CN111431589A - 一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座 - Google Patents

一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座 Download PDF

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Abstract

本发明属于航天通信领域。本发明实施例提供一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，所述星座建立火星表面各基地之间的通信链路，所述星座包括三颗火星通信卫星，所述三颗火星通信卫星均在火星静止轨道上运行，所述火星静止轨道为圆形，轨道高度为17019km，至少一颗所述火星通信卫星与所述火星表面各基地之间的通信链路采用Ku、Ka、Q或者V频段，或者采用激光通信。本发明实施例仅需较低的布置成本，就可以实现覆盖整个火星表面的大容量、高带宽稳定通信的要求。

Description

一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座
技术领域
本发明属于航天通信领域，特别涉及一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座。
背景技术
火星直径约6794千米，在火星表面的距离较远（500km）的基地之间通信，如果直接在火星基地之间使用有线通信链路，地面设备布置的成本和难度太大；无线通信链路因为火星表面曲率和高差影响，长距离无法实现通信。而如果火星基地之间的通信，均通过地球中转，考虑到火星与地球距离约为5500万公里，火星与地球之间的通信延时达到6分钟以上，且对通信系统发射功率和接收灵敏度都有较高要求，非常不方便不经济。
火星静止轨道卫星是指运行方向与火星自转方向相同、运行周期与火星自转一周的时间相等的卫星。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，从而仅需较低的布置成本，就可以实现覆盖整个火星表面的大容量、高带宽稳定通信的要求。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，所述星座建立火星表面各基地之间的通信链路，所述星座包括三颗火星通信卫星，所述三颗火星通信卫星均在火星静止轨道上运行，所述火星静止轨道为圆形，轨道高度约为17019km，至少一颗所述火星通信卫星与所述火星表面各基地之间的通信链路采用Ku、Ka、Q或者V频段，或者采用激光通信。
本发明实施例的火星静止轨道，对火星地面静止，满足三个条件：卫星必须以与火星自转相同的速度和方向运行；轨道必须是圆形的；轨道的倾角必须为0º。第一个条件是明显的，如果卫星是对火星地面静止的，它的速度必须与火星旋转的速度相同，并且是固定的。第二个条件是由固定的速度和开普勒第二定律确定的，固定的速度意味着在相同的时间内必须扫过相同的面积，这只有圆轨道才能满足要求。第三个条件是因为如果轨道出现任何一点倾斜都会导致卫星向火星两极之一运动，因而就不可能对火星地面静止，只有0º倾角才能避免出现任何的向火星两极的运动，这意味着轨道是在火星的赤道面内。
本发明实施例的火星表面通信星座包括3颗火星静止轨道通信卫星，所述3颗火星静止轨道通信卫星相隔120º，均匀分布在火星静止轨道上。
本发明实施例利用3颗火星静止轨道通信卫星，建立火星表面各基地之间的通信链路，本发明的实施例具有如下优点：（1）利用火星静止轨道通信卫星进行火星表面各基地之间通信，可以省去在火星表面进行通信基础设施建设的巨大工程量和巨大代价；（2）利用一颗火星静止轨道通信卫星，即可覆盖火星约1/3表面的基地，由三颗火星通信卫星组成的星座可以形成覆盖整个火星表面的通信网络；本发明实施例至少一颗所述火星通信卫星与所述火星表面各基地之间的通信链路采用Ku、Ka或者Q\V频段，或者采用激光通信，因无大气干扰及雨衰影响，可以满足火星表面基地之间大容量、高带宽稳定通信的要求。
优选的，所述火星表面各基地之间的通信链路由所述火星通信卫星中继，不需要回传地球地面站。这样可以显著降低通信时延，提高系统可用性。
优选的，所述星座还包括一颗火星通信卫星，这一颗火星通信卫星在火星极地轨道上运行。这样可以增强对火星两极附近基地的覆盖。
优选的，所述火星通信卫星之间采用激光通信作为星间通信链路。这样可以实现容量更大、波束更窄、增益更高、速度更快、抗干扰性更强和保密性更好的通信。
优选的，至少一颗所述火星通信卫星与地球地面站之间的通信使用L、S或者C频段。可以满足一定通信带宽，较低的通信频率带来的自由空间损耗更低，可以满足长期高可用性通信要求。
优选的，至少一颗所述火星通信卫星对地球地面站采用点波束覆盖。这样可以降低对火星通信卫星的与地球通信的发射信号功率要求。
优选的，至少一颗所述火星通信卫星将所述火星表面基地的通信中继至地球地面站。这样可以降低对火星表面基地的与地球通信的系统性能要求。
优选的，增强所述中继星对地球通信能力，分配更多的星上资源用于与地球之间的通信链路。这样可以实现更高效率的通信，提供更大带宽的火星与地球的通信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，从而仅需较低的布置成本，就可以实现覆盖整个火星表面的大容量、高带宽稳定通信的要求。以下结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，所述星座包括3颗通信卫星，即H1、H2和H3，所述星座通过所述H1、H2和H3三颗火星通信卫星建立火星表面各基地之间的通信链路，所述H1、H2和H3三颗火星通信卫星均在火星静止轨道上运行，所述火星静止轨道为圆形，轨道高度约为17019km。至少一颗所述火星通信卫星与所述火星表面各基地之间的通信链路采用Ku、Ka、Q或者V频段，或者采用激光通信。
卫星通信业务主要有语音业务和非语音业务，如低速数据、报文和传真等。电话通信是人们日常生活中应用最广泛、最普遍的基本通信手段，也是卫星移动通信系统提供的基本业务。非电话业务随着社会的进步、技术的发展，需求量越来越大，特别是计算机及网络技术的发展和应用必将进一步推动非电话业务的迅速发展。此外，卫星通信还可以提供高速数据传输业务如图像信息和多媒体信息等。
在通常的地球卫星信号传输路径上，存在着降雨衰减。降雨衰减产生于雨滴对电磁能量的吸收和散射。当频段高于10 GHz时，降雨是电波传播过程中最主要的大气衰减因素。Ku频段包括11～14 GHz，降雨引起的衰减相当大。Ka频段包括20～30 GHz，特别易受降雨及大气中的水汽凝结物的影响严重，电波传输损耗大。Q频段包括30～50 GHz。V频段包括50～75 GHz。无线激光通信工作频段包括326～365THz。因此，Ku、Ka、Q或者V频段，或者激光通信，降雨衰减都比较严重，不作为地球卫星通信业务的首选频段，以免受到降雨等天气的影响，信号质量不稳定。这些频段主要用于广播电视传输等业务。卫星通信业务与广播电视传输业务对信号传输的要求有所差异。
卫星通信领域的普通技术人员主要是从事地球卫星通信系统的设计，习以为常的认为Ku、Ka、Q或者V频段，或者激光通信，降雨衰减都比较严重，信号质量不稳定，不作为卫星通信业务的首选频段。这样的认识也会影响到火星卫星通信系统的设计，卫星通信领域的普通技术人员对于火星卫星通信业务，没有考虑采用Ku、Ka、Q或者V频段，或者激光通信。本发明实施例根据火星没有降雨、空气稀薄，因此不存在降雨衰减的特殊情况，采用Ku、Ka、Q或者V频段，或者激光通信，提供火星表面各基地与所述火星通信卫星之间的通信链路，这些频段不但频率高，而且可用频带宽，可以满足大容量、高带宽通信要求，并且不会受到降雨衰减的影响，信号质量稳定。
利用所述H1，H2和H3三颗火星静止轨道通信卫星，建立火星表面各基地之间的通信链路，本发明的实施例具有如下优点：（1）利用火星静止轨道通信卫星进行火星表面各基地之间通信，可以省去在火星表面进行通信基础设施建设的巨大工程量和巨大代价；（2）利用一颗火星静止轨道通信卫星，即可覆盖火星约1/3表面的基地，由三颗火星通信卫星组成的星座可以形成覆盖整个火星表面的通信网络。至少一颗所述火星通信卫星与所述火星表面各基地之间的通信链路采用Ku、Ka或者Q\V频段，或者采用激光通信，火星通信星座对火星表面的通信，因无大气干扰及雨衰影响，可以满足火星表面基地之间大容量、高带宽稳定通信的要求。
优选的，所述火星表面各基地之间的通信链路由所述火星通信卫星中继，不需要回传地球地面站。这样可以显著降低通信时延，提高系统可用性。
优选的，所述星座还包括一颗火星通信卫星，这一颗火星通信卫星在火星极地轨道上运行。这样可以增强对火星两极附近基地的覆盖。
优选的，所述火星通信卫星之间采用激光通信作为星间通信链路。这样可以实现容量更大、波束更窄、增益更高、速度更快、抗干扰性更强和保密性更好的通信。
优选的，至少一颗所述火星通信卫星与地球地面站之间的通信使用L、S或者C频段。可以满足一定通信带宽，较低的通信频率带来的自由空间损耗更低，可以满足长期高可用性通信要求。
优选的，至少一颗所述火星通信卫星对地球地面站采用点波束覆盖。这样可以降低对火星通信卫星的与地球通信的发射信号功率要求。
优选的，至少一颗所述火星通信卫星将所述火星表面基地的通信中继至地球地面站。这样可以降低对火星表面基地的与地球通信的系统性能要求。
优选的，增强所述中继星对地球通信能力，分配更多的星上资源用于与地球之间的通信链路。这样可以实现更高效率的通信，提供更大带宽的火星与地球的通信。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，所述星座建立火星表面各基地之间的通信链路，所述星座包括3颗火星通信卫星，其特征为：所述三颗火星通信卫星均在火星静止轨道上运行，所述火星静止轨道为圆形，轨道高度为17019km，至少一颗所述火星通信卫星与所述火星表面各基地之间的通信链路采用Ku、Ka、Q或者V频段，或者采用激光通信。
2.如权利要求1所述的基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，其特征：所述火星表面各基地之间的通信链路由所述火星通信卫星中继，不需要回传地球地面站。
3.如权利要求1所述的基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，其特征为：所述星座还包括一颗火星通信卫星，这一颗火星通信卫星在火星极地轨道上运行。
4.如权利要求1或者权利要求3所述的基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，其特征为：所述火星通信卫星之间采用激光通信作为星间通信链路。
5.如权利要求1或者权利要求3所述的基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，其特征为：至少一颗所述火星通信卫星与地球地面站之间的通信使用L、S或者C频段。
6.如权利要求1或者权利要求3所述的基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，其特征为：至少一颗所述火星通信卫星对地球地面站采用点波束覆盖。
7.如权利要求1或者权利要求3所述的基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，其特征为：至少一颗所述火星通信卫星将所述火星表面基地的通信中继至地球地面站。
8.如权利要求7所述的基于火星静止轨道卫星的火星表面通信星座，其特征为：增强所述中继星对地球通信能力，分配更多的星上资源用于与地球之间的通信链路。
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