浅析人造卫星（共12篇）
浅析人造卫星 篇1
卫星变轨问题具有较强的知识综合性, 能很好地考查学生的空间思维能力和分析推理能力, 是历年高考命题的热点题材, 部分同学还没有掌握此类问题的分析求解方法.本文就卫星变轨的原因和处理方法作以简单归纳, 供同学们参考.
一、认识卫星的变轨
1. 变轨
卫星在轨期间自主改变运行轨道的过程叫变轨.人造卫星发射后需要经过多次变轨, 才能进入预定轨道.实际发射的卫星在进入轨道时存在一定误差, 一般要对运动轨道进行数次微调达到最佳状态时才开始真正变轨, 此过程卫星一般不止运行一圈.此外, 在轨运行的卫星沿轨道运行时还需缓慢转动, 使安装在卫星上的专门仪器或天线对地定向, 太阳能帆板对日定向, 它含有轨道力学 (研究卫星质心绕地的运动) 和姿态动力学 (研究卫星绕其质心的转动及卫星各部分间的相对运动) 两个方面, 高中阶段只考虑轨道力学问题, 不涉及姿态动力学方面的问题.
2. 变轨原理及过程
若把地球看成一个匀质的球体, 要使卫星绕其做圆周运动必须具有足够大的水平飞行速度才行, 且卫星离地时的速度越大其轨道就越高.为节约火箭的能量, 一般采用顺行轨道发射, 充分利用地球自西向东旋转的初速.
将一颗卫星送到较高轨道上去, 可采用直线或变轨两种方式发射.直线发射是一次送达, 因要克服地球引力做功, 且卫星处于动力飞行状态耗能多, 故一殙般采用变轨发射.变轨发射时先把卫星送到近地轨道Ⅰ, 当卫星运行到某点A时点火加速, 卫星离心运动进入椭圆轨道Ⅱ, 当卫星到达远地点B时, 再开动发动机进行加速, 使之进入预定轨道Ⅲ.
3. 卫星变轨过程中描述卫星运动参量的变化
【例1】一人造地球卫星绕地球做匀速圆周运动, 假如该卫星变轨后做匀速圆周运动, 动能减小为原来的1/4, 不考虑卫星质量的变化, 则变轨前后卫星的 ()
A.向心加速度大小之比为4∶1
B.角速度大小之比为2∶1
C.周期之比为1∶8
D.轨道半径之比为1∶2
二、卫星变轨的原因
1. 星体间的相互影响
卫星在轨定位后, 由于受到太阳、月亮和其他天体引力作用及相关天体活动周期带来的影响, 卫星会产生不同方向的漂移运动, 偏离原来的位置, 因此地球上看到的通信卫星并不是完全静止的.很多家用卫星接收天线收看一段时间后信号变得很差, 就是这个原因.
【例2】美国东部时间2009年2月10日上午11时55分 (北京时间11日零时55分) , 美国铱星33与俄罗斯已报废的宇宙-2251卫星在西伯利亚上空发生相撞, 这是历史上首次卫星相撞事故.2月12日欧洲航天局发布的美俄卫星相撞电脑合成照片显示的是约有12 000块太空碎片成为太空垃圾而围绕地球运转.地面上能观测到并记录在案的在太空中的碎片约有4000多万个, 形成约3000吨太空垃圾.大型太空碎片进入大气层时, 会对地面的生命财产安全构成威胁.当太阳活动期到来, 地球上的大气层被拉起使部分太空垃圾进入大气层, 这些太空垃圾开始做靠近地球的向心运动.下列说法正确的是 ()
A.产生这一结果的原因是由于太空垃圾受到地球引力减小而导致的向心运动
B.产生这一结果的原因是由于太空垃圾受到空气阻力而导致的向心运动
C.太空垃圾进入大气层后的动能变大, 最后在大气层中烧毁
D.太空垃圾进入大气层后的动能变小, 最后落在地球上
解析:当太空垃圾进入大气层时受大气阻力的影响, 其动能减小, 速度减小, 地球对它的引力大于圆周运动的向心力, 因此垃圾碎片就做向心运动.轨道半径减小时相当于卫星从高轨下低轨, 此过程中地球引力对它做正功, 动能逐渐增大.随着速度的增大, 它与地球周围的大气摩擦产生大量的热而烧毁, 故选BC.
2. 空间探索的需要
深邃的太空给了我们无尽的遐想, 为探索更多的宇宙奥秘, 可以根据相关工作的需要对卫星的运行轨道进行调整, 还可组建我们自己的空间站, 以满足空间事业发展的要求.
(1) 人工调整
卫星从发射、变轨、轨道维持和返回的各个环节都是在操作人员的精准测控下完成的, 各个环节都是通过控制卫星上小发动机的喷气时间和速度, 使卫星的运行速度发生变化, 打破原有的运动状态, 做相应的离心或向心运动, 达到变轨的目的.
【例3】我国的国土范围在东西方向上大致分布在东经70°到东经135°间, 所以我国发射的同步卫星一般定点在赤道上空35 786km东经100°附近.假设某通信卫星计划定点在东经104°的位置, 经测量卫星刚进入轨道时位于赤道上空35 786km东经103°处, 为把它调整到104°处, 可以先短时间内启动卫星上的小型喷气发动机调整卫星的高度, 改变其周期, 使其漂移到预定经度后, 再短时间内启动发动机调整卫星的高度实现定点, 两次调整高度的方向依次是 ()
A.向下向上B.向上向下
C.向上向上D.向下向下
此类题在变轨漂移时, 先要看目标位置与实际位置的经度差.若超前小于180°时, 可采用本例的方法处理;若超前大于180°宜采用先加速上高轨再减速下低轨来调整.
(2) 组建宇宙空间站
随着空间技术的快速发展, 建立自己的空间站已列入议事日程.由于组成空间站的各功能舱、连接各功能舱的接点舱以及各种设备和物资都是分批发送后, 再实现太空对接、太空安装和太空运输的, 对接是建设空间站的重要课题.对接又分为同轨对接和异轨对接, 其中, 异轨对接是卫星发射后在通过转移轨道的适当位置时与高轨上的空间站对接.
【例4】2012年6月18日在完成捕获、缓冲、拉近和锁紧程序后, 神舟九号与天宫一号紧紧相牵形成稳定运行的组合体, 这标志着中国首次载人交会对接取得成功.为使在轨运行的神九追上天宫 ()
A.神九可从较低轨道上加速
B.神九可从较高轨道上加速
C.神九可从同天宫同一轨道上加速
D.无论在什么轨道上, 只要对神九加速就行
解析:对接前神九和天宫在轨稳定运行都可近似视为圆周运动, 若直接让神九加速追赶或让天宫减速等待, 它们就会脱离原轨道, 不能实现对接, 这一点不同于平直公路上同向行驶的两辆汽车的加减速.实际运行的神九轨道较低, 可先让它在低轨上运行, 根据高轨空间站的运动周期和卫星在转移轨道上的运行周期适时喷气加速, 使之在高轨上实现对接, 故选项A对B错.而在同一轨道上只加速不减速是不可能进行对接的, 即选项C、D错.
三、卫星变轨的方法
1. 渐变
受环境因素的影响, 在轨运行卫星的轨道半径发生缓慢增大或减小的变化属渐变运动.此类问题虽半径缓慢变化, 但卫星每一周的运动仍可看做是匀速圆周运动, 故可根据变轨是离心还是向心, 来判断卫星的其他相关物理量如何变化.
【例5】2011年10月4日瑞典皇家科学院将2011年诺贝尔物理学奖授予美国科学家索尔·珀尔马特、澳大利亚科学家布赖恩·施密特和美国科学家亚当·里斯, 他们领导的两个小组“通过观测遥远的超新星而发现宇宙正在加速扩张”, 提出了“暗能量”存在的证据.观测证明, 这些超新星的发光度要小于按照原先给定的宇宙膨胀速率计算出的数值, 其发光的波长被拉长了, 说明超新星离地球的距离要比想象的远, 在蕴藏于空间结构中的某种未知能量的推动下, 宇宙正在分崩离析.下面有关宇宙扩张的叙述中正确的有 ()
A.宇宙加速扩张时星体绕行运动的线速度将会变大
B.宇宙加速扩张时星体绕行运动的周期将会变大
C.宇宙加速扩张时星体仍受到中心星体的引力, 只不过是引力在不断减小
D.宇宙加速膨胀会最终导致整个宇宙的密度越来越小, 温度越来越高
解析:宇宙是在暗能量的影响下加速扩张的, 中心天体对其依然有引力作用, 在一段较长的时间内仍然绕中心天体做圆周运动, 但由于暗引力的影响, 星体的绕行半径才逐渐增大, 此过程类似卫星加速上高轨.故其绕行运动的线速度将会变小, 周期将会变大, 即选项A错, 选项B、C对.宇宙的加速膨胀, 将会使天体存在的宇宙空间不断扩大, 使各天体间距不断扩大, 行星与恒星之间的距离越来越大, 随着恒星演化为冷天体而不再产生独立态的无能量粒子, 行星将逐步冷却, 因此宇宙的密度越来越小, 温度越来越低, 即选项D错.
2. 突变
根据技术上的需要, 在轨运行的卫星有时要在适当的位置短时间启动飞行器上的发动机, 使飞行器轨道发生突变, 使其到达预定的目标.
【例6】一颗绕地飞行的通信卫星, 由于受到太阳和月亮等天体的引力作用而偏离赤道轨道, 使其实际运行轨道与赤道平面有一夹角, 可以启动卫星上的小喷气发动机来调整, 下列措施中可行的是 ()
A.先向前喷气减速下低轨, 再向后喷气加速上高轨
B.先向后喷气加速上高轨, 再向前喷气减速下低轨
C.当运行到北半球上空, 先向北喷气使其获得一个较小的向赤道上空运动的速度后, 再适时向南喷气减速向赤道运动
D.当运行到南半球上空时, 先向南喷气使其获得一个较小的向赤道平面的速度后, 再适时改变喷气方向使之绕赤道平面的微小振动是一个阻尼振动, 直至进入静止轨道
解析:依题意绘制卫星绕地运动的空间草图如右.由图知引力恰提供其圆周运动的向心力, 而不能将其拽到赤道平面, 因此需启动小型喷气发动机使之获得一个指向赤道平面的速度, 但当其一旦运动起来, 就会在赤道平面附近做微小振动, 为使卫星能在同步轨道上相对于地表静止, 必须设法使其振动的速度减为零, 才能达到目的, 故选CD.
四、变轨问题的分析方法
1. 引力分析法
【例7】2009年5月, 航天飞机在完成对哈勃空间望远镜的维修任务后, 在A点从圆形轨道Ⅰ进入椭圆轨道Ⅱ, B为轨道Ⅱ上的一点, 如图所示, 关于航天飞机的运动, 下列说法中正确的有 ()
A.在轨道Ⅱ上经过A的速度小于经过B的速度
B.在轨道Ⅱ上运动的周期小于在轨道Ⅰ上运动的周期
C.在轨道Ⅱ上经过A的加速度大于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
D.在轨道Ⅱ上经过A的加速度小于在轨道Ⅰ上经过A的加速度
2. 能量分析法
当卫星轨道发生变化时, 引力做功使其能量发生相应的变化, 从高轨下低轨引力做正功, 将重力势能转化成动能, 使其线速度和角速度都增大, 反之亦反.
【例8】我国计划在2025年实现载人登月, 并在绕月轨道上建造空间站.如右图所示, 关闭动力的航天飞机在月球引力作用下向月球靠近, 并将与空间站在B处对接, 已知空间站绕月轨道半径为r, 周期为T, 万有引力常量为G, 则下列说法中正确的有 ()
A.图中航天飞机正加速向B处飞行
B.航天飞机在B处由椭圆轨道进入空间站轨道须点火减速
C.根据题中条件可以算出月球质量
D.根据题中条件可以算出空间站受到月球引力的大小
五、变轨问题的综合应用
1. 新材料信息问题
卫星运动与高科技联系紧密, 一般都有较长的文字材料.往往在题中设置新情景, 提出新问题或临时给出平时没有遇到过的新信息.要通过阅读题目去甄别筛选有用的物理信息, 结合卫星在三维空间内的运动, 对信息进行加工, 选择一个恰当的视点, 明确其运动情况, 构建空间立体模型, 运用中心天体对它的万有引力提供圆周运动的向心力来处理.
【例9】2011年8月, “嫦娥二号”成功进入了环绕“日地拉格朗日点”的轨道, 我国成为世界上第三个造访该点的国家.如图所示, 该拉格朗日点位于太阳和地球连线的延长线上, 一飞行器处于该点, 在几乎不消耗燃料的情况下与地球同步绕太阳做圆周运动, 则此飞行器的 ()
A.线速度大于地球的线速度
B.向心加速度大于地球的向心加速度
C.向心力仅由太阳的引力提供
D.向心力仅由地球的引力提供
解析:本题引入“日地拉格朗日点”这一新信息, 增加了解题的难度, 但仔细品读题目会发现“与地球同步绕太阳做圆周运动”这一关键信息, 就可推断出二者角速度相等, 由v=rω和a=rω2知, 选项A、B对;若嫦娥二号的向心力仅由太阳提供, 则其线速度应小于地球的线速度, 若只由地球提供, 则其应绕地运行, 故其向心力由太阳和地球共同提供.
2. 综合应用
引力作用下卫星的变轨与其他知识结合点多, 应有效地收集信息并将那些零碎的信息组织起来, 抓住切入点, 建立问题与信息间的联系, 运用相关规律来解答.
【例10】为检测设备抗强光的干扰能力, 在飞控中心的控制下天宫一号与神舟八号于2011年11月14日20时在光照区成功进行了第二次交会对接.如下图所示, 两个目标飞行器在相距140m的停泊点处绕地高速运转, 接收并执行指令后8000kg的神舟八号启动喷气装置, 以0.05m/s2的加速度匀加速追赶8600kg的天宫一号, 运行中的飞船是靠光信号实施自主对接的.设神舟八号以0.5m/s的相对速度运行时每隔t0秒发射一次脉冲信号, 经天宫反射回传的两个连续光信号分别经t1、t2秒接收到.若其向前运行了210s后接到指令又匀减速滑行到30m的停泊点处等待新指令.则 ()
A.飞船加速时喷气装置产生的推力约为400N
B.飞船减速时的加速度约为0.01m/s2
D.二次对接解锁时因弹簧弹力做功而使两个目标飞行器的总动能增加
通过从轨道力学角度分析卫星的变轨问题, 引导大家了解STSE的相关信息, 促使大家多角度全方位观察和分析卫星的轨道运动, 构建立体的动态卫星运动图, 达到知识巩固, 能力提升的目的.
浅析人造卫星 篇2
教学目标
知识目标：
1、通过对行星绕恒星的运动及卫星绕行星的运动的研究，使学生初步掌握研究此类问题的基本方法：万有引力作为圆周运动的向心力;
2、使学生对人造卫星的发射、运行等状况有初步了解，使多数学生在头脑中建立起较正确的图景;
能力目标
通过学习万有引力定律在天文学上的应用，通过解世界和中国的航天事业的发展，了解世界上第一颗人造卫星、第一个宇宙飞船、第一个宇航员的知识，了解中国的神州一号、神州二号、神州三号的发射与回收，增强学生的爱国主义热情.
情感目标
通过学习万有引力定律在天文学上的应用，使学生真切感受到用自己所学的物理知识能解决天体问题，能解决实际问题，增强学生学习物理的热情
教学建议
本节的`教学过程中在加强应用万有引力定律的同时，还应注重卫星的发射过程.请教师注意下列几个问题.
一、天体运动和人造卫星运动模型
二、地球同步卫星
三、卫星运行速度与轨道
最小人造卫星问世 篇3
你能想象一颗卫星可以握在掌心吗？年仅27岁的扎克·曼彻斯特就制造出了这一世界上最小的人造卫星。
正如埃隆·马斯克一样，扎克·曼彻斯特（Zac Manchester）专注于将人类带入太空。但是和马斯克不同的是，他没有上亿资产的太空船公司作为强大的后盾支撑，他有的只是强大的想象力，和作为一名年轻工程师出类拔萃的技术能力。
据《经济学人》报道，扎克是美国康奈尔大学航天工程专业的一名博士研究生，他用极低的仅为25美元的成本，制造出了世界上最小的人造卫星。
他给这个卫星起名为“小妖精”（sprite）。其规格为：宽35毫米、重4克的电路板，每个电路板持有多个传感器和太阳能电池、一个处理器、一个无线电广播装置和一对盘绕的晶须，每一个卫星还配置了磁力计和陀螺仪，从而获知卫星指向的方向。
这个项目背后的资金支持来自一个名为“Kickstarter”的网络众筹网站，吸引了315位捐助者，筹集到了74586美元的资金。为SpaceX公司提供发射服务的美国宇航局，也决定免费为曼彻斯特部署卫星。
原定计划于2016年7月6日发射的人造3U立方体卫星 KickSat-2是KickSat-1的升级优化版，它将在美国航空航天局（NASA）的OA-5任务中被发射，这是执行第七个无人驾驶的太空供给飞行计划的飞船，飞船将承载100个这种小卫星，一旦进入轨道，这些“小妖精”便会自己出发，伸展开它们的天线脱离母飞船。
这些卫星将运行在低空轨道，它们可以用于研究地球上层大气或其磁场、观察地球上的潮起潮落，或是监测太空中的“太阳风暴”粒子，这些粒子会影响到地球上的通信系统。
曼彻斯特表示，3毫米的智能手机相机也很容易被添加到这个小卫星上，再进行一些开发，它们可以出色地完成对小行星勘探的协助任务。成千上万的“小妖精”可以把它们的勘探对象从各个角度拍摄成像，并且在其表面形成一个简单的传感器网络。如果将这些小卫星附着在轻量级的镜面上，激光可能会将它们射到太阳系中的其它目标上，也许有一天，它们能够超出太阳系。
然而由于KickSat-2在美国联邦通信委员会（FCC）认证上的一些问题，发射计划被推迟。曼彻斯特发表声明会尽快落实此事，并且感谢美国航空航天局发射服务程序部门对此项目的大力支持。后者承诺当KickSat-2的FCC认证落实后，在下一次发射任务中完成对KickSat-2的“放飞”。
这位年轻人还梦想亲自来一次“太空之旅”，这个发明只是一个开端，是他实施航天计划的第一步，他希望让每个人都能轻松地探索太空。
在他看来，这些微型卫星有着巨大的应用前景。相信不管是在人类科技、经济发展还是对宇宙的探索求知，都是一次进步的契机和驱动。也许在不远的将来，这些“小妖精”将飞越太阳系，飞出银河系，为人类探索更多宇宙的奥秘。
浅析卫星研制经费管理 篇4
我国多领域对通信卫星的需求越来越大, 发射的多种通信卫星在广播电视、地震救灾等领域发挥了重要的作用。为顺应通信卫星事业发展趋势, 中国空间技术研究院专门成立通信卫星事业部, 作为通信卫星研制的责任主体和业务总体单位, 负责通信卫星领域的业务发展规划, 各类通信卫星的研发、总体设计及系统集成, 并引领专业所厂发展相关技术与产品。
面对整星出口的业务模式、众多的项目承担单位、骤然增大的项目经费、一批新单位的加入, 以及大量系统外单位在隶属关系、单位性质、管理方式、执行的会计制度等不同的复杂情况, 能否充分使用研制经费, 备受各方面的广泛关注。
二、通信卫星研制经费管理的特点
通信卫星的研制是一个大型的系统工程, 采用大量高新技术, 然而长期以来, 卫星研制总体单位将科研生产和质量摆在第一位, 对卫星经费全生命周期的计划和关注很少, 对经费使用需要遵循的财务和会计制度也了解甚微。卫星研制过程中的经费管理有如下特点。
(一) 存在总体与分系统的关系划分
通信卫星的研制过程较复杂, 包括总体单位和各专业厂所。研制经费一般由国家整体下拨给总体单位, 根据各分系统或者制造场所工作量对经费进行分配, 总体单位只能留存属于自己的部分经费, 对其他部分没有支配权并已纵向拨款的形式下拨给其他场所。所以卫星研制经费在总体单位和各分承研单位之间分配, 在一定程度上存在竞争关系, 而卫星研制又需要各参研单位的参与和配合, 它们之间又存在着通力配合的关系, 这两者关系互相矛盾又相辅相成, 需要多方博弈, 最后确定相应的经费分配比例。
(二) 管理特殊性
卫星在研制过程中的物资需求、人力需求、资金需求和进度计划等是不断变化和逐步确定的。但是, 卫星研制经费是国家直接用于卫星研究与制造的专项经费, 具体开支范围和内容有比较特殊和严格的要求, 需要遵守一般的会计制度外还要遵循各种不同的财务规定, 并不能像其他单位或者公司那样成本费用由自己控制, 只需要遵循通用的会计制度就行, 所以对于卫星研制经费的管理变得复杂而特殊。
三、目前存在的问题
卫星研制经费的管理要比一般的科研项目严肃的多, 在研制经费紧张的背景下, 卫星研制单位根据经费管理规定合理开支经费, 利用有限的经费资源研制出了大批的卫星并成功发射, 为全球通信事业做出了巨大的贡献。但同时在经费管理上还存在着一些比较难解决的、特殊的问题和不足, 主要体现在以下几个方面。
(一) 预算编制、执行不够规范
长期以来, 卫星研制经费的全生命周期的测算预算不准确地反映研制活动的总体成本, 各明细成本具体支出内容与研制过程中的实际支出内容不能完全匹配。这有着卫星研制复杂的客观原因, 也有下达经费预算时信息掌握不全面, 对卫星使用经费全生命周期缺乏了解的原因以及在研制过程中没有按照预算和相关规定执行的主观原因。
项目的负责人在编制和上报项目预算时忽视财务制度、缺乏财务部门的专业建议。项目负责人往往在卫星研制的技术和进度上比较专业, 而在经费使用和管理方面缺乏财务和会计知识, 在立项时向上报出的经费预算往往没有结合相关财务规定, 没有参照已经发生的其他型号的经费支出时的细节问题, 申报的预算在某些方面难以在以后的工作中实现。而立项之后, 缺乏对项目经费使用的跟踪管理和约束机制, 导致有的项目没有按批复的预算执行, 有的没有按研制项目的进度执行, 有的开支超支有的经费结余。
(二) 重设备建设轻智力投资
对于具体的设备 (特别是需进口的引进设备) 的申报数量较多且金额较大;而对于人员引进、知识产权转让等方面的立项途径则很少。在目前的成本报价构成中刚性成本过高, 未能结合自身特点, 支撑软性成本, 导致在与用户及上级机关签合同时处于被动地位。并且由于刚性成本支出比较固化, 基本无法为研制单位带来实质性收益。研制人员费用偏低导致无法吸引优秀的研究人员和技术人员, 进而缺少优秀的科研成果。
(三) 缺乏相应的监管机制与绩效考核
投资主体对经费使用缺少严格的事前和事中监管, 基本是考事后检查。研制单位的内部监管意识和机制比较薄弱, 监督目的也较不端正, 不是为了正确合理得使用经费, 而往往以应付检查为目的。卫星研制总体单位的业务和管理部门缺乏财务、监察方面的专业知识, 对相关制度和规定的要求不重视, 没有认识到经费管理不科学的研制性。对研制项目的各类考核往往看重形象进度和研制成果, 忽略经济效益。
(四) 部门沟通不够
卫星研制总体单位对研制经费通常实行项目管理, 经常存在项目管理组织机构与财务部门相脱离的现象。项目管理部门注重争取项目、跟踪项目技术情况、顺利开展卫星研制工作以及成功发射卫星。对于项目经费申报、使用、结题验收等不够了解, 导致申请的经费与实际支出相脱节;而财务部门虽然擅长于财务专业、了解相关政策法规, 但没有及时参与项目的进展, 对研制经费的介入处于链条的最末端, 对于不合规的支出也只能事后控制, 使得财务人员只能被动地改善经费支出的不合理, 往往事倍功半。
四、经费管理措施探讨
(一) 加强对规章制度的研究和贯彻
国防科研经费管理相关规定较多, 涵盖了科研经费管理体系中预算立项、使用及拨款、经费使用、监督监察、项目结题验收等各个主要阶段。卫星研制单位应积极宣贯这些管理办法, 对科研经费管理的制度体系加强研究, 合理利用各种经费管理制度中的规定及其操作上的自主性, 最大限度地利用政策维护自身的利益。尤其是科研生产以及项目管理人员需要加强相关财务制度的学习, 从观念上重视经费使用合理合规的重要性。
(二) 改善预算编制、执行、决算的流程
全面预算管理的目标是建立起以业务预算为基础、现金流量为核心的资金集中统一管理的管理体制。首先要根据项目实际情况开展全生命周期的经费策划, 转变过去预算越多越好的思维方式, 将项目预算编制合理化;其次要加强控制, 虽然卫星研制总体单位的收入和利润的核算方式与普通的单位和公司有较大的差别, 但是这并不意味着成本费用越大越好, 在经费使用过程当中需要对照预算和相应的规定合理支出、避免不必要的浪费。
在预算编制和经费的使用过程中, 增加设计人员工时费和软件设计费等, 以体现设计人员的智力。增加科研人员的激烈作用, 充分发挥其主动性与创造性。
建立与科研经费管理相关的内部制度, 力争项目管理流程化、制度化, 做到经费开支公开透明。建立科研经费支出考核的长效机制, 将科研成本与科研经费使用的合理性与科研成果相结合, 将经费使用情况作为型号是否成功的重要方面。
(三) 注重卫星研制单位内部协商沟通
建立卫星研制单位内部的协商沟通机制, 在项目立项报价和研制过程中需要外协配套时进行协商。增加财务部门和财务人员对项目的参与度, 改变财务部门位于经费管理最末端的现状, 将财务专业知识在整个经费管理的链条中使用起来。项目立项申报、经费使用、结题验收、审计各阶段中加强相关专业知识以及法律法规的引入, 将事后管理扩充到事前准备和事中控制。建议给各型号配备专职的型号会计师, 使会计师全面参与项目, 一方面可以加深会计人员对项目的了解, 使得会计人员能将经费管理与项目其他方面相结合, 更好得将经费使用合理化, 另一方面, 将会计人员纳入项目管理部门后, 将加强其责任感, 作为项目组的成员, 其专业意见更能得到项目组其他人员的重视, 会计人员全程参与经费的使用, 这将大大提高经费的使用效率和合规性。
摘要：文章从通信卫星需求及经费管理特点入手, 分析了卫星研制过程中经费管理的特点和目前经费管理过程存在的问题, 针对性地提出了若干管理措施。
关键词：卫星研制,经费管理,管理措施
参考文献
[1]宋景岩.军工科研单位科研经费管理制度及应用策略[J].航天工业管理, 2009, (4) .
[2]卢青, 刘少军.装备科研项目经费管理浅析[J].当代经济, 2011, (3) .
第二册人造卫星宇宙速度物理教案 篇5
2． 知道三个宇宙速度的含义，会推导第一宇宙速度。
3． 培养学生自学和应用网络资源的能力。
4． 理解科学技术与社会的互动关系，培养学生科学的民主意识。
重点难点：
第一宇宙速度的推导
教学方法：
讲授、讨论并辅以多媒体演示及网络环境下的自学等多种形式的教学方法。体现STS教育和综合化的思路，有效合理地应用各种教育教学手段，丰富学生的学习方式，优化教学过程。
教学器材：
网络设备及相应的教学软件。
教学过程：
●引入新课
在科学技术欠发达的古代，“嫦娥奔月”只能是美丽的传说。
1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，从而开创人类的航天新纪元；1961年4月12日，前苏联成功地发射了第一艘“东方号”载人飞船，尤里·加加林成为人类第一位航天员，揭开了人类进入太空的序幕；1969年7月20日，美国航天员阿姆特朗和奥尔德林驾驶“阿波罗”11号飞船的登陆舱降落在月球赤道附近的静海区，首次实现了人类登上月球的理想……
人类进入了航天时代。这节课我们就来学习人造地球卫星方面的基本知识。
【板书】6.5 人造卫星 宇宙速度
●新课讲授
离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物体将做平抛运动即最终要落回地面。但如果射出的速度增加，会发生什么情况呢？
【板书】
一、人造地球卫星
演示牛顿设想原理图。由于抛出速度不同，物体的落点也不同。当抛出速度达到一定大小，物体就不会落回地面，而是在引力作用下绕地球旋转，成为绕地球运动的人造卫星。
那么，速度多大时，物体将不会落回地面而成为绕地球旋转的卫星呢？
【板书】
二、宇宙速度
下面讨论人造卫星绕地球运动的速度。假如地球和人造卫星的质量分别为M 和m，卫星的轨道半径和线速度分别为r和v，根据万有引力提供向心力可知：
由此解出： v=
对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径R，可求出：v=
将引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2和地球质量M=5.89×1024kg及地球半径R=6.37×106m代入上式，可求得v1=7.9km/s。这就是卫星绕地面附近作圆周运动所需的速度，叫第一宇宙速度，也称环绕速度。
【板书】 1.第一宇宙速度(环绕速度)v1=7.9km/s
请学生根据所学的知识，推导第一宇宙速度的另一种表达式：v1=
推导：地面附近重力提供向心力：
即 mg= 所以 v=
将R=6.37×106m, g=9.8m/s2代入，求出第一宇宙速度仍为7.9km/s。
如果人造地球卫星进入轨道的水平速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨道就不是圆，而是椭圆。当物体的速度等于或大于11.2km/s时，物体就可以挣脱地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造卫星。所以，11.2km/s 是卫星脱离地球的速度，这个速度叫作第二宇宙速度，也称脱离速度。
【板书】 2.第二宇宙速度（脱离速度）v2=11.2km/s
达到第二宇宙速度的物体还受太阳引力的束缚，要想使物体挣脱太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去，必须使它的速度等于或大于16.7km/s，这个速度叫作第三宇宙速度，也称逃逸速度。
【板书】 3.第三宇宙速度（逃逸速度）v3=16.7km/s
人造地球卫星的种类很多，有一种特别的卫星叫地球同步卫星。
【板书】
三、地球同步卫星
地球同步卫星是指其公转周期和地球自转的周期相等的卫星。地球同步卫星有几个明显的特点：（演示课件）
【板书】 特点：
周期一定--23小时56分4秒
方位一定--赤道上空
高度一定--3.6×107m
人造地球卫星有广泛的应用。例如，靠人工进行资源调查，速度慢、效率低，调查和开发一个矿藏一般需要十几年的时间。现在利用人造卫星进行调查，它一天绕地球转十几圈，在高空拍下卫星照片，回收下来，可以大面积了解全局，效率大大提高。例如，对北京以北十六万平方公里地区的一次卫星勘察，就找到七个成矿预测区。
电视教育是培养人才的一种手段。但是电视靠中继站转播，每隔50km就要建一个中继站，这要耗费大量的人力、物力。如果利用卫星传播，象我们这样幅员辽阔的国家，只要一颗同步通信卫星，边远地区也可以收看首都的电视节目。1984年4月我国发射的试验通信卫星为我国通信事业的现代化开拓了极为广阔的前景。1986年10月我国开始利用通信卫星进行电视教育广播。
下面就请同学们利用网络资源，上网查找有关人造卫星和航天方面的资料，增加对这方面知识的了解。并围绕以下问题进行信息检索：
1.能否发射一颗相对静止在北京上空的通信卫星？
2.了解我国人造地球卫星的发展状况。
3.了解人造卫星的种类。
（学生上网）
● 巩固练习
1.一颗在圆形轨道上运行的人造地球卫星，轨道半径为r，它的线速度大小为v，问:当卫星的轨道半径增大到2r 时，它的线速度是多大？重力变为原来的多少倍？
2.天文台测得一颗卫星沿半径为R的圆形轨道绕某行星转动，周期为T，求卫星的向心加速度和行星的质量。
● 在线测试
做网页上的试题，并可现场给出分数。
● 作业
1.复习本节课文及阅读有关黑洞的知识。
2.思考课本练习二第（4）、（5）、（6）题。
3.练习二第（1）、（2）、（7）题做在练习本上。
说 明：
1.本节教材从万有引力提供向心力为出发点，讲述了人造卫星的运行原理，推导了第一宇宙速度，了解了三个宇宙速度的含义。
有关人造卫星的几个结论与应用 篇6
一、结论的得出
设人造卫星的质量为m、轨道半径为r，地球的质量为M、半径为R。由于地球对人造卫星的引力提供了人造卫星做匀速圆周运动的向心力，故有
结论1
人造卫星在不同的轨道上环绕地球做匀速圆周运动时，其线速度的大小是各不相同的。
此结论由①式很容易得到：
结论2
人造卫星在不同轨道上环绕地球做匀速圆周运动时，其周期的大小是各不相同的。
此结论很容易由②式得出：
由④可知，人造卫星运行的周期大小，随着轨道半径的增大而增大。当人造卫星在环绕地球表面附近（r=R）运行时，人造卫星的运行周期最小，为
结论3
发射人造卫星的过程就是克服地球引力做功的过程，因此人造卫星的发射速度随着轨道半径的的增大而增大。若空气阻力不计，则卫星进入轨道的过程中，其动能的减小量等于其引力势能的增加量。人造卫星的最小发射速度（人造卫星在地球表面附近运行时r=R），即第一宇宙速度的大小由③式可得：
结论4
在某一轨道上运行的人造卫星，若受到某种阻力的作用时，卫星的机械能将减小，速度变慢。卫星在此轨道上受到的万有引力就会大于它做匀速圆周运动所需的向心力，于是卫星的轨道半径就会减小，高度就会降低。当卫星重新稳定于另一轨道运行时（此时的万有引力仍然等于新的向心力），由于地球引力做正功，卫星的线速度要增大，因此其动能也增大。
结论5
同步卫星（即应用通信卫星）由于它的运行周期不变（T=24 h），则由④式可
二、应用结论速解题
C.卫星A的发射速度小于卫星B的发射速度
D.卫星A、B不可能同时为地球的同步卫星
解析
由结论1可知，卫星A、B环绕地球做匀速圆周运动的线速度之比为：卫星的轨道半径不同，所以卫星A、B不可能同时为地球的同步卫星。
综上所述，本题应选B、C、D.
例2一颗人造卫星正在某轨道上运行，从卫星沿运动方向弹射出一个物体，当卫星重新稳定运行时（设卫星稳定飞行时的运动均为匀速圆周运动），则
（
）
A.卫星仍在原轨道上运动，但速度变小，周期变大
B.卫星距地面高度减小，速率变小，周期变小
C.卫星距地面高度增大，速率变大，周期变小
D.卫星距地面高度减小，速率变大，周期变小
解析
当卫星沿前进方向弹射出一个物体时，由卫星的运动速率将减小，这时地球对卫星的万有引力大于卫星环绕地球运动所需的向心力，因此卫星运动的轨道半径将减小。
由结论4可知，当卫星重新稳定到另一轨道运行时（此时万有引力重新等于向心力），由于地球的引力做正功，卫星的线速度将增大。
由结论2可知，卫星运行周期的大小，随轨道半径的减小而减小。
综上所述，知本题应选D。
浅析纪录片《人造风景》 篇7
影片中拍摄了大量的中国影像,只有一处拍摄了印度孟加拉国,一群下层的劳工正在海边的滩涂上拆卸已经报废的轮船。不过,这一段是作为中国的对照而拍摄的。前一个镜头正是在中国的一个造船厂,一艘艘钢铁巨轮正被制造出来,而在这里它们却被一点点地分解。两个场景的对比产生了一定的反讽效果,让人不禁思考:人类到底在忙碌什么?片子虽关乎中国的工业化发展现状,但不应把这个话题用“中国”框住,毕竟这样的状况是全球化进程当中的,是世界性的话题。
在这部纪录片当中,彩色画面和黑白画面多次穿插使用,纪时性和表现性艺术手法交叉剪辑,影像和图片相结合表现。这种融和风格的表现方式极具主观创造性色彩,同时也极具创作者个人化的手法,突破了传统的纪录片的模式。
彩色的画面和黑白画面产生不同的审美感受。彩色的影像画面给人一种明快的视觉和心理感受,黑白的影像画面则给人一种压抑和恐惧的心理感受。在整部片子当中,两种不同基调的影像画面相互穿插、结合使用,共同凸显影片主题。
在整部影片当中,彩色画面和黑白画面二者多次交叉剪辑。尤其是对黑白影像的使用是本片的一大特点,使画面更具有视觉冲击力和表现力,大大增强了画面的艺术效果,同时又具有一定的批判色彩。例如,创作者在一个回收工业垃圾的乡村工厂给一群正在玩耍的孩子们拍照,这一段黑白影像的拍摄,渲染出一种沉郁、压抑的影像气氛和情感基调。黑色也常常代表着恐惧和死亡,片中运用黑白的影像画面浓重地表现整个村庄中的人们生存环境的污浊和黑云滚滚、遮天蔽日的灰暗。电子垃圾所释放出来的污染气体弥漫在整个乡村的上空,村里的老老少少就在这样的环境中生活着。天真乐观的孩子们期待拍照,好奇地围观着,站在电子垃圾堆成的小山上,异常开心地听从摄影师安排。当孩子们看到照片时,脸上露出欢快、纯洁的笑容,并发出清脆爽朗的阵阵笑声。画面和声音的对比效果,凸显出二者的格格不入,通过黑白画面对声音形成的反衬效果,从而对观众的视觉和心理产生了强烈的冲击力,其中包含的悲剧性和批判性显而易见。这些孩子并不知道自己将来会成为这位摄影师在西方课堂上的“物证”和进行环保训诫的道具。
在展示三峡大坝建设的一段影像当中,同样使用了黑白影像的画面处理手法。一个四五岁左右的小女孩,站在那已被拆除的沿江小城的坍塌房屋和残砖断瓦上,面对着摄像机端着碗在吃饭。小女孩边吃饭边好奇地对着摄影师和摄像机,同样的,她并不知道自己身边到底发生了什么,又意味着什么。稚嫩的孩童在工业化发展大潮中,比一颗螺丝钉还要渺小。这是工业化发展和现代化建设中,一些沿岸百姓的真实生活处境。
此外,摄影师在拍摄印度某拆船厂时,同样使用了黑白的影像画面进行表现。压抑、恐怖的画面气氛和影像基调,加上人物的笑容,大大加强了二者之间的对立与不和谐,也共同渲染出了一种接近死亡的、地狱般的生活影调。使用色彩和色调来处理影像,体现出了创作者对再现与表现艺术手法的有效运用。
穿着整齐划一的工作服的人群被当作了风景入画;个体的人被最大限度地模糊,大部分的特写镜头也是集中在他们干活的如机器一般的手上;几个黑白场景配上几乎贯穿后半段的哀怨的音乐,显然在暗示画面中人物命运的悲剧性。这些具有批判色彩的艺术处理手法,在一定程度上体现出了创作者的立场和创作态度。即便是开头第一个长镜头中,导演通过旁白表达了自己的一个创作态度,其中说道:“我既不想美化工业,也不想责备它,我想说的是,这就是现状。”创作者试图通过旁白使自己从作品本身剥离出来,以纪录者的姿态来展示作品,进而显得中立。但是,黑白影像的表现手法的使用,与纪录者一开始所表达的个人中立态度是不能完全吻合的。即便创作者记录的影像是真实发生的,但是所运用的艺术表现手法和影像风格却带有明显的个人化的批判色彩。
除此之外,在这部纪录片当中,我们还可以发现创作者不仅没有刻意地隐藏摄像机,而且除去旁白和对话的声音之外,还使拍摄者不止一次地出现在画面当中,呈现出创作者拍摄素材时的真实场景影像资料。似乎要传达给观众,创作者拍摄影像的真实性和真实是被创作者创作出来的双重含义,从而引发观众的思考。
纪录片中,长镜头的使用非常普遍,影片在开头长达8分钟的移动镜头中缓缓地展开。一个巨大的工厂车间,一排排的流水线,坐满了正在机器旁做着各种各样工作的工人,前5分半钟没有任何的旁白或者对话,只有沉闷的机器嗡嗡作响,或者轻微的打击声,声音和画面单调得让你沉沉欲睡。五分半钟后,旁白响起,镜头继续移动,最后镜头定格于车间的一个俯拍的远景镜头,整齐的机器与蝼蚁般的穿着黄色工服的工人在巨型的车间里显得极其渺小。
在随后的第二个镜头,则是铃声响起,前面的工人离开车间里的工作岗位往外走。第三个镜头使用了摇镜头,拍摄逐渐空下来的工厂车间,拍到一位没有离开工作岗位、趴在机器前睡觉的工人。第四个镜头,是工厂的车间外面,赫然写着“世界工厂、世界通道”几个大字,下面还有一行英文解释。第五个和第六个镜头是零零散散的工人结伴从车间走出来。第七个镜头是远景拍摄从车间走出来的工人们,之后,镜头开始慢慢向下俯拍,然后画面定格,这时画面的构图是马路中线和地面上的一条横线相交叉,形成一个“十字架”的画面分切效果。随后画面淡出,叠印在画有一副向日葵的大门上,镜头开始向上仰拍,露出大门的门锁锁眼,再往上,露出了一个简笔画的黄色笑脸。这时画外音出现,“大家早上好!”“好!”
接下来的一个镜头是,远景拍摄工人们在工厂的路边集合,集合的队伍长得看不见边际,年轻的男男女女,密密麻麻,只看见一片一片的黄色,场面很是壮观。随后,在旁白对话当中,摄影师给了一个长达19秒的仰拍的镜头。然后,画面继续剪接之前摄影师拍摄的画面,旁白对话继续。最后,画面场景定格在摄影师的镜头里。拉镜头,画面出现于加拿大的摄影展的展厅里,作为艺术品悬挂在展厅的墙上,它们正在震撼着地球另一端的人。展厅里还展出了拍摄的各式各样的工业场所、工业造物,如废弃了的采石场、矿山、垃圾山等“人造物”和“人造风景”。接着画外音先切入,之后画面剪接摄影师正在进行演讲,讲解其所拍摄的画面和图片。
在前面这一段10多分钟的拍摄中,这些影像画面看上去似乎是毫无感情地存在着,但是影片的呈现方式和画面气氛的渲染,则含有强烈的主观化批判色彩。
众所周知,“十字架”代表着救赎的含义。影片9分54秒,镜头开始向下俯拍,10分03秒时画面定格,这时马路中线和地面上的一条横线相交叉,形成了一个“十字架”的画面分切效果。这种镜头的选择和使用,把创作者背后所隐喻和所要表达的深层的含义,又一次显露了出来。这与创作者在第一个镜头的旁白中说的,对工业现状既不美化也不责备的中立的态度亦有所出入。这个镜头的使用也包含了创作者的主观情感,含有创作者个人的价值取向,隐晦地表现出了创作者的个人的深层观点——这些人需要被救赎。
在后面的部分,创作者几乎是毫不掩饰地表达了个人的观点。片中24分35秒至24分48秒处,摄影师通过旁白,说自己很少拍肖像,但一位老太太令他不得不拍,因为她经历了“大跃进”和“文革”时代,如今却坐在从西方运来的垃圾堆里……除此之外,在拍摄三峡大坝的部分,创作者问一个中年男子参加了国家那么大一个工程,是否感到自豪,中年男子说,我只是个打工的。这样的对话,或许能够隐隐地感受到创作者在创作时无法掩饰的、其强烈的批判精神和浓厚的西方意识形态。
三峡大坝的建设部分,出现了许多有丰富意义的影像画面:被拆的房屋,黑白的画面,人们在拆迁的房屋上打打砸砸,摄影师在拍摄,正在焚烧的垃圾堆,房屋倒塌的声音,摄像师扛着器材在废墟上走,一个对着摄像机端着碗正在吃饭的小女孩,废墟中依旧在忙碌的人们,摄影师摆拍扛着东西走过的人和牵着毛驴走过的人们,摄影师给他们看图片,他们对着镜头展示着他们从摄影师那里得到的图片……这些人并不能够理解这一切究竟意味着什么。这些巨变留下的影像,能够感受到工业化发展背后的阵痛和创作者批判的声响。
但到了最后上海的城市化建设部分,剪辑了一位年轻海归女富豪的豪宅和简陋的弄堂民居的强烈的对比影像,看上去和前面的部分似乎有些格格不入,略感突兀。之后有一个镜头表现了一位坐在空旷的新楼的楼梯上做针线的老奶奶,让人印象深刻。年青一代积极地参与到城市化的建设当中,老一辈的人却被置于一个尴尬和孤独的处境,无所适从。城市的发展他们无法及时参与其中,看到在夹缝中生存的他们,也令我们的内心隐隐作痛。
影片的最后,是蓬勃兴起的天津某煤矿基地,一片一片的等待建设的荒地、骑自行车的男人、带着面纱骑自行车的女人、一片片堆积如山的煤堆、对着煤堆的房子、暗黄的天色、远处闪烁的霓虹灯……天色渐入黄昏,然后,画面定格,远处的霓虹灯透出一股寂寞的感觉。伴随着这个镜头的是单调嘈杂的嗡嗡声,这种声音充斥整个荧屏,这是一种毫无生机的绝望之声。画面逐渐模糊直至黑屏,影片结束……
总体来讲,本片出彩的影像效果和其深层次的意义表达,以及所具有的批判意义和现实意义,不言而喻。此外,我们发现,片中多次使用了对比手法进行拍摄。巨大的轮船或浩大的三峡工程与电焊工的渺小之间的视觉对比、中国某造船厂和印度轮船拆分厂的影像对比,上海的老弄堂和新别墅区的对比,以及密密麻麻上海老城区和高楼林立新城区的画面对比。无论从色彩还是构图,整部片子都有着丰富的意象。
本片荣获2006年多伦多影评人协会最佳加拿大影片和最佳纪录片奖、2007年加拿大金尼奖最佳纪录片奖、2007年河水潺潺国际影展最佳纪录片奖。
这部片子本身的意义和价值不容否定,并且除了艺术上的成功之外,还让我们对自身的生活环境现状产生了强烈的担忧。一个领土广阔、人口超载的国家,为谋求发展付出了巨大的代价。我们应该铭记,庞大的发展建设工程的背后是数百万背井离乡的百姓;城市处处林立的高楼下,是一片片被摧毁的耕地和一群群被迫改变生存方式的人们。这部片子还让我们知道了在这个地球上,还有另外一些艰辛的生活是我们所不了解的,还有另外一些人造的“风景”是我们无法想象的。也让我们深刻地认识到,尽最大力量保护我们生存的家园刻不容缓。
此外,我们也不反对创作者所表现出来的批判视角。排除政治目的,排除创作者站在道德制高点和西方发达国家的优越性与环保的角度,去构建正义和非正义的二元对立逻辑,并以此去评说发展中国家和人民的可能。我们应该感谢创作者为我们留下的直观影像,记录下了这个时代的工业风景,并让我们深深地反思。
摘要：导演拍摄的工业风景,构成了一幅工业化、全球化进程中的立体的影像图景。不得不承认创作者创作角度的独特,他所拍摄的这些巨大的工业造物,冷峻的色调,空旷的场面,压抑的、令人窒息的画面气氛,给人以视觉和心灵上的冲击,并引发人们的深刻思考。在纪录发展中国家工业化发展的现状时,散发着浓烈的悲情意味,同时显露出创作者强烈的主观性表达。
关键词：长镜头,压抑,批判,情感基调
参考文献
[1]任远.纪录片的理念与方法[M].北京:中国广播电视出版社,2008:116.
[2]米克·巴尔(荷).叙事学:叙事理论导论[M].谭君强,译.北京:中国社会科学出版社,1995:113-114.
第二代卫星交互系统浅析 篇8
DVB-RCS标准由ETSI(欧洲电信标准协会)于1999年开始起草,2003年发布最终版本。DVB-RCS标准的公布,不但有利于市场的统一规划与发展,而且使通信与广播的结合成为可能,为卫星通信的发展指明了新的方向。21世纪初期,纠错编码、高阶调制技术、同步技术等信号处理技术有了突破性进展,使DVB-RCS升级成为可能。DVB组织于2008年开始筹划对该技术升级,并于2011年5月和8月分别公布了DVB-RCS2-Part1和DVB-RCS2-Part2。
1 新一代卫星回传系统的基础
DVB-RCS2相对于DVB-RCS最大的区别在于:其前向链路不仅支持DVB-S标准,还兼容DVB-S2标准[3],因此在子站接收方面也将作出相应调整。而且现在的DVB-S2接收设备已经很成熟[4],这样DVB-RCS2的子站会更加灵活。第二代回传系统其前向链路相对于第一代回传系统就有很大的变化,而这种变化主要体现在DVB-S2相对于DVB-S的变化,主要如下:
1) DVB-S2支持的业务更加多样化,交互式系统的使用会更加灵活。
2) DVB-S2另一个引人注目的革新在于信道编码方式的变化。DVB-S2纠错编码使用低密度奇偶校验(Low Density Parity Check,LDPC)码与BCH码级联,这种编码组合更接近香农极限的理论值;调制方式在支持原有QPSK的基础上,还兼容多种高阶调制方式(8PSK,16APSK,32APSK),增加了频带利用率。
3) DVB-S2还支持可变编码调制(VCM)和自适应编码调制(ACM)。VCM允许使用不同的调制和纠错方法,可以对不同的业务类型分成不同的保护级别进行传输[5]。ACM可根据具体的传播条件,针对具体的接收终端,提供更精准的信道保护和动态连接适应性。
基于DVB-S2的各种优点,可总结出:新一代卫星回传标准(DVB-RCS2)相对于第一代至少提高了30%的业务量,从另一个方面看可以增加用户数量,并能提供质量更高的服务。其在兼容第一代回传系统的前提下,更好地处理了性能和效率之间的矛盾。
2 DVB-RCS2前向网控信令的改变
表1和表2分别列出了DVB-RCS[6]和DVB-RCS2[7]的网控信令。
注:表中的RCS是指第一代卫星交互系统(DVB-RCS)。
可见,RCS2新增加了6个网控信令:FCT2,TBTP2,TMST2,MMT2,BCT和FAT。
FCT2(Frame Composition Table version 2)是指帧结构表2。FCT2通过定义帧中的时隙来反映不同的超帧类型。每个帧由一系列时隙构成,当帧确定后,它当中时隙数也就确定了;而每一个时隙是由一个或多个与时间频率有关的单元(bandwidth-time-unit,BTU)构成。BTU决定了帧的符号速率,也就决定了该帧所需的传输带宽。
TBTP2(Terminal Burst Time Plan version 2)是指终端突发时隙计划表2。主要有3个作用:1) 分配专用的时隙给子站。2) 通过参考表BCT分配传输类型给特定的时隙。3) 为随机接入分配时隙,并标示出每个时隙的随机接入通道。值得指出的是DVB-RCS2使用动态自适应载波选择技术,针对每个时隙在时分多址载波上实现了自适应编码与调制功能。
TMST2(Transmission Mode Support Table version 2)是指传送模式支持表2。主要用来指出当使用具有最小冗余度MODCOD(联合编码调制方式)时,ACM(自适应编码调制)反馈所需要的系统冗余和为每种被采用的MODCOD所付出的追加冗余。给出ISI(输入流标识符)到MODCOD的映射表,在使用多重传输流时,接收者能准确的找到自己想要的MODCOD。
MMT2(Multicast Mapping Table version 2)是指多点传送变址表2。在卫星虚拟网络中,网控中心通常用MMT2指示高层链路多播传送地址到RCS-MAC地址的映射关系。
以上4个信令可以看成是DVB-RCS中FCT,TBTP,TMST和MMT的升级,但是这种升级不仅仅体现在网控信令的表ID上发生变化,信令所承载的内容也发生了变化。下面介绍2个种全新网控信令:BCT和FAT。
BCT(Broadcast Configuration Table)即广播配置表。用来定义每一种传输类型的传输参数。BCT提供的传输信息主要包括:传输的相对起始时间、传输的相对结束时间、调制方式、码率、前缀、后缀、导航、有效载荷大小、有效载荷内容等。这些参数跟传输方式MF-TDMA发生的地点以及传输类型的细节有关。
FAT(Fast Access Table)即快速寻址表。给出当发送登录突发时额外增加的传输补偿时间,并为每个随机接入的用户分配通道。
DVB-RCS2前向链路中的网控信令与RCS映射表(RCS Map Table,RMT)一同被定义为DVB-RCS2专用服务信息(SI),并在RCS2内容描述符中记录。DVB-RCS2专用服务信息符合DVB-S标准的系统服务信息规范,其协议栈如图1所示。
协议栈是由一些控制信息组成,这些来自前向链路网控信令控制子站终端用户的网络接入、数据传输,完成反向链路的信道划分与用户多路复用,一般构成一路节目,并使用同一个嵌入PCR(Program Clock Reference,节目时钟参考)传输流分组作为网络同步时钟。RMT单独构成一路节目,反映DVB-RCS2卫星交互网的网络结构。RMT在语法结构上与NIT颇为相似,所不同的是NIT只记录DVB-S2的广播信道结构信息,不反映反向链路信息。RMT不需网络时钟做精确同步,因此RMT所构成的RCS2网络结构信息通道不需要嵌入PCR传输流分组。
3 后向链路的改变
DVB-RCS系统中子站跟主站沟通时的MF-TDMA信号[8]采用QPSK调制方式,而DVB-RCS2还可兼容CPM,8PSK和16QAM。QPSK,8PSK和16QAM的编码方式为turbo码,CPM的编码方式为卷积码。这样系统中的子站会更加灵活,可以根据自身特点以及时隙分配情况采用不同效率的调制方式,而且DVB-RCS2还支持随机接入的用户[9]。
DVB-RCS2标准中对回传链路结构框架进行了简化,可根据有效载荷大小来分配突发大小,突发由一系列时隙组成,这样相关联的时隙会被很快处理,节省了时间。每个时隙的调制和编码是独立的,允许每个时隙自适应编码,但每个时隙的自适应必须及时,这是第二代标准一个很大的改变。自适应编码在最近几年应用非常广泛,这也是卫星通信编码方式的发展趋势,虽然现在还没有实际的DVB-RCS2信号,但可以肯定,这项技术必将大大提高子站的自主性以及传输效率。
DVB-RCS2还有一个创新点:有关功率控制的报告首次被提出。功率控制系统支持可选控制模式,这种模式可以获得具有不同带宽的载波的连续功率谱密度,因此可有选择地控制各个方向的有效传输功率。这样做不仅可以有效节省设备能源,在不需要传送信息的方向(区域)可以低功耗运行,仅仅维持设备的在线状态即可,而且还可以有效延长设备寿命。在外太空的设备往往是只要动力资源耗尽即告报废,减少了设备的能源消耗也就变相增加了设备的使用时间。
4 中国应抓紧建设下一代卫星回传系统
2001年底,SES公司宣布其带宽交互系统ASTRA正式投入商业运行,这是全球第一套应用DVB-RCS标准的商业系统。此外,许多国际大公司都在积极发展DVB-RCS技术用于下一代卫星业务,这标志着DVB-RCS作为行业标准,已经进入到了应用阶段。
国内VSAT网络和DVB-RCS网络还处于研究阶段,但实际上,国内DVB-RCS及VAST用户已经存在。我国虽然尚未制定自己的广播卫星回传技术标准体系,但基于现有实际应用状况及技术能力,在吸收成熟技术和先进经验的基础上,研究并建立我国自己的卫星回传技术是可行的。
中国完全可以放开手脚来发展属于自己的广播卫星回传技术体系。由于DVB-S2系统的出现,2008年欧洲DVB组织开始策划新一代的卫星回传技术标准DVB-RCS2。而我国自己ABS-S技术标准有其独特的优势,并且已经在“村村通”工程中广泛使用,研究与其配套的新一代卫星回传技术具有重要意义。有了卫星回传技术,可以更好地开展针对偏远地区的文化共享、资源共享、远程教育等关系民生的重大项目。
中国在卫星回传技术要想取得较好发展,建立自己的标准体系是必不可少的[10]。因此,在今后一段时间内,我国要加强在卫星回传技术上的研究。2011年11月DVB-RCS2标准的推出,也为我国的技术标准制定提供了很好的参考,在强大的市场需求推动下,我国一定会有自己的卫星回传技术标准。
摘要：基于新一代卫星回传系统的市场需求,ETSI于2011年5月、8月分别公布了DVB-RCS2-Part1和DVB-RCS2-Part2标准。分析了新标准中的部分关键技术,着重介绍了DVB-RCS2相对于DVB-RCS的改进以及增加的前向网控信令,在此基础上进一步讨论了后向链路的变化,并探讨了中国国建立卫星回传系统标准的可行性。
关键词：第二代卫星回传系统,网控信令,后向链路
参考文献
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[2]许珂.DVB-RCS卫星互动网络研究[J].技术广角,2007(1):73-78.
[3]ETSI EN302307V1.1.1,Digital video broadcasting(DVB);second generation framing structure,channel coding andmodulation systems for broadcasting,interactive services,news gathering and other broadband satellite applications[S].2005.
[4]ALIZADEH A.Feature analysis of the second generation standard DVB-S2for satellite broad-band services[C]//Proc.2010International Con-ference on Modern Problems of Radio Engineering,Telecommunications and Computer Science.[S.l.]:IEEE Press,2010:23-27.
[5]GABELLI G,PALESTINI C,CIONI S,et al.A performance and complexi-ty optimization of joint code and frame synchronization for DVB-S2/RCS mobile[C]//Proc.20105th Advanced Satellite Multimedia Systems Conference and the11th Signal Processing for Space Communications Workshop.[S.l.]:IEEE Press,2010:190-197.
[6]ETSI EN301790V1.3.1,Digital video broadcasting(DVB);interaction channel for satellite distribution systems[S].2003.
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[8]杨华,黄焱.DVB—RCS卫星交互网通信体制研究[J].电视技术,2010,34(9):10-12.
[9]MARCHESE M,MONGELLI M.Adaptive call admission and bandwidth control in DVB-RCS systems[J].Journal of Communications and Net-works,2010(12):568-576.
浅析雨雪对卫星天线效率的影响 篇9
关键词：雨衰,雪衰,卫星传输,峭壁效应,天线效率
近年来, 西藏的广电事业发展突飞猛进, 然而由于地广人稀, 建设地面传输系统困难较大, 广播电视的信号传输技术, 目前仍然是以卫星传输方式为各地广播和电视系统提供信号源。卫星广播以点对面, 传输距离远、覆盖面积大、传输质量高, 克服了地面微波传输易受视距地形的限制, 但也仍然存在一些地面传输中还没有完全解决的问题:由于卫星通信是一个开放的通信系统, 因此通信链路易受外部条件影响。比如遇到恶劣天气, 如大暴雨/雪, 卫星电视传输系统同样会受其影响导致传输质量下降甚至是传输中断, 雨雪对卫星电视传输的影响, 不可低估, 问题必须引起各级广电部门的高度重视。西藏虽然不是暴雨, 暴雪多发地区, 但每年也会发生不少的因雨雪衰引起的广播电视事故。在卫星传输链路中, 最终是不能将节目顺利传送到所有的目的地。俗话说:“天有不测风云”, 雨雪常会对卫星传输中的上下行链路造成威胁甚至是破坏, 本文在此侧重讨论其对卫星收发天线的影响, 供建站和设、使用和维护工作者们参考。
1 门限响应分析
卫星电视地面接收站是卫星电视广播传输链路中的收端设施, 其输出信号的质量显然与发端信号质量, 特别是与发和收端的全向等效辐射功率 (ERIP) 直接相关。不论是接收模拟信号还是数字信号, 目前均使用卫星接收机作为解调设备。卫星接收机的技术参数中, 都有一项:“噪声特性[Eb/No]”门限值, [Eb/No]是单位比特的平均信号能量 (即传送一个比特的信息所需要的载波功率) 与噪声的单边功率谱密度 (每赫兹带宽的噪声功率) 之比。该项指标要求≤3/5d B (FEC=3/4) , [Eb/No]门限值是卫星数字电视传输系统中IRD (数字卫星接收机) 的一项重要指标。在此门限值以上时, 接收端载噪比C/N的变化不会影响图像的信噪比S/N, 而在门限附近时, 接收端C/N的下降会引起S/N的急剧变化, 使信号误码率猛增, 甚至接收不到电视图像和伴音, 这就是数字信号传输中的“峭壁效应”, 也可称作为“门限效应”。
产生门限效应的原因是:当载波叠加一噪声时, 噪声对载波产生调相。当噪声的峰值大于载波的峰值时, 噪声和载波的合成矢量使频谱产生相位跃变。这个跃变的微分是一个大尖脉冲, 而相应对时间的微分等于瞬时脉冲, 所以这种效应于一个脉冲频偏, 此信号经过鉴频后解调出:“脉冲噪声” (也叫“门限噪声”) 。数字卫星电视传输使用的是调频方式, 当输入载噪比C/N较大时, 调频波解调后的输出信噪比S/N与C/N成线性关系, 而当C/N降到某一值时, S/N会急剧下降而偏离线性关系, 分析上, 常把偏离线性1d B的点称作门限点, 所对应的C/N称为门限电平, 对应的S/N称为门限信噪比。设计中, 如果接收天线过小, 或者功率电平储备不足, 常易导致接收系统的C/N达到要求, 产生“峭壁效应”使信号中断。模拟系统中的接收机, 同样也存在“门限电平”, 但其偏离线性过程没有数字机明显, 即使C/N值在门限点附近, 其图像质量只是噪点增加, 但不会像接收数字信号时, 要么出现图像, 要么图像消失, 要么全是“马赛克”。上述“峭壁效应”, 对Ku波段信号的影响明显大于对C波段的影响, 这是因为两者受雨水, 雪花的影响不同的结果, 本文将在后面专门分析。很明显, 门限值的高低变化代表着接收机性能的好坏, 即接收机门限值低, 接收灵敏度越高。降低该值, 可以从压缩接收机的带宽、增加放大器的增益入手, 这些已不是本文的讨论范围, 这里我们关心的是C/N值对卫星信号接收的重要意义。
2 天线失配后果
卫星电视广播, 不论是发端还是收端, 均以抛物面天线 (以下简称天线) 来完成电与波的转换, 天线是整个传输链路中的变化组成部件, 天线的好坏直接影响上行与接收质量。常用天线有前馈 (又有正馈、偏馈之分) 、后馈等方式, 典型的前馈天线如下图所示:
对于卫星而言, 由于卫星距地面将近36000公里, 卫星好比一个点光源, 星下点的卫星天线好比一个正对这个光源的反光镜, 对于上行信号, 卫星信号通过发射振子变换成高频电磁波, 然后由发射天线的抛物面从天线焦点将电磁波以相同方式反射到卫星上;对于下行信号而言, 地面接收天线经抛物面将卫星上的下行高频电磁波聚拢在焦点F (馈源) 上, 并经过高频头内的接收振子还原成电信号, 对于天线原理而言, 发射与接收的功能是互逆的, 天线即可用于发射, 也可用于接收。基于天线的以上功能, 一座定好的天线, 在电参数上, 应该聚焦良好, 能量散射率低, 天线效率η高。
实际应用中, 天线效率η只能在60%左右, 其实际数值与波电 (或电波) 转换效率、天线聚焦率有直接关系。其中前一项 (高频头或馈源自身尺寸) 为非可调件, 而后一项与抛物面的精度、焦距调整, 高频头极化调整等因素有关。就天线调整而言, 因为本文分析的基础是假定天线事先已经过调整在最佳状态, 现由于积雪原因:1) 天线赋形面均匀附贴一层雪。2) 天线赋形面的下方积雪厚度比上方积雪厚 (形似一只倾斜的碗内盛有一些水) 。由第一种状态可知:a.不论雪层厚度如何, 其结果会使F点至抛物面的距离 (例FA) 小于无雪时的实际距离, 相当于焦距f减短, 馈源辐射角照射到的天线口面积减少。b.积雪层表面的整体光洁度绝对小于原有抛物面的光洁度, 表面凹凸不平, 其表面对电磁波会造成严重散射, 只能将部分反射点落在θ的范围内。由第二种状态可知:假设天线下方有一层积雪BC, 由于BC与AC明显不会重合, 这就意味着BC的反射线CE不会与C点至F点的实际连线相重合, 其结果是使反射信号作无用功。
由上述分析可知, 不论是哪一种状态都会造成天线的效率η大大下降。不难想象, 积雪及化雪会形成凹凸不平的反射面, 会严重地破坏卫星天线的设计指标, 散射、衰减等作用使卫星天线增益降低, 噪声温度提高。上行链路的EIRP值或接收系统的G/T值均会因此而大大减小, 影响卫星信号的传输质量。雨水对天线的影响情况大致与积雪相同, 只是影响稍小。根据计算与经验积累记载表明:雨雪对天线的影响, 最严重时会导致天线增益下降30d B以上, 在这种影响下, 已经很难确保正常传输, 特别是对于面积较小的接收端天线, 根本不可能确保最小接收电平, 接收端必然会中断正常接收。
3 雨雪衰影响上下链路电平
卫星转发器实质是一个“悬挂”在地球上空近36000公里高度的微波中继站。
3.1 雨衰的产生及影响
电磁波在空间传播时会受到降雨的影响, 电波由于雨滴吸收和散射而产生衰减, 就是降雨衰减, 简称雨衰。
由前馈抛物面天线增益计算公式可得:
式中:G为天线增益, s为天线面积, λ为工作波长。
由上两式可知:C频段的平均波长>Ku频段的平均波长。由于Ku频段的波长远小于C频段的波长, 雨滴、冰晶 (雪主要由冰晶组成) 的横截面积与Ku频段的波长可比拟, 当电磁波的波长和雨滴直径越接近时衰减越大, 一般情况下 (比如中短波) 电磁波的波长远大于雨滴直径, 故衰减很小, C波段信号受雨衰的影响也可以忽略。对于10GHz以上的电磁波, 雨衰的影响就非常明显了, 在链路计算中必须考虑雨衰的影响。频率越高雨衰的影响越大, 大雨和暴雨的对电磁波的衰减要比小雨大得多。因此, 雨滴、冰晶对天线增益或效率η的影响, C频段较小, Ku波段较大, 这是日常维护工作中应给予高度重视的一个特殊问题。
3.2 雨雪衰可能引起传输链路电平失调
上一节, 以定性方式分析了雨雪衰对天线造成影响的物理原因, 本节将从定量上用数据的变化趋势分析讨论雨雪衰对卫星传输链路电平的影响趋势。
1) 上行链路。卫星地球站高功放将已调波电信号通过发射天线将电磁波发送到卫星上的接收系统, 发送电磁波的大小用全向等效辐射功率EIRP值进行表征。其表达式为:EIRP]发=[PT]+[GT]-[lf]……1)
式中:[PT]为高功放输出功率;[GT]为发射天线增益;[lf]为硬件损耗 (馈线、波导、法兰接头等) 由上式可得, [Lf]为常数, [GT]是一个变量, 其受天气变化影响的变化而变化, 其变化的机理在上一节已作分析, 在此, 将这一变化表征为:[EIRP]发∝[GT]……………………2)
∴有:[GT]↓=>[EIRP]发↓, [EIRP]发下降, 意味着传输质量下降, 为了保持[EIRP]发稳定, 由1) 式可知, 唯一的办法是加大[PT], 即提高功放的输出功率。这一方面, 在经过近年的改造后, 我国目前的卫星地球站都已具备很大的功率储备, 即使天线增益因雨衰下降30d B以上, 也能够满足要求。2) 下行链路。卫星地面接收站, 通过接收天线聚集由卫星转发器发射的电磁波。然后送入高频头和卫星接收机进行放大解调, 还原出发端的视音频节目源。保证完成这一传输工作的前提是卫星下行接收点具备标准电平, 其次就是接收站的接收能力。前者, 卫星上天后, 卫星公司会提供相应指标, 这一指标用[ERIP]收进行表征。例如:亚太2R在拉萨的功率电平[ERIP]收=50d Bw, 但实际到达卫星接收机输入端口的电平[Pi]则因设计建站而异。其计算表达式为:
式中:[ERIP]收为星下点的全向等效辐射功率, [Gr]为接收天线增益, [Ld]为卫星至接收点的自由空间衰耗, [ΔLd]为大气闪烁损耗、线指向误差和馈源极化调整误差等对接收的影响归结为ΔLd, [L线损]为馈线线损, [L功分]为功分器插入损耗, [GLNB]为高频头增益。
由3) 式可知:[ERIP]收、[Gr]、[Ld]等项受雨、雪衰影响, 其变化趋势只会变差 (与建站时相比) , 不会变好, 如果要保持[Pi]不变, 则只有靠增加[GLNB]来减少这一变量 (准确的讲应说靠高频头与接收机的放大) 。其变化趋势为:[Pi]∝[GLNB]]…………………………………….4) 以拉萨为例 (为方便起见, 本文以SCPC方式予以讨论, 与MCPC方式稍有出入:已知条件:亚太2R转发器:[ERIP]收=50d Bw, 卫星定位经度E卫为76.50°, 卫星高度H=35786Km, 地球半径R=6378Km, 拉萨地理位置为经度θ收91.2°, 纬度φ收29.7°
∴有:拉萨至卫星的距离d:
计算表明:天线口径从0.75米增至2米, 对应的增益上升为8.5d B将以上条件代入3) 式取1米口径天线, [LLNB]=60d B、[ΔLd]=1d B;馈线损耗[L线损]=10d B[L功分]=10d B。
[Pi]=50=40=60-205.6-1-10-10=-76.6d Bw, 转换成分贝表示为-46.6d Bm, 卫星接收机通常的输入电平为-65~-30d Bm, 能满足一般要求, 极端情况下, 仍当有19d B余量。
本节计算表明, 因雨、雪衰, 输入到高频头的接收功率电平减少19d Bw, 接收机仍然能够基本正常接收 (依靠机内自动增益控制调整) , 但当衰减大于19d BW时, 如果发端天气良好, 没有加大上行功率, 而收端天气恶劣, 衰减超标, 接收机将不能正常接收。由以上分析可知, 增大接收天线口径, 可以增大天线增益, 可以满足一定的雨雪衰影响;如果能够及时清除天线抛物面内的雨水和积雪, 就能及时将雨雪衰对天线的影响减到最低程度。事实证明, 雨雪衰的影响, 对天线的影响远远大于空中部分, 所以对天线除雪排水是降低雨雪衰的重要措施。
4 防范及应急措施
对于卫星广播电视信号的发射, 采用对上行线路进行补偿或增加接收系统备余量可对Ku波段雨衰情况有一定改善, 但到目前为止还不能完全消除其对Ku波段信号传输的影响。众所周知, 下雨降雪是一种不可抗拒的自然现象, 既然它可能会对卫星电视广播传输带来严重影响, 只要使人们提前作好预案, 提前采取防范措施, 完全可以将这一影响降低到最低程度。在财力物力完全允许的前提下, 可以采用全自动加温除雪防水装置、采用大口径发、收天线;上行站可以采用自动功率控制系统等措施来克服雨雪衰影响;对于接收小站和不具备以上条件的站点, 现介绍几种简便易行的办法:1) 打孔排水法。将天线 (以下简称锅体) 摇至约50度仰角位置, 往锅体内倒入半盆凉水, 然后在存水区的大约中点位置钻一至三个 (在垂线方向上, 间距约数厘米) 孔径为8毫米的小孔。1到3个小孔的面积不大, 不会明显影响天线总体效率, 但作此处理后可以防止锅体积水, 此法一般只适用于常易积水的锅体。2) 热水喷淋除雪法。取铝塑管一根 (长度视锅体周长而定) , 设法 (如按一定间距套上固定环) 固定在锅体口面的沿边处 (以不减少体原有面积为准) , 在管子朝向锅体中心的方向上按一定距离钻孔, 堵住管子的一头, 另一头接上能够提供热水的小型水泵 (或者两头都接至水泵) , 当锅体内有积雪时, 及时向锅体内喷淋热水, 积雪自然溶化。该方法投资少, 效果好, 必要时也可实现自动化, 有较高的实用价值和性价比。方法实施中应考虑铝塑管自身的结冰事宜。3) 热水喷淋除雪法。对于偶尔遇到的锅体积雪, 也可用盆子盛热水泼入锅体数次, 直到完全化雪为止, 比起用铁铲等器具强行除雪的方法, 不容易损坏锅体表面也不会影响锅体原有位置, 方法极其简单有效。4) 日常维护中, 应对高频头采取防水措施, 提高设备的可靠性。
5 结语
浅析UPS在卫星地球站的应用 篇10
一个设计良好的UPS供电系统能给负载提供优质电源, 然而在实际应用中, 许多问题又往往是UPS供电系统本身引起的。因此, 如何建立一个合理的、安全的UPS供电系统成为大家关注的问题, 本文将从UPS供电系统设计角度对这一问题进行探讨。
2 UPS分类
按UPS工作模式可主要分为三类:后备式、在线互动式、在线式。
(1) 后备式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电, 当市电超出其工作范围或停电时, 通过转换开关转为电池逆变供电, 没有稳压, 有切换时间, 且输出波形一般为方波。
(2) 在线互动式UPS在市电正常时直接由市电向负载供电, 当市电偏低或偏高时, 通过UPS内部稳压线路稳压后输出, 当市电异常或停电时, 通过转换开关转为电池逆变供电。其特点是有稳压, 但同样存在切换时间。
(3) 在线式UPS在市电正常时, 由市电进行整流提供直流电压给逆变器工作, 由逆变器向负载提供交流电, 在市电异常时, 逆变器由电池提供能量, 逆变器始终处于工作状态, 保证无间断输出。其特点是有极宽的输入电压范围, 基本无切换时间且输出电压稳定精度高, 特别适合对电源要求较高的场合, 但是成本较高。
3 UPS配电方案
(1) UPS的运行环境。UPS一般工作温度在0~40℃, 最佳工作温度25℃相对湿度≤95% (25℃, 无凝露) 。
(2) 容量选择。广播电视播出机房设备大多是用开关电源这类非线性负载, 这些负载冲击电流大, 如果UPS容量选择较小容易造成UPS电源波形失真, 而且容易造成末级器件过电流, 影响器件可靠性。我们选择UPS时就必须考虑UPS能够向负载提供足够的有功功率和无功功率。UPS功率计算S2=P2+Q2 (式中, S为视载功率单位VA;P为有功功率单位W;Q为无功功率单位VAR) 。
(3) UPS输入技术指标。电压:380V (线电压) , 输入电压范围:±15%, 功率因数≥0.95, 谐波电流≤5%, 频率范围:50Hz±10%。
4卫星地球站UPS方案
(1) 独立的三电源切换:两台UPS电源的输入部分采用了独立的三电源切换方式, 以技术电源为主路 (优先) , 动力照明电源备路为第一备份, 应急发电机作为第二备份, 开关独立分隔互不影响, 这样不管哪一路电源故障都不影响UPS电源的正常工作。输出开关采用抽屉式, 分路开关与总开关采用分级保护, 确保故障时UPS电源输出总母线不受影响。
(2) 目前卫星地球站使用的就是“1+1”并联冗余系统, 两台UPS电源整流回路和静态旁路由相同的路由供电。这种运行方式的优点是:两台UPS电源并联同时运行, 逆变器各自跟踪自己的旁路电源, 使两台UPS电源输出电压、电流、频率相等, 两台UPS电源各承担一半负载, UPS电源负载率比较低, 最高只有UPS电源额定负荷的40%, 使得UPS电源寿命延长, 而且在一台UPS电源有故障时另一台UPS电源能承担全部负载, 此时UPS电源的负载率也只有UPS电源额定负荷的80%, 两台UPS电源全部故障时UPS电源的静态旁路开关会不间断将负荷切换到旁路供电。而且维护检修方便, 因为是两台UPS电源并联同时运行, 所以正常播出时就可以对其中的一台UPS电源的电池组进行放电维护, 即一台UPS电源市电正常供电, 另一台UPS电源由电池组供电, 还是两台UPS电源输出并联同时运行, 确保负载不间断供电, 而且两台并联运行过载能力较强。
(3) 对于UPS电池配置, 根据广播电视行业一些规定采用的标准为不少于30分钟的放电时间。计算公式为电池电压×逆变器效率×电池放电系数÷负载功率=放电时间, 根据计算结果选择合适的电池。目前, 上海地球站采用的是汤浅12V100AH免维护蓄电池64节, 分为2组并联运行每组32节。
(4) UPS组网监控方式包括近距离点对点监控、中距离通信监控、远程网络管理。为提高可靠性安全性, 卫星地球采用中距离通信监控。UPS通过串口服务器以一个节点的身份接入网络接入技术网络, 通过网络可实现计算机与UPS之间双向数据通信。值班人员可以通过计算机实时监控UPS的工作状态, 出现故障可以过EMAIL、短信等方式向管理人员发送消息, 以免停电而造成重大经济损失, 提高系统可靠性和可用性。
5结束语
浅析人造卫星 篇11
火箭点火起飞约12分钟后，西安卫星测控中心传来的数据表明，“资源三号”卫星与火箭分离，卫星成功进入高度约500公里、倾角约97.5度的太阳同步轨道。
“资源三号”卫星是我国首颗高精度民用立体测绘卫星，重约2 650公斤，设计寿命约5年。卫星的主要任务是长期、连续、稳定、快速地获取覆盖全国的高分辨率立体影像和多光谱影像，为国土资源调查与监测、防灾减灾、农林水利、生态环境、城市规划与建设、交通、国家重大工程等领域的应用提供服务。卫星用户为国家测绘地理信息局。
据介绍，“资源三号”卫星的发射升空，对于提高国土资源调查与监测的数据保障能力，推动地理信息产业发展，具有重要意义。此外，我国重力卫星、雷达卫星和“资源三号”后续卫星研制已列入相关计划，以实现各种气候条件下的地理信息获取，为国家基础测绘提供稳定可靠的卫星数据源保障。
“资源三号”卫星和长征四号乙运载火箭分别由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院和上海航天技术研究院研制。这次“一箭双星”发射升空，是2012年我国首次航天发射，也是长征系列运载火箭的第156次飞行。
（來源：新华网）
浅析卫星通信原理及排故实例 篇12
典型的卫星通信地球站的基本组成包括:天线系统、高功率发射系统、低噪声接收系统、信道终端系统、电源系统、监控系统。为实现用户间通信, 还需要有地面接口系统、信息传输系统和信息交换中心。各种信息由地面交换中心经过地面传输设备传输到地球站, 在信道终端进行基带处理、调制后变成中频信号, 经上变频器变成微波发送频率, 经合成后送到高功率放大器放大到所需功率, 由波导传送到天线馈源, 向卫星发射。收信时, 地球站天线接收到卫星转发的微波信号, 通过双工器和接收滤波器后, 由宽带低噪声放大器放大, 再经过功率分路器将信号分给各组下变频器, 将微波信号变为中频信号。这一中频信号放大后在信道终端解调, 取出基带信号, 便可通过地面接口、传输设备和线路送到交换中心或其他用户。为使天线对准卫星, 由跟踪接收机接收来自卫星方向的信标信号的状态, 识别天线轴线偏离卫星方向的方位和俯仰误差信号, 并转换成直流信号, 送给伺服装置调整天线指向。
每年春分和秋分前后, 太阳运行到地球赤道上空。由于这时太阳距离地球最近, 太阳发出的电磁波对地球的辐射最为强烈, 这就是天文学上的“日凌”现象。由于通讯卫星多定点在赤道上空运行, 在这期间, 如果太阳、通信卫星和地面卫星接收天线恰巧又在一条直线上, 那么电磁波对于人造卫星的影响也就最为强烈, 严重的会造成卫星信号传输出现障碍, 地球上的卫星接收系统在接收到卫星信号时也接收到大量太阳辐射的杂波, 无法识别有用信号, 造成信号质量下降甚至中断。人们把日凌中断通信称为卫星通信的“死角”, 是一种自然现象, 不能避免。目前, 解决的措施:一是避开。即根据地面站所处的经纬度数, 天线的直径, 工作时的仰角, 方位角等数值, 预先计算出地面站出现“日凌中断通信”的具体日期和时间, 提前预报, 使重要业务通信尽量避开“日凌中断通信”的时间;二是通过另一颗通讯卫星工作。
卫星通信是民航重要的通信手段之一, 我台C波段卫星地球站TES和PES是由美国修斯公司生产的, 通过静止卫星开展的电话和数据等通信业务的网络, 现在我台主要是用来传输雷达 (以广播的方式) 信号、甚高频信号和卫星电话。这套设备从1996年开始使用到现在工作一直比较稳定, 经历扩容工作, 换星工作, 最终在鑫诺卫星上开通通信业务, 期间只有ODU, 故障过几次, 更换后设备很快恢复正常工作, 也有日凌中断通信现象, 但每次持续时间非常短。但设备现在处于故障高发期, 尤其最近这次TES故障现象和以往的大不相同。
7月29日C波段卫星TES的4块CU板全部由通话状态“7”到等待呼叫结束状态“8”, 复位后所有CU板加载到发送配置请求信息“3”“ˉ”, 便不再继续加载, 多次复位情况依旧没有改变。所传输的雷达和甚高频数据全部中断。因为4块CU板同时出现这种情况, 加载停留的状态又都是一样的, 所以我们怀疑是公共部分的问题, 于是把CU板集体出问题的可能性排到了最后。
我们尝试用软件调整RFM板的参数, 如commisioned Tx Gain的值, 没有效果, 所有CU板依旧停留在“3”“ˉ”的位置。
因为CU板可以加载到“3”“ˉ”状态, 接收支路应该是没有问题的, 判断极有可能是地球站的发射支路出了问题, 所以将焦点锁定在公共部分的发射支路。
最开始我们仔细检查了各个环节的接口, 看看接头是否有松动接触不良和进水情况, 确定没有这些情况存在后我们在RFM板输出端上用一个三通接上频谱分析仪观察输出信号值是否在正常范围。结果是输出信号正常。
接着我们检查连接射频机箱和ODU之间的中频电缆。我们用一根备份的PES中频电缆取代这个正在使用的中频电缆, 中频电缆更换完之后故障现象依然没有解决。于是将矛头指向了室外单元。
由于条件限制, 我们只能将现有的备件换上使用看结果。首先我们换了一个备份的ODU, 因为在历次的故障中ODU的故障率最高, 但更换了几个备份ODU但故障现象依旧。
这样我们很快将焦点锁定到了ODU之后。因为我台再没有别的备件, 所以我们只能采取曲折的手段来判断卫星的故障点。
用手触及高功率放大器, 觉着温度似乎偏低了些, 但高功率放大器具体工作情况如何我们只能请网控配合我们查看了。
于是向网控申请在55M的中频频点上发射一个连续的单载波, 载波发出后网控反映虽然能看到信号, 但信号很弱;接着我们把高功率放大器旁路, 直接将ODU的输出发射出去, 同样在这个频点上发射信号, 网控反映有信号, 和接上高功率放大器时收到信号一样弱。这样, 我们判断高功率放大器没有工作。将此高功率放大器送到北京天航信维修, 同时向专业厂家定购了两根射频电缆。
送修返回后更换高功率放大器, CU板很快能加载到空闲状态“4”或者通话状态“7”, 但维持的时间不长, 雷达广播使用的CU板能在“7”状态停留较长时间, 而用于传输甚高频信号的CU板则没几分钟便跌落至等待呼叫结束“8”状态, 并长时间处于这个状态。同样, 再次发射单载波, 网控反映信号更强了, 但也只有18dbm, 没有达到正常范围。
最后将新购买的射频电缆换上后所有CU板迅速加载到通话状态“7”, 且长时间保持在这一状态, 系统恢复正常, 可以正常传输业务, 至此TES故障算是告一段落。
随着设备使用时间的增加, 设备已经步入老化期, 给我们这些设备维护人员带来很多的问题, 我们唯有认真记录每一次故障现象和处理过程, 积累一定的经验和教训, 为日后工作提供借鉴。