Do an tong quan ve thong tin ve tinh 191377

Lời nói đầu i i Chúng ta sống thời kỳ độ tới xà hội định hớng th«ng tin i i i i i i i i i i i i i i i i i tiªn tiến nhờ có công nghệ nhiều lĩnh vực khác Các loại thông tin truyền sóng vô tuyến, viễn thông vô tuyến đà vào đời sống hàng ngày cảm nhận sống giới xung quanh nhờ phơng tiện truyền hình điện thoại quốc tế Các thông tin đợc phân loại nh thông tin dùng cáp đồng trục cáp sợi quang thông tin vô tuyến sử dụng sóng vô tuyến điện nối liền nhiều nơi giới vợt qua không gian thời gian Đối với thông tin vô tuyến quốc tế, thông tin vệ tinh đà cung cấp đờng thông tin dung lợng lớn thay thông tin sóng ngắn mà trớc thờng sử dụng mục đích đồ án giới thiệu chức chủ yếu thông tin vệ tinh đà có phát triển vợt bậc 20 năm qua đà trở thành phơng tiện thông tin để xây dựng xà hội thông tin tiên tiến Qua thời gian nghiên cứu tìm hiểu em đà hoàn tất đồ án này, đồ án đề cập đến Tổng quan thông tin vệ tinh đợc chia làm ba phần nh sau: Phần I - Cơ sở thông tin vệ tinh Phần II - Công nghệ thông tin vệ tinh Phần III - Thiết kế tuyến lợng Bản đồ án đợc hoàn tất với nỗ lực thân hớng dẫn tận tình thầy Phạm Công Hùng Tuy nhiên thời gian trình độ có hạn đồ án tránh khỏi sai sót Kính mong toàn thể thầy cô Khoa bảo đồng nghiệp góp ý Nhân em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Công Hùng thầy cô đồng nghiệp đà giúp em hoàn thiện đồ án i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i ii i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Phần I i Cơ sở thông tin vƯ tinh i i i i i i Ch¬ng I i Sóng Điện từ phân định tần số i i i i i i i I.1-/ Tần số đặc tính sóng vô tuyến điện sử dụng th«ng tin vƯ tinh i i i i i i i i i i i i i i i i i I.1.1-/ Sóng vô tuyến điện tần số Sóng vô tuyến điện phận sóng điện từ giống nh sóng ánh sáng, tia hồng ngoại, tia X v.v Sự khác chúng tần số Theo Điều lệ vô tuyến điện ITU, sóng vô tuyến điện đợc quy định sóng điện từ có tần số nhỏ 3.000 GHz (bớc sóng 0,1 mm) Trong khoảng đó, sóng có tần số từ KHz (bớc sóng khoảng 33 Km) đến 270 GHz (bớc sóng 1,1mm) đợc phân định cho nhiều mục đích khác Các tần số sử dụng cho thông tin vệ tinh thờng từ GHz (bíc sãng 30 cm) ®Õn 10 GHz (bíc sãng cm) Khoảng tần số đợc gọi "cửa sổ tần số", ảnh hởng tạp âm nhiệt vũ trụ nhỏ, tổn hao ma phần tư khÝ cã vị trơ cịng nhá I.1.2-/ Ph©n định tần số Việc phân định tần số đợc thực theo Điều lệ vô tuyến khu vực cđa ITU Cã ba khu vùc cđa ITU: NhËt B¶n n»m ë khu vùc i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Khu vực 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên Xô cũ nớc Đông Âu i i i i i i i i i i i i i i Khu vực 2: Các nớc Nam Bắc Mỹ i i i i i i i i Khu vùc 3: Châu Châu Đại Dơng i i i i i i i i Tuy nhiên có khác khu vực dịch vụ thông tin vệ tinh nên việc phân định tần số cho ba khu vực thờng đợc tiến hành với vài ngoại lệ (Xem bảng I.1 trang bên) i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i I.2-/ Phỉ sãng ®iƯn tõ i i i Sãng ®iƯn tõ cã tÇn sè biÕn ®ỉi tõ ®Õn vô Hiện tần số cao đợc biết tia vũ trụ có tần số từ x 1020 đến x 1021 Hz Trong dải tần số rộng lớn nh vậy, tần số khác chúng có tính chất khác nhau, để có khái niệm rõ ràng sử dụng ngời ta chia thành băng tần số thờng cã cïng tÝnh chÊt vµ cã øng dơng nh i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Bảngi I.1i -i Têni vài phâni loạii sóngi vôi tuyến Tần số No.N i Dải tần số i i i Tên băng tần (viết tắt) i i i i 30 - 300 Hz i i i TÇn sè cùc kú thÊp (VLF) i i i i i Phân loại theo bớc sóng i i Sử dụng chđ u i i i i i Sư dơng vật lý i i i i Cha đợc phân định i i i i i i i i i i TÇn sè cùc thÊp (EHF) TÇn sè rÊt thÊp (VLF) 300Hz - 3KHz i i i i i i Vô tuyến hàng hải Thông tin di động hàng hải Phát Sóng Mm Tần số thấp 300-3000KHz (chục nghìn Thông tin hàng hải (LF) mét) Thông tin quốc tế Phát sóng ngắn Tần số trung - 30MHz Sóng Km Các loại thông tin di động bình (MF) Thông tin quốc tế Tần số cao Sóng Hectomet Phát FM truyền hình 30 - 300MHz (HF) (cỡ trăm mét) Các loại thông tin di động Truyền hình Tần số cao Sóng decamet 300 - 3000MHz (VHF) (cỡ chục mét) Các loại thông tin di động Các loại thông tin cố định Thông tin vệ tinh rada Tần số cực cao - 30 GHz Sóng m Viễn thông công cộng (UHF) Vô tuyến thiên văn Vô tuyến thiên văn Tần số siêu cao 30 - 300GHz Sãng cm Rada sãng mm (SHF) Nghiªn cøu thí nghiệm số vô 300 - 3000GHz Tần Sóng mm Cha đợc phân định cao (DHF) 3000Sóng decilimet 30000GHz - 30KHz i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 10 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 11 i i i i i i i i i i i i i i i i i 12 i Trong th«ng tin vệ tinh, dải tần thờng đợc sử dụng dải sãng siªu cao (SHF) i i i i i i i i i i i i i i i i I.3-/ Phân định băng tần số cho vệ tinh địa tÜnh i i i i i i i i i Các tần số lý tởng thông tin vệ tinh địa tĩnh nằm khoảng cửa sổ tần số Nhng băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh yêu cầu rộng chứa đủ khoảng cửa sổ tần số Do phải sử dụng tần số mới, tần số phải đợc thăm dß cÈn thËn i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Hiện băng C băng Ku đợc sử dụng phổ biến Băng L đợc sử dụng cho ứng dụng khác i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Đối với thông tin vệ tinh quốc tế độ tin cậy quan trọng việc lựa chọn băng tần dùng cho thông tin vệ tinh quốc tế cần phải đợc thực kỹ Ngời ta đà chọn băng C dùng cho thông tin vệ tinh quốc tế băng Ku dùng cho thông tin vệ tinh nội địa i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i B¶ngi I.2i -i Cáci băngi tầni sửi dụngi choi thôngi tini vệi tinh Tên băng tần i Băng L i i TÇn sè GHz Bíc sãng (cm) 0,390 - 1,661 76,9 - 18 i i i i i i i i i i i i Băng S 1,662 - 3,399 18 - 8,82 Băng C 3,4 - 7,075 8,82 - 4,14 Băng X 7,025 - 8,425 4,14 - 3,56 Băng Ku 10,9 - 18,1 2,75 - 1,66 Băng Ka 17,7 - 36,0 1,95 - 0,833 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Chơng II i Quá trình truyền sóng thông tin vÖ tinh i i i i i i i i II.1-/ ảnh hởng tầng điện ly sãng ®iƯn tõ i i i i i i i i i i Sãng ®iƯn tõ cã thĨ trun lan không gian tự hay khí tần số sóng cao khả truyền lan lớn, với tần số nhỏ 30 KHz khả truyền lan Trong trình truyền lan, sóng điện từ bị suy hao sù hÊp thơ cđa khÝ qun, sù suy hao phụ thuộc vào điều kiện khí tợng, điều kiện thời tiết, cờng độ xạ mặt trời Trong tầng khí quyển, xạ mặt trời mà khí chia làm lớp: i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i - Tầng đối lu nằm từ mặt đất đến độ cao khoảng 10 Km i i i i i i i i i i i i i - Tầng bình lu nằm từ khoảng 10 Km đến độ cao khoảng 35 Km i i i i i i i i i i i i i i - Tầng điện ly cao khoảng 400 Km i i i i i i i Tầng điện ly có mật độ loÃng phía phía dới có mật độ dày đặc hơn, nhng xạ mặt trời lại mạnh phía yếu xuyên xuống lớp dới cho mật độ điện tử ion đạt cực đại độ cao mà mật độ chất khí đủ lớn cờng ®é bøc x¹ ®đ m¹nh i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Ban ngày tầng điện ly chia làm lớp D, E, F riêng lớp F lại chia làm lớp F1 F2 Tình trạng lớp thay đổi theo vị trí mặt trời, ban ngày xạ mặt trời chiếu thẳng vào tầng điện ly làm tăng số phần tử bị ion hoá ban đêm xạ ion giảm làm lớp D biến lớp F1 kết hợp với F2 tạo thành lớp F i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Tầng điện ly có ảnh hởng tới sóng điện từ, không làm suy hao sóng mà làm lệch hớng truyền sóng, dải tần số thấp sóng qua đợc tầng điện ly, băng tần số cao tầng điện ly uốn cong quỹ đạo truyền sóng tần số cao bị uốn cong Từ dải tần số cực cao UHF trở lên, sóng không bị ảnh hởng tầng điện ly Do đặc tính nh tầng điện ly lợi dụng uốn cong hớng truyền sóng (sự phản xạ) ta cã thĨ thiÕt lËp ®êng trun víi cù ly kh¸ xa sư dơng sãng HF i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i II.2-/ Tiªu hao trình truyền sóng i i i i i i Trong thông tin, sóng qua khoảng không gian vũ trụ, môi trờng có chất có khả làm suy hao sóng hay làm lƯch híng trun lan cđa nã Sù suy hao nµy khuếch tán tự nhiên Môi trờng gọi không gian tự Trong không gian tự do, tỷ số công suất phát công suất thu điểm cách nơi phát khoảng R là: i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i : lµ bíc sãng sóng vô tuyến điện i i i i i i i i Tỷ số gọi tiêu hao kh«ng gian tù i i i i i i i i i i i i i i  = (4R/ )2 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Khi sãng trun khÝ qun, sù hÊp thơ khí phụ thuộc vào tần số sóng Tần số tăng khả hấp thụ tầng điện ly sóng giảm, nhiên tần số tăng GHz trở lên hấp thụ lại tăng có hấp thụ tầng đối lu Sự hấp thơ khÝ qun cịng phơ thc vµo gãc tµ Với góc tà thấp, tín hiệu có đờng khí lớn hấp thụ tăng i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i II.3-/ Cưa sỉ v« tun i i i H×nhi 1.1i -i Suyi haoi cđai sóngi vôi tuyếni điệni trongi khíi quyểni tráii đấti Trong thông tin vệ tinh, ảnh hởng tầng điện ly lên sóng có tần số cao nên thờng sử dụng sóng cao, siêu cao tần Tuy nhiên, ảnh hởng không khí, nớc ma sóng điện từ lại tăng theo tần số, hấp thụ bắt đầu tăng khoảng GHz hấp thụ cực đại khoảng tần số 21 GHz 60 GHz Khoảng tần số từ 600 MHz GHz chịu ảnh hởng suy hao tầng điện ly tầng đối lu nhất, khoảng tần số đợc gọi cửa sổ vô tuyến Nó tần số lý tởng dành cho thông tin vệ tinh i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i II.4-/ Tạp âm trình truyền sóng i i i i i i Các chất khí khí ma không hấp thụ sóng điện từ mà nguồn xạ tạp âm nhiệt Tạp âm chất khí khí ảnh hởng không nhiều đến truyền lan sóng vô tuyến điện so với tạp âm gây ma Ngoài có tạp âm gây trái đất trái đất bị mặt trời đốt nóng nên phát nhiệt gây tạp âm, nhiên ảnh hởng nhiều tới vƯ tinh anten cđa vƯ tinh híng vỊ tr¸i đất Nhiệt tạp âm mặt đất vệ tinh kho¶ng 2500K  3000K i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Nh ta đà biết, tổng tạp âm đờng truyền bao gồm tạp âm đờng lên, tạp âm xuyên điều chế phát đáp vệ tinh, tạp âm đờng xuống tạp âm nhiễu hệ thống Tổng tạp âm ®êng trun cã thĨ tÝnh theo biĨu thøc sau ®©y: i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Công thức: i (C/T)T = i i Trong (C/T) đợc biểu diễn dạng đối loga i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Chơng III i Nguyên lý th«ng tin vƯ tinh i i i i i Một vệ tinh sau đợc phóng vào vũ trụ có khả thu phát sóng điện từ, vệ tinh khuếch đại tín dụng thu đợc từ trạm mặt đất phát lại cho trạm mặt đất khác Loại vệ tinh nhân tạo nh đợc sử dụng cho thông tin đợc gọi vƯ tinh th«ng tin i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Quỹ đạo elip nghiêng Earth Quỹ đạo xích đạo tròn Hìnhi 3.1i -i Cáci dạngi quỹi đạoi củai vệi tinhi thôngi tin Do vệ tinh chuyển động khác quan sát từ mặt đất phụ thuộc vào quỹ đạo bay nên vệ tinh đợc chia làm loại sau: i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i * Quü đạo cực tròn: quỹ đạo bay vệ tinh trùng với trục trái đất i i i i i i i i i i i i i i i i Ưu điểm điểm trái đất nhìn thấy vệ tinh khoảng thời gian định đạt đợc việc phủ sóng toàn cầu vệ tinh lần lợt quét tất vị trí trái đất Loại đợc sử dụng cho thông tin vệ tinh thời gian xuất nã Ýt i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i * Quỹ đạo elip nghiêng: quỹ đạo vệ tinh nghiêng so trục trái đất i i i i i i i i i i i i i i Loại có khả bao phủ tới vùng cực cao mà vệ tinh địa tĩnh đạt tới đợc Nhợc điểm hiệu ứng Doppler lớn kỹ thuật điều khiển bám phải mức cao i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i * Quü đạo xích đạo tròn: Quỹ đạo vệ tinh bay trực tiếp đờng xích đạo dạng quỹ đạo đợc dùng cho vệ tinh điạ tĩnh Nếu bay độ cao dạng quỹ đạo lý tởng vệ tinh thông tin i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i D¹ng quỹ đạo xích đạo đợc phân ba dạng: i i i i i i i i i + Quü đạo thấp: Dạng quỹ đạo có độ cao điển hình lµ tõ 160Km  480Km, nã cã chu kú quay khoảng 90 phút Thời gian quan sát thấy vệ tinh khoảng 30 phút Dạng quỹ đạo không thích hợp cho thông tin vệ tinh i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i + Quü đạo trung bình: Độ cao điển hình dạng khoảng 10000 20000Km Chu kỳ bay quỹ đạo - 12 giê, thêi gian quan s¸t thÊy vƯ tinh từ Loại không thích hợp cho vệ tinh thông tin i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i + Quỹ đạo địa tĩnh: Độ cao 36000Km vệ tinh coi nh đứng yên mặt phẳng xích đạo quan sát từ vị trí cố định mặt đất, độ cao vệ tinh đợc quan sát thấy 24 ngày Quỹ đạo lý tởng cho vệ tinh th«ng tin i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Quả đất Hìnhi 3.2i -i Phủi sóngi toàni cầui vớii bai vệi tinhi địai tĩnh Để tận dụng tiềm sử dụng tân số vƯ tinh, ngêi ta bè trÝ anten trªn vƯ tinh để có đợc dạng phủ sóng khác mặt đất Sự phủ sóng vệ tinh lên mặt đất đợc gọi "Vết in" i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Trong thông tin vệ tinh có loại vết in đợc sử dụng là: i i i i i i i i i i - Vết in toàn cầu i i i i - Vết in bán cầu i i i i - VÕt in vïng i i i - VÕt in ®èm i i i i i i i i i i i i i i i i i i i Hìnhi 3.3i -i Vếti ini toàni cầu 10