科楠學(xué)院 >高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星
發(fā)布時(shí)間：2025-08-05
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從全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積來(lái)看，目前尚有80%以上的陸地區(qū)域和95%以上的海洋區(qū)域沒(méi)有地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋。非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）是地面蜂窩通信技術(shù)的重要補(bǔ)充，是手機(jī)直連衛(wèi)星的技術(shù)方向之一。
對(duì)此，我們利用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面5G網(wǎng)絡(luò)的融合，可以不受地形地貌的限制提供無(wú)處不在的覆蓋能力，連通空、天、地、海多維空間，形成一體化的泛在接入網(wǎng)。
衛(wèi)星分類
按用途：衛(wèi)星按用途可分為三類：遙感衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星。
遙感衛(wèi)星：通過(guò)多光譜成像儀、高光譜成像儀、全色成像儀、短波紅外相機(jī)及合成孔徑雷達(dá)等有源有源傳感器和無(wú)源傳感器，采集地球圖像數(shù)據(jù)，滿足情報(bào)、監(jiān)視和偵察的應(yīng)用需求。
導(dǎo)航衛(wèi)星：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以為用戶提供地面或者接近地面空間任何位置的三維坐標(biāo)、速度及時(shí)間信息的尖端技術(shù)。
通信衛(wèi)星：衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通信，具有覆蓋范圍廣、通信容量大、通信距離遠(yuǎn)、不受地理環(huán)境限制等特點(diǎn)，在全球的通信中被廣泛應(yīng)用。
目前衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì)由傳統(tǒng)衛(wèi)星向高通量衛(wèi)星轉(zhuǎn)型，擴(kuò)大通信容量、增加轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量、采用多個(gè)通信頻段和多波束天線、增長(zhǎng)服務(wù)壽命。
目前衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì)由傳統(tǒng)衛(wèi)星向高通量衛(wèi)星轉(zhuǎn)型，擴(kuò)大通信容量、增加轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量、采用多個(gè)通信頻段和多波束天線、增長(zhǎng)服務(wù)壽命。
按軌道：可分為地球同步軌道（GEO）、中軌道衛(wèi)星（MEO）、低軌道衛(wèi)星（LEO）。
GEO：覆蓋性強(qiáng)，一顆衛(wèi)星可以覆蓋整個(gè)半球，但是延時(shí)較高。
MEO：主要與地面互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)結(jié)合，作為陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)的補(bǔ)充和拓展。
LEO：衛(wèi)星軌道高度低，傳輸時(shí)延低，路徑損耗小；衛(wèi)星數(shù)量多，衛(wèi)星組網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，頻率復(fù)用更有效；地面互聯(lián)網(wǎng)通信的蜂窩通信、多址、點(diǎn)波束、頻率復(fù)用等技術(shù)可為低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)提供技術(shù)保障。缺點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作、控制、管理難度較高。
下面我們主要來(lái)看看高軌衛(wèi)星（GEO）和低軌道衛(wèi)星（LEO）是啥情況.
高軌衛(wèi)星-國(guó)內(nèi)
我國(guó)高軌通信衛(wèi)星相對(duì)成熟，代表衛(wèi)星有：
天通一號(hào)（高軌+窄帶）
對(duì)標(biāo)海事衛(wèi)星Inmarsat-4，都是建立在GSM系統(tǒng)之上。我國(guó)在2016年8月成功發(fā)射了天通一號(hào)01星，邁出了我國(guó)自主區(qū)域衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用的第一步。支持5000個(gè)話音信道，可為30萬(wàn)用戶提供話音、短消息、傳真和數(shù)據(jù)等服務(wù)。
中星26號(hào)（高軌+寬帶）
中星26號(hào)衛(wèi)星，由航天科技集團(tuán)五院抓總研制。由航天科技集團(tuán)中國(guó)衛(wèi)通負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)管理，是衛(wèi)通的第17位新成員。
該衛(wèi)星采用了我國(guó)自主研發(fā)的東方紅四號(hào)增強(qiáng)型衛(wèi)星公用平臺(tái)（DFH-4E），配備了50路轉(zhuǎn)發(fā)器、1000多臺(tái)單機(jī)、2000多個(gè)波導(dǎo)子組件，擁有94個(gè)用戶波束和11個(gè)信關(guān)波束。衛(wèi)星工作在地球同步軌道（GEO，高地球軌道），使用Ka頻段，單星容量超過(guò)100Gbps，能同時(shí)滿足百萬(wàn)個(gè)用戶終端使用，提供上行最大可達(dá)200Mbps，下行最大可達(dá)450Mbps的通信能力。
高軌衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)：
衛(wèi)星移動(dòng)通訊和地面移動(dòng)通訊逐步融合；
衛(wèi)星有效荷載得到加強(qiáng):多波束天線技術(shù)，波束成形從模擬波束到數(shù)字波束和地基波束。
終端小型化：終端類型從固定、車船機(jī)載終端向手持終端發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星移動(dòng)通信的個(gè)人化。
低軌衛(wèi)星代表-星鏈
SpaceX于2015年提出大規(guī)模巨型星座計(jì)劃，目標(biāo)是為美國(guó)以及全球的消費(fèi)者提供高速、低延時(shí)寬帶接入服務(wù)。星鏈?zhǔn)?/span>SpaceX非常重要的一部分，其為公司實(shí)現(xiàn)太空移民提供資金支持，并且能輔助部署火星衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
星鏈通信系統(tǒng)的基本原理
低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由空間段、地面端和用戶端組成：
空間段由低軌衛(wèi)星和星間鏈路組成，形成空間傳輸主干網(wǎng)絡(luò)。星座以多個(gè)衛(wèi)星作為空間網(wǎng)絡(luò)的接入節(jié)點(diǎn)，衛(wèi)星間可建立微波或激光星間鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包中繼轉(zhuǎn)發(fā)。
用戶段包括各類用戶終端、綜合信息服務(wù)平臺(tái)以及業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)等。用戶終端也可作為接入點(diǎn)（AP，AccessPoint）建立局域網(wǎng)絡(luò)，將通用用戶設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。移動(dòng)衛(wèi)星終端主要用于衛(wèi)星通話，遠(yuǎn)期小型化、集成于消費(fèi)端應(yīng)用或成為趨勢(shì)。
地面段包括信關(guān)站、綜合運(yùn)控管理系統(tǒng)以及連接地面核心網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施。信關(guān)站起到連接衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)功能。
綜合運(yùn)控管理系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)、星座、數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)、數(shù)據(jù)等管理系統(tǒng)以及衛(wèi)星測(cè)控站等，對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行綜合管理和監(jiān)控
截止2023年，SpaceX已發(fā)射130批次星鏈衛(wèi)星，共計(jì)5650顆。2023年以來(lái)，星鏈部署節(jié)奏加快，由2022年平均每10.7天發(fā)射一批，縮短至5.8天。星鏈用戶在快速增長(zhǎng)，從2022年12月100萬(wàn)增長(zhǎng)到2023年11月的230萬(wàn)。星鏈在未來(lái)基本上可以覆蓋絕大多數(shù)國(guó)家。
星鏈技術(shù)特點(diǎn)
星鏈衛(wèi)星設(shè)計(jì)緊湊
每顆衛(wèi)星都采用緊湊的平板設(shè)計(jì)，降低體積，充分利用SpaceX獵鷹9火箭的發(fā)射能力。
相控陣天線技術(shù)
配置4個(gè)相控陣天線和2個(gè)拋物面天線來(lái)提供更大的容量。相控陣天線是指通過(guò)控制陣列天線中輻射單元的饋電相位來(lái)改變方向形狀的天線。由大量相同的獨(dú)立天線陣元組成雷達(dá)面陣，并通過(guò)移相器單獨(dú)控制單個(gè)輻射單元的相位和增益，可快速而精確地改變輻射方向和波束指向。
另外，相控陣天線可通過(guò)數(shù)字域或模擬域的調(diào)幅調(diào)相，實(shí)現(xiàn)更為靈活和精準(zhǔn)的天線輻射模式。
光學(xué)空間激光器實(shí)現(xiàn)星間通信
使得衛(wèi)星在沒(méi)有地面站的情況下傳輸數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)大規(guī)模組網(wǎng)，不同衛(wèi)星規(guī)模下地面終端波束掃描角度。星鏈采用激光星間鏈路構(gòu)建星座。
激光通信具備高信道吞吐率、高傳輸帶寬、強(qiáng)抗干擾能力、高保密性和安全性等優(yōu)點(diǎn)。星座衛(wèi)星數(shù)量規(guī)模巨大是低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)實(shí)
全球服務(wù)的客觀要求。Starlink衛(wèi)星和地面終端均采用相控陣天線，相控陣天線波束偏離陣面法向的角度越大，掃描損失越大。
星座中衛(wèi)星數(shù)量增加，可以降低星載相控陣天線和地面終端的波束掃描角度，降低星間、星地之間的距離，降低掃描損失，降低天線成本與功耗。
同時(shí)，星座衛(wèi)星數(shù)量規(guī)模巨大有利于提高系統(tǒng)抗干擾、抗毀能力。衛(wèi)星數(shù)量多、高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)、全球可達(dá)，天然具備彈性抗毀能力；基于Ku點(diǎn)波束和強(qiáng)方向性，更多
衛(wèi)星有利于提高干擾規(guī)避的能力。
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