卫星系统的类型

本文概述

• 1. GEO(地球静止轨道)
• 2. LEO(低地球轨道)
• 3. MEO(中地轨道)
• 4. PIG(高地球轨道)

出于各种目的将卫星放置在太空中, 并已根据其特定要求确定了它们在太空中的放置和轨道形状。

已经确定了四种不同类型的卫星轨道。这些是：

• GEO(地球静止轨道)在地球表面上方约36, 000 km。
• LEO(低地球轨道)在地球表面上方约500-1500km处。
• 位于地球表面上方约6000-20, 000公里的MEO(中地轨道)或ICO(中间圆形轨道)。
• HEO(高度椭圆轨道)

1. GEO(地球静止轨道)

• 如果卫星应固定在天空中, 则需要24小时。使用地球和卫星的距离方程, r =(g.r2 /2.r.f)2)1/3和24小时的周期f = 1/24 h。总距离为35, 786公里。轨道的倾斜度必须为0度。
• 对地静止卫星与地球的距离约为36, 000公里。例如几乎所有的电视和广播卫星, 任何气象卫星和作为电话网络骨干的卫星。
• GEO中的对象绕地球旋转的速度与地球旋转​​的速度相同。这意味着对地静止卫星相对于地球表面保持在相同位置。

GEO卫星的优势

• 三颗对地静止卫星足以完全覆盖地球上几乎所有地点。
• 接收器和发送器可以使用固定的天线位置, 无需进行调整。
• GEO是电视和广播的理想选择。
• 对GEO的预期寿命很高, 大约为15年。
• 对地静止卫星具有特定区域的24小时视图。
• 由于占用空间大, GEO通常不需要切换。
• GEO不会显示任何多普勒频移, 因为相对运动为零。

GEO卫星的缺点

• 由于在60度纬度以上的海拔较低, 地球的北部或南部地区在接收这些卫星方面遇到了更多问题, 即在这种情况下需要更大的天线。
• 高建筑物和低海拔位置导致城市中信号的阴影远离赤道, 这限制了传输质量。
• 所需的发射功率较高(约10 W), 这会给电池供电的设备带来麻烦。
• 这些卫星不能用于小型手机。
• 语音以及数据通信的最大问题是超过0.25s的高延迟, 这是固定网络中已知的一种单向重传方案失败。
• 将GEO送入轨道非常昂贵。

2. LEO(低地球轨道)

• 当LEO在较低轨道上循环时, 很显然它们的周期要短得多(LEO周期的典型持续时间是95至120分钟)。另外, LEO系统试图确保地球上每个位置的高海拔, 以提供高质量的通信链路。
• 每颗LEO卫星仅在地球上可见约十分钟。
• 在Comparetto(1997)中可以找到将LEO进一步划分为低带宽服务的小LEO(大约100位/秒), 大型LEO(大约1000位/秒)和计划达到Mbit / s范围的宽带LEO。
• LEO卫星比GEO卫星离地球更近, 距离地表500至1, 500 km。 LEO卫星不会相对于地面停留在固定位置, 并且每次经过只能看到15至20分钟。

LEO卫星的优势

• 使用高级压缩方案, 大约2400 bit / s的传输速率足以进行语音通信。
• LEO甚至为具有全向天线的移动终端使用1 W范围内的低发射功率提供此带宽。
• LEO卫星较小的覆盖区域较少浪费带宽。
• 使用高级压缩方案, 大约2400 bit / s的传输速率足以进行语音通信。
• 与对地静止卫星相比, LEO卫星离地球较近, 从而使其具有更好的信号强度和更少的时间延迟, 这使其更适合点对点通信。
• 与蜂窝网络所使用的概念类似, 较小的LEO占用空间可实现更好的频率复用。

LEO卫星的缺点

• LEO概念的最大问题是, 要达到全球覆盖范围, 就需要许多卫星。
• 大量的卫星加上快速移动的结果导致整个卫星系统的高度复杂性。
• 高海拔的短时间可见性要求在不同卫星之间进行连接切换的附加机制。
• LEO的一个普遍问题是由于大气阻力和内Van Allen带的辐射而导致的寿命短至五到八年。
• 通过单个LEO的低延迟只是故事的一半。
• 其他因素是, 如果用户想在世界范围内进行通信, 则需要将数据包从卫星路由到卫星(或从基站到卫星再往返)。
• GEO通常不需要这种类型的路由, 因为发送者和接收者很可能在相同的覆盖区中。

3. MEO(中地轨道)

• 一颗MEO卫星位于地球表面上方6000 km至20, 000 km之间的轨道上。
• 在功能方面, MEO卫星类似于LEO卫星。
• MEO卫星的功能类似于LEO卫星。
• 与LEO卫星相比, 中地球轨道卫星的可见时间要长得多, 通常在2到8个小时之间。
• MEO卫星的覆盖范围比低地球轨道卫星更大。
• 从轨道的角度以及优点和缺点来看, MEO都可以位于LEO和GEO之间。

MEO的优势

• 该系统使用大约10, 000公里的轨道, 仅需要十几颗卫星, 这比GEO系统要大, 但比LEO系统要少得多。
• 这些卫星相对于地球自转的运动更加缓慢, 从而可以简化系统设计(卫星周期大约为六个小时)。
• 根据倾斜度, MEO可以覆盖更大的人口, 因此需要较少的切换。
• MEO卫星的可见度更长, 覆盖范围更广, 这意味着与LEO网络相比, MEO网络需要的卫星数量更少。

MEO的缺点

• 再次由于与地面的距离更大, 延迟增加到大约70-80毫秒。
• 卫星需要更高的发射功率, 并且需要专用天线以减小占地面积。
• 与LEO卫星相比, MEO卫星的距离使它具有更长的时间延迟和更弱的信号。

4. PIG(高地球轨道)

• 高地球轨道卫星是这四种类型中唯一的非圆形轨道。
• HEO卫星以椭圆轨道运行, 其最大高度(近地点)与GEO相似, 最小高度(近地点)与LEO相似。
• HEO卫星用于需要高纬度区域覆盖的特殊应用。