业余卫星通讯

开放分类：技术科学通信技术

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请用一段简单的话描述该词条，马上添加摘要。 业余卫星通讯简称OSCAR(OrbitingSatelitteCarryingAmateurRadio)，是利用绕行于地球轨道上的人造卫星，当作无线电通讯的中继器（repeater）、转频器（transponder）或数字中继器（digipeater），以达到远程通讯的目的。
　　业余卫星在研发期间研发单位即赋予一定的名称编号，例如美国的AMSAT系列、英国的UoSAT系列以及日本的Fuji系列等等，一旦卫星射入地球轨道并开始运作之后，再赋予一个业余卫星的编号，即在原有名称之后加上OSCAR编号来识别，如：美国的AMSATPhaseIIID成为AMSAT-OSCAR-40、英国的UoSAT5成为UoSAT-OSCAR-22、日本的Fuji-2成为Fuji-OSCAR-29，为了应用上的方便，这些编号再被简称如：AO-40、UO-22和FO-29。俄罗斯的业余卫星编号就比较特别，它们的业余卫星经常是附挂在导航或通信卫星上，且一直沿用RadioSputnik的编号，如：RS-12/13、RS-15、RS-20及RS-21等都是业余卫星。
　　目前为止OSCAR识别编号已经用到MO-46，不过有在运作的业余卫星总数大概不到30个，许多新一代的OSCAR正在研发或制造、测试中。
　　业余卫星的利用方式
　　利用业余卫星来通讯有下列两种方式：实时通讯和存转式通讯
　　卫星轨道
　　环绕地球飞行的人造物体，理论上高度达到250公里以上，即可保持离心力与地心引力的平衡而不坠。实际应用中的人造卫星轨道高度，大概可以分为下列几个区间：
　　◆低轨道：300公里~1,700公里
　　◆中轨道：1,700公里~20,000公里（具有高辐射线的「范亚伦带」在此范围）
　　◆高轨道：20,000公里以上
　　轨道特性
　　◆300公里以下：
　　适合太空实验室或载人飞行器，如MIR太空站、航天飞机、国际太空站（ISS）及短期间的实验卫星等，卫星本身需携带推进器，以便随时调整轨道高度，否则会因少许太空微尘的阻力而减速以及轻微的地心引力之吸引，使得卫星高度逐渐下降而坠毁。过去有一些从MIR或航天飞机上以人力发射的实验卫星，寿命大约只有50天左右。在这个高度的卫星，优点是有利于观察地球和可以较小的功率来通讯；缺点是通讯时间短，每次最多只有9分钟左右。
　　◆300~600公里：
　　长时间环绕地球的太空站最有效益的高度是500公里，目前ISS的高度约为400公里，此高度对负载颇重的定期运补宇宙飞船往来较为方便。某些科学实验卫星也在这个高度，它仍保有易于观测地球和通信的优点，而通信时间可拉长一点。
　　◆600~1,000公里：
　　绝大多数工作中的卫星都在这个高度，地球引力作用不大，而卫星讯号涵盖范围相当大，以800公里高的UO-14为例，可涵盖到台湾和印度。这个高度也使得每次pass的可通信时间最长可达15分钟，而每天的pass达到6~8次。
　　◆1,000~1,700公里：
　　如果卫星本体或其电路板有足够的防护罩（通常使用轻金属—钛）足以抵挡辐射线，那么这个高度就可再提升通信范围、每天通信次数和每次通信时间，以RS-15为例，其轨道平均高度在2,000公里左右，只要轨道位置恰当，透过这个卫星台湾可以和整个澳洲大陆通连。
　　◆1,700~20,000公里：
　　具有高辐射线的「范亚伦带」也再这个范围内，极少卫星会设计在这层高度，顶多是「穿透」这一层（所需时间不长），否则卫星极易损毁。
　　◆20,000公里以上
　　这个轨道高度几乎没有商用卫星，因为要把卫星送上这个高度需要高推力的火箭（成本太高），所以只有少数圆轨道卫星，如美国的全球定位卫星GPS、俄罗斯的导航卫星GLONASS，都是大约20,000公里高，位于赤道上空的同步卫星（通信、气象及广播等用途）为36,000公里高，椭圆轨道卫星如AO-10（最高点36,000公里）,AO-40（最高点58,000公里）等，会达到这个高度。
　　卫星讯号
　　卫星通信有其特性上的限制，如：通信时间短、可用频带较窄及都卜勒频移等，因此，除了一般的通信模式外，还有一些卫星通信特有的模式，以下就一一来介绍：
　　◆模拟卫星(语音、电码)
　　FM模式：多用于中继器（Repeater），如UO-14，AO-27等；国际太空站（ISS）也使用此模式作voiceQSO和PACKET通信。
　　SSB模式：绝大多数的业余卫星的转频器（Transponder）都具有这种模式，并且使用跨频带（上、下连使用不同频率）作双工通信，为了更容易补偿都卜勒频移，常采用上连为LSB而下连为USB的调制。
　　CW模式：这是最古老的通信模式，也是较节省频宽的模式，但相对的需要特殊的技巧。
　　模拟卫星的信标（beacon）和遥传讯号（telemetry）也大多是使用CW模式。
　　FMDigiTalker模式：卫星上的?语音合成器?将机上计算机资料合成语音之后，以FM模式下传至地面电台，类似广播的功能，如FO-29、SO-35等。
　　ToneTLM：小型实验卫星（如RS-17）为了简单取得实验数据，常将数据（如温度）转成音调来调制FM载波以便传送给地面电台。
　　SSTV模式：模拟卫星除了可以做一般的SSTV通信外，卫星上若有CCD摄影机也可以将拍摄到的影像，立即以SSTV模式传送下来。以前的MIR和航天飞机任务中都曾做过SSTV实验，将来ISS上也会有定期的SSTV通信实验。
　　◆数字卫星(包封通信)
　　Packet1200baudFSKbeacon(如ISS,NO-44等)
　　Packet1200baudPSKbeacon&广播式BBS(如AO-16,LO-19,IO-26等)
　　Reverse1200baudFSKbeacon(如UO-11)
　　Packet400baudPSKbeacon(如AO-40)
　　◆气象卫星（137MHz,非业余频带）
　　美国NOAA系列(云图sample如下)
　　俄罗斯Meteor系列(云图sample如下)
　　卫星追踪
　　利用卫星通信之前要先预测卫星什么时候会出现在你的天空，这就要靠卫星追踪程序来帮忙。在网际网络上有些网站提供线上追踪卫星的功能，只要输入经纬度、时区和所要追踪的卫星名称，就可以得知卫星现在何处以及何时会出现在你的天空。以下是两个参考网站：
　　1.HeavensAbove
　　http://www.heavens-above.com/
　　线上实时卫星追踪网站，若一时找不到
　　追踪软件可用，不彷到此网站来查询卫星位置
　　2.ISSOrbitalTracking
　　http://spaceflight.nasa.gov/realdata/tracking/index.html
　　线上实时追踪「ISS国际太空站」。也能同时
　　追踪其它卫星。
　　在无法连接网际网络的情况或是要有更进一步追踪功能（例如让卫星追踪程序能同时控制指向性天线对准你要通信的卫星），这就需要有一部独立的计算机和适当的卫星追踪程序，例如：
　　1.NOVAforWindows
　　全世界业余卫星爱好者最常用的程序之一，可以控制天线转向，以及收发机频率补偿，功能非常完整。本程序可以同时追踪数十个或甚数百个卫星，数量没有限制，但通常使用者会把卫星分类分页来显示较方便。而其追踪显示方式有地面投影轨迹及太空轨迹两种，卫星与地面电台的相对关系一目了然。本软件(试用版)可下载自：
　　http://www.nlsa.com/
　　2.STSPlus
　　这是DOS版的程序，但是在任一版本Windows的DOS模式下都可以执行，美国NASA及我国NSPO地面追踪站都有使用这套软件。最重要的，这是个免费软件，可以在下列网址找到：
　　http://www.dransom.com.stsplus.html
　　3.InstantTrack
　　这也是DOS版的程序，因为功能很强，可以同时控制天线转向及收发机频率，目前仍然有许多使用者。本程序最为人称道的特点是执行速度非常快，即使是老旧的计算机也照样能执行，号称InstantTrack果然名符其实，可惜它不是免费的，也没有试用版，请至下列网址订购：
　　http://www.amsat.org/amsat/catalog/software.html
　　卫星通信设备
　　对业余卫星通信感兴趣的人，入门时第一个问题总是：卫星通信设备不是很复杂吗?事实是不一定很复杂，全看你挑哪一颗卫星而定，而最重要的关键是天线，以下是几个卫星专用天线的实例：
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　　1.手持式UV双频八木天线
　　这支天线可以在两分钟之内组装完成，重量轻可移植性高，适合野外作卫星通信实验。
　　2.UVcross-YAGI十字型八木天线
　　这种天线的单元数较多体积较大，适合架设在基地台使用，配合方向角与仰角控制器由计算机自动追踪卫星的移动，由于具有较高增益，几乎所有业余卫星都能通联得到。
　　3.盘式天线（BAR-B-Q架型、铝圆盘）
　　当卫星操作频率使用到L频带（1.290GHz--2.401GHz）以上时，最好是使用盘式天线了，由于频率越高时电波在空中传播的损失越大，盘式天线具有较高增益，且增益与盘的直径成正比，不过实用上还是不宜太大太重，通常使用铝网或铁丝网的构造，直径在1.5公尺以下为多。
　　卫星频率
　　IARU(国际业余无线电联盟)对于使用在业余卫星通讯的频率有一定的规范，而且世界各区的适用频率范围不尽相同，我国位于第三区，其规范是：10m波段为29.30-29.51MHz，2m波段为145.80-146.00MHz，70cm波段为435.0-438.0MHz，一般通信不应使用到这些频带。
　　至于目前仍运转中的业余卫星使用频率及调制模式之详细资料，分成模拟卫星和数字卫星两类。
　　卫星通信的乐趣
　　业余卫星通讯虽然只是业余无线电通讯的一种延伸，然而因牵涉到卫星追踪及都卜勒频移等相关知识及设备，可以看做是另类通讯模式的尝试和个人业余通讯能力的提升，另外如实时卫星云图的接收，就好像把人的眼睛延伸到几百公里甚至几万公里的高度来看我们生活中的地球，也许能对我们切身相关的气象有更多的体验和了解