Sự suy hao đường truyền trong hệ thống thông tin vệ tinh đia tĩnh. phương pháp tính góc anten với vệ tinh vinasat

  • 64 trang
  • file .docx
LỜI CẢM ƠN
Nhờ sự hướng dẫn và góp ý nhiệt tình của các thầy cô cùng các bạn trong
lớp ĐTV52-DH2 đã giúp em hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Th.S Trương Thanh Bình người đã dành
rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp em hoàn thành
đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Hàng Hải cùng
các thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử tàu biển đã tạo rất nhiều điều kiện để em
học tập và hoàn thành tốt khóa học
Em xin cảm ơn tới toàn thể các bạn trong tập thể lớp ĐTV52 – DH2 thời
gian qua đã giúp đỡ e rất nhiều.
Dù đã cố gắng song do kiến thức của em còn nhiều hạn chế nên đồ án của
em vẫn còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được những nhận xét góp ý của
các thầy cô và các bạn để em có thể hoàn thiện hơn kiến thức của mình về vấn
đề em đang nghiên cứu.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày …tháng….năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Đông
i
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đồ án này hoàn toàn do em thực hiện.
Các số liệu, kết luận được trình bày trong đồ án là trung thực.
Em xin chịu trách nhiệm về việc nghiên cứu của mình
Sinh viên thực hiên
Nguyễn Thị Đông
ii
MỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH ĐỊA TĨNH...........................2
1.1: Giới thiệu chung.............................................................................................2
1.1.1: Giới thiệu về thông tin vệ tinh....................................................................2
1.1.2: Quá trình phát triển của hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh.......................2
1.1.3: Các đặc điểm của thông tin vệ tinh địa tĩnh................................................3
1.2: Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh............................................4
1.2.1: Phân đoạn không gian.................................................................................5
1.2.1.1. Tải hữu ích (payload)..................................................................................6
1.2.1.2. Phần thân (Bus)..........................................................................................8
1.2.2: Phân đoạn mặt đất.....................................................................................10
1.2.3: Hệ thống cung cấp nguồn và điều hòa nhiệt.............................................11
1.3: Kỹ thuật trạm mặt đất...................................................................................11
1.3.1: Hệ thống anten..........................................................................................11
1.3.1.1: Đặc tính, yêu cầu của anten trạm mặt đất..............................................11
1.3.1.2: Phân loại anten.......................................................................................12
1.3.2: Dải thông...................................................................................................13
1.3.3: Kỹ thuật truyền dẫn.................................................................................13
1.3.3.1: Kỹ thuật đồng bộ....................................................................................14
1.3.3.2: Sửa lỗi mã..............................................................................................14
1.3.4: Các thiết bị truyền dẫn số trên mặt đất......................................................14
1.3.5: Kỹ thuật điều chế......................................................................................16
CHƯƠNG 2: SUY HAO VÀ TẠP ÂM TRONG THÔNG TIN VỆ TINH........17
2.1: Suy hao trong thông tin vệ tinh....................................................................17
iii
2.1.1: Suy hao trong không gian tự do................................................................17
2.1.2: Suy hao do khí quyển................................................................................17
2.1.3: Suy hao do thời tiết...................................................................................18
2.1.4: Suy hao do đặt anten chưa đúng...............................................................19
2.1.5: Suy hao do thiết bị phát và thu..................................................................20
2.1.6: Suy hao do phân cực không đối xứng.......................................................21
2.2.7: Hiệu ứng Faraday......................................................................................21
2.1.8: Hiệu ứng đa đường.....................................................................................22
2.2: Tạp âm trong thông tin vệ tinh.....................................................................23
2.2.1: Nhiệt tạp âm..............................................................................................23
2.2.2: Nhiệt tạp âm của hệ thống.........................................................................24
2.2.3: Nhiệt tạp âm anten....................................................................................24
2.2.4: Nhiệt tạp âm hệ thống fiđơ T F ..................................................................26
2.2.5: Nhiệt tạp âm máy thu T R ..........................................................................26
2.2.6: Công suất tạp âm hệ thống........................................................................27
2.2.7: Công suất tạp âm nhiễu.............................................................................27
2.2.8: Tạp âm méo xuyên điều chế......................................................................28
2.3: Các biện pháp khắc phục...............................................................................28
2.3.1: Phương pháp bù hiệu ứng quay phân cực...................................................28
2.3.2. Bù suy hao..................................................................................................28
2.3.3.Biện pháp thích ứng.....................................................................................29
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP TÍNH GÓC NGẨNG VÀ GÓC PHƯƠNG VỊ
VỚI VỆ TINH VINASAT..................................................................................30
3.1: Vệ tinh Vinasat.............................................................................................30
3.1.1: Giới thiệu chung về vệ tinh Vinasat..........................................................30
3.1.2: Các thông số kĩ thuật.................................................................................30
iv
3.1.3: Tầm quan trọng của vệ tinh Vinasat.........................................................31
3.2.1.1. Nhà nước................................................................................................31
3.2.1.2. Doanh nghiệp.........................................................................................31
3.2.1.3. Người dân...............................................................................................32
3.1.4: Các dịch vụ của vệ tinh Vinasat................................................................32
3.1.4.1: Bộ quốc phòng và công an.....................................................................32
3.4.2.1: Phát thanh lưu động...............................................................................32
3.4.2.2. Truyền hình qua vệ tinh.........................................................................33
3.4.2.3. Dịch vụ Internet băng rộng.....................................................................33
3.4.2.4. Truyền hình hội nghi..............................................................................33
3.4.2.5.Thông tin di động qua vệ tinh.................................................................34
3.4.2.6. Mạng doanh nghiệp................................................................................34
3.4.2.7. Đào tạo từ xa..........................................................................................34
3.4.2.8. Trong khí tượng thủy văn.......................................................................34
3.2: Phương pháp tính góc ngẩng với vệ tinh Vinasat........................................35
3.3: Phương pháp tính góc phương vị trong vệ tinh Vinasat..............................36
3.4: Kiểm tra công thức với số liệu hệ thống inmarsat.......................................41
3.5: Tính toán cụ thể cho các tỉnh ở Việt Nam....................................................44
3.5.1: Tính toán đối với vinasat-1.......................................................................44
3.5.2: Tính toán đối với vinasat-2.......................................................................49
3.5.3: Mô phỏng tính toán góc ngẩng và góc phương vị bằng matlap………50
3.6: Góc ngẩng và góc phương vị anten cho đài tàu...........................................51
KẾT LUẬN.........................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................54
v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình Tên hình Trang
1.1 Cấu trúc hệ thống thông tin địa tĩnh 4
1.2 Sơ đồ cấu tạo bộ phát đáp 6
1.3 Sơ đồ bộ thu băng rộng 6
1.4 Sơ đồ khối phân đoạn mặt đất 10
1.5 Các loại anten sử dụng trong truyền hình vệ tinh 12
1.6 Các thành phần của một chuỗi truyền dẫn số qua vệ tinh. 14
2.1 Suy hao do anten thu phát lệnh nhau 19
2.2 Suy hao do thiết bị thu phát 20
2.3 Sơ đồ hiệu ứng đa đường 22
2.4 Nhiễu nhiệt mặt đất khi trời trong và khi mưa 25
3.1 Mô hình dịch vụ đào tạo từ xa. 34
3.2 Tính toán góc ngẩng 35
3.3 Hình học không gian mô tả vệ tinh và trạm mặt đất 36
3.4 Tính toán góc phương vị 37
3.5 Xác định góc Az cho các trường hợp 40
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng Tên bảng Trang
3.1 Góc phương vị của anten trạm mặt đất cho các trường hợp 41
3.2 Bảng tra góc nhìn anten với trường hợp anten trạm mặt đất 43
nằm ở phía Đông Bắc so với vị trí hình chiếu của vệ tinh
lên trái đất.
3.3 Bảng góc ngẩng và góc phương vị của anten cho các tỉnh 46
được xắp xếp từ Bắc vào Nam cho vệ tinh vinasat-1
vii
LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây,lĩnh vực thông tin viễn thông đang có bước
phát triển vượt bậc và ngày càng chiếm những vị thế quan trọng. Sự xuất
hiện của thông tin vệ tinh đã trở thành phương thức thông tin quan trọng
không thể thiếu trong tất cả các lĩnh vực đời sống xã hội, an ninh quốc
phòng... Thông tin vệ tinh là sợi dây kết nối toàn cầu, nó có khả năng kết
nối với mọi nơi trên thế giới mà không giới hạn về không gian và thời
gian giúp con người gần gũi nhau hơn. Nó giúp con người cảm nhận được
cuộc sống hiện tại của thế giới xung quanh. Nhờ có vệ tinh mà quá trình
truyền thông tin diễn ra giữa các châu lục trở nên tiện lợi và nhanh chóng
thông qua nhiều loại hình dịch vụ khác nhau.
Thông tin vệ tinh đã được ứng dụng vào nước ta bắt đầu từ những
năm 80 mở ra một sự phát triển mới của viễn thông Việt Nam. Thông tin
vệ tinh có nhiều ưu điểm nổi bật là vùng phủ sóng rất rộng, triển khai lắp
đặt nhanh và khả năng cung cấp dịch vụ đa dạng cho người dụng. Nó là
phương tiện hữu hiệu nhất để kết nối thông tin liên lạc với các vùng xa
xôi, biên giới, hải đảo nơi mà mạng cố định không thể với tới được.
Để theo kịp được thời kì công nghiệp hoá hiện đại hoá nói chung và
ngành thông tin nói riêng chúng ta phải tìm hiểu và nắm bắt kiến thức để
có được sự hiểu biết về thông tin.
Đề tài tốt nghiệp của em là “ Sự suy hao đường truyền trong hệ
thống thông tin vệ tinh đia tĩnh. Phương pháp tính góc anten với vệ tinh
Vinasat”
Nội dung đề tài gồm 3 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh.
Chương 2: Suy hao và nhiễu trong hệ thống thông tin vệ tinh địa
tĩnh.
1
Chương 3: Phương pháp tính góc ngẩng và góc phương vị với vệ
tinh Vinasat.
CHƯƠNG I: HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH ĐỊA TĨNH
1.1: Giới thiệu chung
1.1.1: Giới thiệu về thông tin vệ tinh
Ngày nay thông tin vệ tinh đã trở thành phương tiện thông tin phổ
biến và đa dạng. Nó thể hiện từ các chảo anten truyền hình gia đình đến
các hệ thống thông tin toàn cầu và truyền các khối lượng số liệu và lưu
lượng lớn cùng các chương trình truyền hình. Với sự phát triển vượt bậc,
việc sử dụng những kỹ thuật mới làm cho các dịch vụ của thông tin vệ tinh
trở thành một dịch vụ phổ thông trên khắp thế giới. Hàng ngày hai hệ thống
thông tin vệ tinh toàn cầu lớn là Intelsat và Intersputnyk bay xung quanh
trái đất cung cấp hàng ngàn kênh thoại cố định nối hàng trăm quốc gia với
nhau. Ngoài ra cũng có các vệ tinh khu vực như Aussat, Eusat, Arbsat
cung cấp các dịch vụ thoại cố định, phát thanh truyền hình, truyền số liệu, đảm
bảo thông tin dẫn đường cho hàng không, cứu hộ hàng hải, thăm dò tài
nguyên bằng hệ thống vệ tinh tầm thấp, các chương trình đào tạo giáo dục
từ xa Tóm lại, ngày nay thông tin vệ tinh có mặt hầu hết trong mọi lĩnh vực
về viễn thông.
1.1.2: Quá trình phát triển của hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh
Thông tin vệ tinh đã bắt đầu được đề cập đến từ trong cuộc chiến
tranh thế giới thứ 2 cho việc chế tạo ra các vũ khí hiện đại.
Hệ thống thông tin sử dụng vệ tinh địa tĩnh đã được hình thành từ ý
tưởng của Arthur Clarke năm 1945, đến năm 1963 ý tưởng đó đã trở thành
hiện thực bằng sự kiện vệ tinh địa tĩnh đầu tiên SYNCOM được phóng lên
quỹ đạo.
Trong năm 1965, vệ tinh địa tĩnh thương mại đầu tiên INTELSAT-1
2
được đưa lên quỹ đạo, đánh dấu sự mở đầu cho hàng loạt các vệ tinh
INTELSAT. Các hệ thống vệ tinh ban đầu chỉ đáp ứng được dung lượng
với giá thuê bao tương đối cao (vệ tinh INTELSAT-1 nặng 68kg khi phóng
và chỉ có 480 kênh thoại với giá thuê bao 32.500USD một kênh một
năm) ,sau đó nhờ khả năng phát triển trong kỹ thuật siêu cao tần đã phần
nào làm tăng dung lượng vệ tinh và dẫn đến giảm giá thành trên mỗi kênh
thoại(80000 kênh trên INTELSAT-6 có giá thuê bao mỗi kênh là 380 USD
trong một năm).
Hệ thống thông tin vệ tinh ra đời ngoài giảm chi phí truyền thông, nó
còn cung cấp đa dạng các dịch vụ. Lúc đầu, các hệ thống này được thiết
kế để thực hiện truyền thông từ một điểm đến một điểm khác, như đối với
các mạng cáp và diện bao phủ rộng của vệ tinh đã được lợi dụng để thiết lập
các tuyến thông tin vô tuyến cự ly xa. Nhờ những nghiên cứu cải tiến nên
hệ thống bây giờ có thể phát từ một máy phát duy nhất tới rất nhiều các
máy thu trong một vùng rộng lớn, hoặc ngược lại, có thể phát từ nhiều
trạm tới một trạm trung tâm duy nhất được gọi là một HUB. Nhờ đó mà
các mạng truyền số liệu đa điểm, các mạng phát quảng bá qua vệ tinh và
các mạng thu thập dữ liệu đã được khai thác. Có thể phát quảng bá hoặc tới
các máy phát chuyển tiếp (hoặc các trạm đầu cáp) hoặc trực tiếp tới khách
hàng cá nhân. Các mạng này hoạt động với các trạm mặt đất nhỏ có đường
kính anten từ 0.6m đến 3.5m.
1.1.3: Các đặc điểm của thông tin vệ tinh địa tĩnh
Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh được phóng lên quỹ đạo tròn ở độ cao
khoảng 36000km so với đường kính quỹ đạo, thông tin sử dụng vệ tinh
địa tĩnh có nhiều ưu điểm nổi bật sau:
Chu kì quay của vệ tinh địa tĩnh đồng bộ với chu kỳ quay của Trái Đất, nên
nhìn từ Trái Đất coi vệ tinh địa tĩnh như nằm cố định tại một điểm trên trời. Điều
này cho phép vệ tinh có thể phủ sóng cố định tại từng vùng mà nó cung cấp.
3
Hiệu ứng Doppler rất nhỏ, vệ tinh gần như cố định tại một chỗ, anten
trạm mặt đất nhỏ không cần bám sát.
Tầm nhìn của vệ tinh bao phủ rộng
Vệ tinh cho phép các trạm mặt đất ở xa có thể liên lạc trực tiếp. Tuy
nhiên vệ tinh địa tĩnh cũng còn nhiều nhược điểm như :
Không phủ sóng được những vùng có vĩ độ lớn hơn 81,3o. Chất lượng
đường truyền phụ thuộc vào thời tiết.
Khoảng cách truyền dẫn xa nên suy hao công suất cho đường
truyền lớn và chiu ảnh hưởng của tạp âm.
Giá thành lắp đặt hệ thống rất cao, nên chi phí phóng vệ tinh tốn
kém mà vẫn còn tồn tại xác suất rủi ro.
Thời gian sử dụng hạn chế, việc nâng cấp, sửa chữa khó.Tính bảo
mật không cao.
Do đường đi của tín hiệu vô tuyến truyền qua vệ tinh địa tĩnh khá
dài (hơn 70.000 km) nên từ điểm phát đến điểm nhận sẽ có thời gian trễ
đáng kể.
Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh thông tin lí tưởng nhất vì nó đứng yên khi
quan sát từ vị trí cố định trên trái đất.Giúp thông tin được bảo đảm liên
tục, ổn định trong 24 giờ với các trạm nằm trong vùng phủ sóng của vệ
tinh mà không cần chuyển đổi sang một vệ tinh khác. Do đó đa số các hệ
thống thông tin vệ tinh cố định đều sử dụng vệ tinh địa tĩnh.
1.2: Cấu trúc của hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh
PHẦN KHÔNG GIAN
TRẠM ĐIỀU
KHIỂN (TT&C)
4
Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống vệ tinh địa tĩnh
Tại đầu phát trạm mặt đất, tín hiệu băng tần cơ bản BB (BaseBand)
được điều chế thành tín hiệu trung tần IF (Intermediate Frequency) sau đó đổi lên
thành cao tần RF (Radio Frequency) nhờ bộ đổi tần tuyến lên U/C (Up
Coverter), sau đó được bộ khuếch đại công suất HPA (High Power
Amplifier) khuếch đại lên mức công suất cao và đưa ra anten phát lên vệ
tinh.
Tín hiệu cao tần từ trạm mặt đất phát truyền dẫn qua không gian tự
do tới anten thu của vệ tinh đi vào bộ khuếch đại, sau đó được đổi tần,
khuếch đại công suất rồi phát xuống trạm mặt đất thu qua anten phát.
Tại trạm thu mặt đất, sóng phát từ vệ tinh truyền dẫn qua không gian
tự do tới anten thu rồi đưa qua bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise
Amplifier), tần số siêu cao RF được biến đổi thành trung tần IF nhờ bộ
đổi tần xuống D/C (Down Converter), sau đó đưa sang bộ giải điều chế
DEM (Demodulator) để phục hồi lại tín hiệu như lối vào trạm mặt đất.
1.2.1: Phân đoạn không gian
Phân đoạn không gian: gồm vệ tinh và tất cả các thiết bị trợ giúp cho
hoạt động của nó như các trạm điều khiển và trung tâm giám sát vệ tinh. Cấu
trúc phân đoạn gồm hai phần chính là tải hữu ích và phần thân.
1.2.1.1. Tải hữu ích (payload)
Tải hữu ích làm nhiệm vụ phát lặp của một vệ tinh thông tin. Nó thực
5
hiện các chức năng chính sau:
Thu tín hiệu từ trạm mặt đất phát lên trong dải tần và phân cực đã
định.
Khuếch đại tín hiệu đã thu từ trạm mặt đất phát và giảm mức nhiễu
tín hiệu tối đa.
Đổi dải tần tuyến lên thành dải tần tuyến xuống.
Cấp tín hiệu với mức công suất yêu cầu trong dải tần đã định ra
anten phát.
Truyền tín hiệu cao tần trong dải tần và phân cực đã định đến
anten của trạm mặt đất thu.
Tải hữu ích trên một vệ tinh gồm: bộ phát đáp và các anten.
a) Bộ phát đáp
Bộ phát đáp thực hiện chức năng thu sóng vô tuyến từ trạm mặt đất
phát từ tuyến lên đi qua aten vào máy thu, sau đó khuếch đại và đổi tần tín
hiệu rồi phát lại xuống trạm mặt đất thu trên tuyến xuống.
Bộ Amp (HPA)
thu
băng
rộng
Coupler Tách Tách
Bộ lọc kênh
kênh
Bộ
thu
băng
6 GHz rộng 4 GHz
14 GHz
11 GHz
Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo bộ phát đáp
Bộ phát đáp của vệ tinh thông tin đóng vai trò như một bộ phát đáp
tích cực trên mặt đất: tín hiệu từ trạm mặt đất tới (tuyến lên) đi qua anten
vào máy thu (gồm một bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA, bộ dao động nội
LO, bộ khuếch đại công suất cao HPA) tới bộ phân kênh đầu vào IMUX,
qua bộ tiền khuếch đại DRIVER để đến bộ khuếch đại công suất cao HPA
(dùng đèn sóng chạy TWT hoặc Transistor trường) để cung cấp một công
6
tín hiệu có công suất đủ lớn trước khi đưa ra anten phát để phát xuống đất
trên tuyến xuống. Sau đó tín hiệu ở các kênh được tập hợp lại rồi đưa đến
bộ ghép kênh đầu ra OMUX và ra anten phát xuống đất (tuyến xuống).
b) Thiết bị thu băng rộng
LO
LNA AMP
Bộ trộn
Lọc đầu vào Couple
Bộ trộn co
LNA AMP
LO
Hình 1.3: Sơ đồ bộ thu băng rộng
Thiết bị thu băng rộng thực hiện chức năng khuếch đại tín hiệu và
đổi tần số tuyến lên thành tần số tuyến xuống. Hệ thống thu băng rộng
thường đạt hệ số khuếch đại 50 ÷ 60dB đủ để bù lại suy hao trong bộ lọc và
đổi tần.
Đầu vào bộ thu tín hiệu băng rộng là bộ khuếch đại tạp âm thấp LNA
làm việc ở đoạn tuyến tính của đặc tuyến công tác và có tạp âm thấp khi
khuếch đại sóng mang. Tín hiệu sóng mang sau đó sẽ đi vào bộ trộn tần và
được đổi tần nhờ bộ dao động nội LO. Bộ đổi tần được thiết kế sao cho khi
đổi tần số sóng mang thu được từ mặt đất phát lên và tần số phát xuống
mặt đất với mức tổn hao nhỏ cỡ -5 ÷ -6dB.
c) Anten trên vệ tinh thông tin
Anten trên vệ tinh thông tin giúp thu nhận tín hiệu cao tần truyền lên
từ các trạm mặt đất phát và phát tín hiệu cao tần xuống trạm mặt đất thu.
Dựa vào chức năng vệ tinh có các loại anten sau:
Anten dùng để đo xa và điều khiển từ xa, thường ở băng tần VHF.
Anten siêu cao tần dùng cho hệ thống thông tin qua vệ tinh.
Các vệ tinh địa tĩnh thường dùng loại anten phát tia bao trùm (Global
7
Beam) có độ rộng tại mức suy hao 3 dB là 17 0 ÷ 180. Anten búp sóng
nhọn chừng vài độ dùng để phủ sóng một vùng hẹp nhất định gọi là Spot
Beam, loại này đảm bảo công suất không thay đổi trong vùng bao phủ.
Đối với vùng phủ toàn cầu sử dụng anten vòi phun ở dải tần 6/4 GHz. Các
vòi phun này bức xạ trực tiếp tới bề mặt Trái Đất mà không cần mặt phản
xạ.
1.2.1.2. Phần thân (Bus)
Phần thân không tham gia trực tiếp vào quá trình phát lặp của hệ
thống thông tin vệ tinh. Nhưng nó đảm bảo các điều kiện yêu cầu cho tải
hữu ích thực hiện chức năng của một trạm phát lặp. Phần thân có các hệ
con:
a) Hệ duy trì ổn định vị trí của vệ tinh
Vệ tinh địa tĩnh cần được duy trì vị trí đúng khe quỹ đạo. Vệ tinh địa
tĩnh trên quỹ đạo thường bị thay đổi vi trí do: đường xích đạo của Trái
Đất không phải là tròn lý tưởng, tác động trọng trường của mặt trời - mặt
trăng  do vậy phải dùng các động cơ phản lực để đưa vệ tinh trở lại đúng
vị trí. Thông thường dung sai cho phép là 0.05 0 theo hướng Bắc - Nam và
0.050 theo hướng Đông - Tây.
Để xác định sự sai lệch vị trí vệ tinh dùng các anten bám sát tại các
trạm mặt đất. Khi có sự sai lệch vị trí các trạm điều khiển ở mặt đất (TT&C)
sẽ đưa lệnh điều khiển lên vệ tinh điều khiển các tên lửa đẩy trên vệ tinh đưa
nó về đúng vị trí.
b) Hệ giám sát, đo xa và điều khiển (TT&C)
Hệ TT&C rất cần thiết cho sự vận hành của vệ tinh thông tin, nó là
một phần trong nhiệm vụ quản lý vệ tinh và có các chức năng như:
Cung cấp các thông tin kiểm tra các phân hệ trên vệ tinh cho trạm
điều khiển mặt đất.
8
Nhận lệnh điều khiển vị trí và tư thế của trạm điều khiển ở mặt đất.
Giúp trạm điều khiển mặt đất theo dõi tình trạng thiết bị trên vệ tinh.
c) Hệ cung cấp điện năng
Các thiết bị trên vệ tinh được cung cấp nguồn điện lấy chủ yếu từ các
tế bào pin mặt trời. Pin mặt trời có thể làm bằng Si hoặc GaAs. Có 2 dạng
pin mặt trời:
Pin mặt trời dạng hình trụ, thường sử dụng cho các vệ tinh ổn định
trạng thái bằng phương pháp trục quay.
Pin mặt trời dạng cánh mỏng (gọi là cánh pin mặt trời) thường dùng
cho vệ tinh ổn định bằng phương pháp 3 trục.
Công suất của pin cung cấp phụ thuộc vào cường độ ánh sang chiếu
vào, nó đạt công suất cực đại khi tia sáng mặt trời chiếu tới vuông góc với
mặt pin, khi các tia sáng đi song song với mặt cánh pin thì công suất bằng
không. Để các cánh pin luôn hướng về phía mặt trời đảm bảo cung cấp
năng lượng cho các thiết bị thì phải dùng các mô tơ điều khiển tư thế.
d) Hệ thống điều hoà nhiệt
Nhiệm vụ của hệ điều hoà nhiệt là duy trì cho các thiết bị trên vệ tinh
làm việc trên dải nhiệt độ ổn định, thích hợp. Người ta khống chế nhiệt độ
các phần khác nhau trên vệ tinh bằng cách cho trao đổi nhiệt giữa các
điểm có nhiệt độ khác nhau (sử dụng ống dẫn khí hoặc chất lỏng để dẫn
nhiệt tới các bộ toả nhiệt) hoặc tăng nhiệt (sử dụng các bộ nung) hoặc sử
dụng các bề mặt có tính quang nhiệt (dễ phản xạ nhiệt hoặc hấp thụ nhiệt).
e) Hệ đẩy
Có hai loại bộ đẩy phản lực trên vệ tinh:
Những bộ đẩy công suất thấp (từ vài mN đến và N) để hiệu chỉnh vị
trí vệ tinh trên quỹ đạo. Loại bộ đẩy này thường là các tên lửa đẩy nhỏ sử
dụng nhiên liệu lỏng.
9
Những bộ đẩy công suất trung bình và lớn (khoảng vài trăm N đến
hàng trục ngàn N) chẳng hạn như các mô tơ cận điểm và viễn điểm. Các
bộ đẩy này thường là những động cơ dùng nhiên liệu lỏng.
f) Hệ thống khung vỏ
Hệ thống khung cơ học của vệ tinh là nơi gá lắp tải hữu ích, buồng
chứa nhiên liệu, các hệ cơ khí, điện tử, anten, dàn pin mặt trời, ắc quy  Vỏ
của vệ tinh bảo vệ các thiết bị đối với các bức xạ vũ trụ và bụi vũ trụ. Để
giảm trọng lượng vệ tinh , khung vỏ hết sức nhẹ nhưng phải chịu các điều
kiện hết sức khắc nghiệt:
Lúc phóng gây chấn động và áp lực lớn.
Trong thời gian vệ tinh ở trên quỹ đạo có sự thay đổi nhiệt độ trong
phạm vị rộng (phía mặt trời chiếu +2000C, trong bóng râm -1500C) gây
biến dạng vật liệu.
Sự va đập với các hạt sạn trong vũ trụ khu vệ tinh bay với tốc độ rất
lớn.
1.2.2: Phân đoạn mặt đất
10
Hình 1.4: Sơ đồ khối phân đoạn mặt đất
Phân đoạn mặt đất bao gồm toàn bộ hệ thống trạm thu - phát mặt đất.
Muốn thiết lập đường liên lạc với 2 điểm trực tiếp với nhau trên Trái Đất
thông qua trạm chuyển tiếp vệ tinh thông tin người ta phải thiết lập 2 trạm
trên mặt đất. Do đó có tên gọi là trạm mặt đất thông tin vệ tinh SES
(Satellite Earth Station) làm chức năng phát tín hiệu lên vệ tinh và thu tín
hiệu từ vệ tinh về - thực hiện kết nối vệ tinh thông tin với các mạng vệ
tinh mặt đất. Các trạm này thường nối với các mạng thông tin nội địa mặt
đất để cung cấp các dịch vụ cho người sử dụng.
Một trạm mặt đất bao gồm: thiết bị thông tin, thiết bị truyền dẫn mặt
đất, thiết bị cung cấp nguồn và hệ thống TT&C vệ tinh. Thiết bị thông tin
trong trạm mặt đất như: anten, thiết bị thu và phát sóng siêu cao tần, các
bộ biến đổi tần tuyến lên và tuyến xuống, hệ thống xử lý tín hiệu, hệ thống
thiết bị băng tần cơ bản, hệ thống bám vệ tinh
1.2.3: Hệ thống cung cấp nguồn và điều hòa nhiệt
Để đảm bảo cho liên lạc không bị gián đoạn do các sự cố nguồn gây
ra, trạm mặt đất phải được cung cấp bằng nguồn điện không bao giờ bị
ngắt UPS (Uninterupted Power Supply). UPS cung cấp nguồn với độ ổn
định cho phép, đủ công suất cho toàn bộ các thiết bị trong trạm.
Để đảm bảo các yêu cầu trên, bộ nguồn UPS phải được dự phòng và
bản thân nó là một thiết bị có thể điều khiển được về mọi mặt. Khi mất điện
lưới thì nguồn ắc quy được rung lên rồi ổn định và cấp nguồn cho hệ thống.
Các thiết bị điện tử trong trạm đều bắt buộc làm việc trong điều kiện
môi trường tốt đó là nhiệt độ 200C với độ ẩm dưới 45% để đảm bảo an toàn,
duy trì tuổi thọ cũng như chất lượng thông tin.
1.3: Kỹ thuật trạm mặt đất
1.3.1: Hệ thống anten
11
1.3.1.1: Đặc tính, yêu cầu của anten trạm mặt đất
Để thu được các sóng điện từ có cường độ rất yếu về vệ tinh và có
thể phát đi các sóng có công suất đủ lớn lên vệ tinh, anten trạm mặt đất
cần phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Các anten đảm bảo hệ số tăng ích cũng như hiệu suất cao do đó các
anten thường phải có tiết diện lớn. Tuy nhiên để giảm giá thành anten và
tăng tính thuận tiện trong việc sử dụng thì anten cần thoả mãn yêu cầu về
hiệu suất nhằm đạt được hệ số tăng ích cao trong khi tiết diện anten càng
nhỏ càng tốt.
Anten phải có tính hướng cao và búp phụ nhỏ để tránh can nhiễu sang
các hệ thống thông tin vô tuyến khác.
Anten cần có đặc tính phân cực tốt nhằm phát huy hiệu quả tái sử
dụng tần số bằng phương pháp ghep sóng phân cực như phân cực thẳng
trực giao hay phân cực tròn quay phải hoặc trái
Anten phải có nhiệt độ tạp âm thấp để đạt được tỉ số G/T theo yêu
cầu.
1.3.1.2: Phân loại anten
Có nhiều loại anten khác nhau có thể sử dụng ở trạm mặt đất. Tuỳ
theo tiêu chuẩn từng loại trạm mà đường kính của anten thu - phát trạm
mặt đất thông thường có đường kính từ 0.6 ÷ 30 m.
Feed Sub-relector
horn
Anten Parabo lệch Anten Gregorian
Anten Parabol Anten Cassegrain
12
Hình 1.5: Các loại anten sử dụng trong truyền hình vệ tinh
a) Anten Parabol có sơ cấp đặt tại tiêu điểm
Anten này có cấu trúc đơn giản nhất với giá thành thấp nhất, nó được
dùng chủ yếu cho các trạm chỉ thu và các trạm nhỏ đặc biệt với dung
lượng thấp. loại anten này có đặc tính như hệ số tăng ích, búp sóng phụ
không được tốt,hiệu suất thấp và cáp đấu nối từ loa thu đến máy phát và
máy thu thường dài. Bởi vậy nó không được sử dụng ở các trạm mặt đất
thông thường.
b) Anten Cassegrain
Loại anten này có thêm một gương phản xạ phụ vào gương phản xạ
chính,làm cho hệ số tăng ích của anten được nâng lên và đặc tính búp sóng
phụ cũng được cải thiện . Anten Cassegrain được sử dụng cho các trạm
bình thường vừa thu vừa phát có quy mô trung bình. Loại này có một số ưu
điểm là các thiết bị điện tử có thể được đặt sau mặt phản xạ chính cho phép
nó gắn trực tiếp vào đầu thu phát sóng làm cho khoảng cách giữa các bức
xạ có thể rút ngắn làm giảm suy hao ống dẫn sóng.
c) Anten lệch (bù)
Anten lệch có bộ phận fiđơ, gương phản xạ phụ được đặt ở vị trí lệch
một ít so với hướng trục chính của gương phản xạ chính để các bộ phận này
không chặn đường đi của sóng nhằm cải thiện đáng kể tính hướng và búp
phụ cũng như hệ số tăng ích và hiệu suất so với loại đồng trục.. Anten lệch
có 2 loại chính:
Anten parabol lệch một gương phản xạ.
Anten Gregorian có gương phản xạ phụ dạng elíp hoặc hypebol.
Anten lệch cho hiệu suất cao, tạp âm thấp, búp sóng phụ nhỏ, đặc tính
phân cực tốt,hiệu quả đặc biệt khi cần giảm can nhiễu từ các đường thông
tin vô tuyến khác. Chúng thường được sử dụng cho các trạm mặt đất quy mô
nhỏ chất lượng cao.
13