兩極并與赤道平面軌道垂直的低空軌道。極地軌道衛(wèi)星沿距地面很近的低空穿越南北兩極。極地軌道的傾斜角幾乎等于900。單顆衛(wèi)星就能夠覆蓋整個地球表面的極地軌道衛(wèi)星正引起廣泛關注。原因是極地軌道上的衛(wèi)星沿經(jīng)度線

24、軌跡繞地球旋轉(zhuǎn)，而地球自轉(zhuǎn)方向是沿緯度線軌跡旋轉(zhuǎn)。這樣衛(wèi)星天線的輻射方向圖類似于龍卷風，沿對角線方向以螺旋狀旋轉(zhuǎn)掃過地球表面。地球表面上的任何地方，只要位于極地軌道衛(wèi)星天線的輻射區(qū)域內(nèi)，極地軌道上的一顆衛(wèi)星一天就有兩次過頂機會。 地球是個橢圓形球體。在18世紀初期，人們將位于厄瓜多爾的高為20700英尺的欽柏拉索（Volcan Chimborazo）火山誤認為是地球上海拔最高的山脈。其實，由于赤道附近的膨脹，欽柏拉索火山其實是距地球中心的最遠點。地球赤道附近的膨脹使地球形成橢圓球體，正是因為這個原因，繞地球旋轉(zhuǎn)的衛(wèi)星軌道在某種意義上出現(xiàn)了橢圓軌道以及距地球的最遠點和最近點。這個現(xiàn)象稱為拱點范

25、圍旋轉(zhuǎn)（rotation of the line of apsides）。然而，對于63.40的傾斜軌道，拱點范圍旋轉(zhuǎn)不存在。因此必須在遠地點啟動發(fā)動機將衛(wèi)星送人同步圓形軌道（其傾斜角為63.40）。 目前使用的各種軌道衛(wèi)星系統(tǒng)中值得一提的是前蘇聯(lián)的Molniya衛(wèi)星系統(tǒng)，如圖18.6所示。Molniya也可拼寫為Molnya和Molnia,是俄語中“閃電”的意思。Molniya衛(wèi)星主要用于政府通信、電話、電視以及視頻業(yè)務。 Molniya衛(wèi)星系列使用橢圓形的高傾斜軌道，為北半球高緯度區(qū)域提供服務，高緯度區(qū)域要想接收赤道平面軌道（靜止軌道）衛(wèi)星的信號，天線的仰角幾乎為00o Molniya

26、衛(wèi)星的遠地點為40000公里，近地點為400公里。遠地點跨越北半球，近地點越過南半球。軌道周期為12小時。一個恒星日（sidereal day）是指地球自轉(zhuǎn)一周的用時，地球的恒星日為23小時56分，比平時所說的一日24小時略少一點。恒星日有時也稱為周期（period）或恒星周期（sidereal period）。 由于Molniya衛(wèi)星獨特的軌道設計，Molniya衛(wèi)星與地球的旋轉(zhuǎn)“同步”。在12小時的軌道周期中，就有11小時運行在北半球上空。在這同一條軌道上有三顆或三顆以上的衛(wèi)星接踵而至，使用簡易的地面跟蹤天線，通信切換依次銜接從而保證了連續(xù)通信。Molniya衛(wèi)星所用的軌道屬于高橢圓軌道（HEO）。 圖18.6 前蘇聯(lián)Molniya衛(wèi)星軌道 10