通訊系統/衛星系統

衛星應用

衛星支援多種應用，包括

• 通訊系統

• 廣播系統

• 遙感

• 全球定位和導航

• 搜尋和救援

• 天氣和汙染監測

• 監控

一些建議主題 .電視廣播

GPS（全球定位系統）

它指的是一個衛星系統，這些衛星不斷地發射訊號，而GPS終端接收這些訊號並透過測量自身與兩個或多個GPS衛星之間的距離（透過測量接收訊號所需的時間）來計算其在地球上的位置。

衛星軌道

地球同步軌道

一顆以與地球自轉相同速度繞地球執行的衛星被稱為同步軌道衛星。同步軌道可以是任何傾角。如果它們是極地軌道，衛星每天將在同一時間出現在同一地點的上空。

遙感衛星可以放置在地球旋轉同步軌道上，其週期比一天長，因此能夠在多個軌道上觀測整個地面。

如果將地球同步軌道放置在赤道上空，就會發生非常有趣的事情。衛星似乎停止在空中移動。這被稱為地球靜止軌道。

物體的重力加速度作為高度的函式為

$a_{c}=\left({\frac {r_{e}}{r_{s}}}\right)^{2}g$

其中

$r_{e}=$ 地球赤道半徑 (6378.388 公里)

$r_{s}=$ 衛星位置處的半徑

$g=$ 地球的重力常數 (9.80665 米/秒²)

衛星上的向心加速度由下式給出

$a_{c}=r_{s}\omega ^{2}=r_{s}\left({\frac {2\pi }{T_{s}}}\right)^{2}$

其中

$\omega =$ 角速度，單位為弧度/秒

$T_{s}=$ 1 軌道執行時間（對於地球同步軌道，為 86400 秒 [24 小時]）

對於穩定軌道，與這些加速度相關的兩個力必須相等

$\left({\frac {r_{e}}{r_{s}}}\right)^{2}g=r_{s}\left({\frac {2\pi }{T_{s}}}\right)^{2}$

求解r_s，我們得到

$r_{s}={\sqrt[{3}]{\left({\frac {r_{e}T_{s}}{2\pi }}\right)^{2}g}}={\sqrt[{}]{\left({\frac {6378\ km\times 86400\ \sec }{2\pi }}\right)^{2}9.8065\ m/\sec ^{2}}}=42,254.22\ km$

因此，地球上空的高度為 42,254 公里 - 6378 公里 = 35,876 公里或 22,292 英里。

圓形軌道上衛星的速度由以下公式給出

對於地球同步軌道上的衛星，此速度計算結果為 3.073 公里/秒。

路徑長度

可以透過應用勾股定理找到傳輸路徑長度

在實際應用中，仰角必須至少高於地平線 5 度。因此，實際幾何形狀更接近於

透過應用正弦定理，可以確定最大路徑長度的更好近似值，以及看到衛星所需的極點最小距離。

利用極半徑計算地球的總弧長，並考慮極曲率，我們得到地球的有效極周長為

這意味著可以觀察到衛星的極點最小距離 d 為

從草圖中可以看出，越往北走，穿過大氣層的訊號路徑長度就越大。

莫尼亞軌道

前蘇聯由於該國北部緯度較高，無法充分利用地球同步衛星。因此，通訊衛星需要採用略有不同的方法。“莫尼亞”一詞意為“閃電”。

太陽同步軌道

太陽同步軌道 (SSO) 是圍繞行星的極地軌道，衛星在行星表面的同一點上經過時，都處於相同的當地平均太陽時。SSO 也稱為日同步軌道。

在 SSO 中，衛星的軌道平面圍繞地球旋轉的速度與地球圍繞太陽旋轉的速度相同。這意味著從太陽的角度來看，衛星似乎總是沿著地球周圍的相同路徑執行。衛星將始終能夠看到太陽和地球的亮面。

SSO 具有以下特徵

• 高度：地球表面上方 600–800 公里（370–500 英里）
• 傾角：距南北極 20–30 度，約 98° 的傾角垂直於赤道
• 軌道週期：約 1.5–2 小時，或以某種方式在 96–100 分鐘範圍內
• 近地點：在每次軌道執行的幾乎相同的地方太陽時透過

SSO 有一些缺點

• 連續時間觀測：僅使用一顆 SSO 衛星無法實現
• 赤道地區：SSO 比極地地區更少經過赤道地區