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衛星通信用語

No.07   1993 Jan.   p54~57,   by 劉昌賢 / BV2VB



    衛星通信除了業餘無線電活動的本質外,尚且具有科學技術的味道,因此有許多的名詞是衛星通信才有的,以下分門別類敘述。


衛星通信

Uplink 上鏈
地面電台與衛星間通信無線電波之一,由地面電台發射之電波到達衛星者。

Uplink Power上鏈功率
地面電台上鏈時所用之輸出功率,在衛星通信時我們以 EIRP (有效輻射電力值)表示,單位為 dBW。

EIRP 有效輻射電力值
EIRP 原名 Effective Isotropic Radiated Power,這項名稱以 dBW 為科學單位,而不以瓦特及天線增益為敘述。

dBW = 10 log(P) P 以瓦特 (Watts) 為單位。

例如 50 Watts = 17dBW,500 Watts = 27 dBW,因此 50 瓦功率經由一條 100 呎饋線損失 3dB 後由 12dBi 天線發出的信號,究為若干瓦特?

由公式換算 50W = l7dBW,所以將 17dBW + 12dbi - 3 dB = 26dBW EIRP

於是26 dBW = 10 log P

P = 398Watts,換句話說近似 400 瓦功率,與你用 400 瓦和半波長偶極天線的效力是一樣的。為了節省電力 (玩無線電以高功率高耗電來換取信號強度並非聰明之舉),寧可用小電力輸出,當不致於影響鄰近或頻率附近的其他無線電台,更不必擔心無線電波的強烈電場造成人體傷害。

Uplink Frequency 上鏈頻率
衛星通信地面電台與業餘衛星通聯,所使用的發射電波的頻率。可以是在 HF~GHz 內的業餘頻段。

Downlink 下鏈
地面電台與衛星間通信無線電波之一,由衛星發出而由地面電台受信者稱之。

AOS, Acquisition of signal 受信信號獲得
衛星所發出的示標信號可被地面電台收信的時刻,以 UTC 格林威冶時間表示,如 HH:MM:SS 格式即是。

LOS, Loss of signal 信號消失
衛星信號不能由地面電台受信的時刻。

Elevation 仰角
地面電台與衛星本體間的夾角,以水平面為 0 度,頭頂正上方為 90 度。

Azimuth 方位角
以地面電台為中心,正北 (注意非磁北)為 0 度,而依順時針方向由東→南→西→北一圈為 360 度,正南為 180 度。

Doppler effect (shift) 都卜勒效應
譬如救火車或鳴喇叭且行駛中的車輛接近時,人耳所聽到的頻率會變高,遠離時則變低,這就是都卜勒效應,對無線電或光波都是一樣的。

雖然衛星所發出的頻率是固定的,通常我們以示標信號作參考,當衛星趨近於觀察者 (地面電台)時,頻率會變高,遠離地面電台時則頻率下降。由於衛星在不同的時段裡,其上下鏈頻率會有所改變 (亦稱為 Mode),所以 435MHz 時其偏移較 145MHz 段大出 3 倍。不管對衛星或是地球上的地面電台也好,兩者間都存在有相對運動和相對速度的事實,因此上鏈、下鏈頻率便會因衛星與地球的相對速度而有些微的偏差。

這在 HF 裡是較不嚴重的,也不容易解釋體會出來。

Beacon 示標信號
示標信號使地面電台能迅速完成定位及取得衛星操作狀況的參數資料。例如 AO-13 以 145.812MHz 作示標信號,其他的衛星則有用 145.800~145.830MHz 為示標信號者,亦有用 UHF 以上波帶。

目前所使用的示標信號有下列幾種:

CW:這是最基本的功夫。美國限制 Technician 級以上方可操作衛星通信,日本亦有類似規定,可見 CW 之不可廢。

RTTY:包含傳統 FSK 的 Baudot 碼及 PSK 的包封數據碼,必需利用電腦裝置才能解讀。

示標信號告訴地面命令中心或操作電台衛星的內部設備參數,如溫度、地磁、位置等等。地面電台可據此來操作衛星通信。更重要的是給予地面電台重要的信號強度指標,盡量使自局的電波功率在 Loop Test 時不致使下聯信號超出示標信號的強度。

Telemetry 電信資料碼,或電傳
衛星的參數和狀態以 Telemery 發送至地面受信電台,內容有前述溫度、電源電壓、發信電力值等。

PSK, Phase Shift Keying 相位位移技術
與 FSK 都算是傳送數據的方式,較 FSK 有狹窄的頻寬,因此對於微弱信號的復調較為有利。一般有 400, 1200, 2400BPS 等不同速率。

Pass Band 帶通
業餘無線電衛星由於低成本及可用頻寬的限制,所用的帶通相當窄,一般將 145.800~146.000MHz 劃歸給業餘衛星用。因此在 145.800 或 146.000MHz 上傳送數據資料將使示標信號難以抄收。

Spin Modulation 回轉調變
衛星在宇宙上藉著不停的回轉 (spin) 來保持姿勢和位置,衛星的指向性天線朝向地面電台時因回轉而造成信號的 QSB (衰減)便是。兩者的相對距離會使此現象特別明顯或減弱。

Command 命令
衛星接受由地球命令中心發出的指令來管理衛星的運作,例如中繼器的關開、姿勢調整等。 AO-13 接受電腦命令,也可以更新內部的程式資料。

Command Station 命令中心
發送、偵查衛星狀況的地球衛星通信電台,通常由衛星發展單位成立此特別任務電台。一般通信人員不被允許操作此項設備。

Inverted Transponder 倒置式中繼器
入力和出力頻率的高低關係成相反的關係,例如 AO-13 者,入力頻率和出力頻率之和等於一已知之固定常數,當然排除都卜勒效應。以 SSB 操作時,以 LSB/CW 作上鏈信號發射,而以 USB 作下鏈信號接收。

由於採用 SSB 通信,因此無法在 FM 信號存在情形下清楚被接收。

Circular Polarization 圓形極化波
電波一般分成直線偏波和圓偏波兩種。前者有水平或垂直偏波,一般陸地 V/UHF 採用垂直偏波,遠距通信則為水平偏波;後者圓偏波分成右旋或左旋偏波。

欲取得圓偏波信號,可用螺旋型 (HelicaI) 天線或以水平、垂直偏波天線以延遲時間係數方式取得。由於左右旋天線的特性使然,接收信號強度的差異可達 20~40dB 之譜,比一支天線的增益還高,不可不慎。

Satellite Mode 衛星通聯模式
對一般業餘者 Mode 為 CW/SSB,但在衛星通信中,衛星通聯模式指的是上下鏈頻率的關係,如下表 (單位 MHz)

Mode 上鏈頻率 下鏈頻率
A 145 (2m) 29 (10m)
B 435 (70cm) 145 (2m)
L 1269 (24cm) 436 (70cm)
S 436 (70cm) 2401 (13cm)
J 144 (2m) 435 (70cm)
LJ 2m / 23cm 435 (70cm)
K 21 (15m) 29 (10m)




衛星軌道

Apogee 遠地點
衛星軌道上,衛星與地球中心有最大距離的位置,科學上以 MA=128 定之。以 AO-13 來講,約 37,000 多公里。

Perigee 近地點
軌道上與地心最短的位置,以 MA=0 表之。AO-13 大約為 2,500 公里左右。

Inclination 軌道傾角
衛星運行的軌道面與地球赤道的交角角度。停留在赤道上的地球同步衛星,其傾角為 0 度,AO-13 大約在 57 度左右。此項參數必需經常修正以利衛星之追蹤。

Eclipse 食 (蝕)
當太陽被地球擋住,衛星無法吸收充足的太陽能以維持內部或中繼器的動作時,會啟動備用二次電源,為了維持衛星內電腦正常運作的最低耗電需求,會將中繼器關閉,這時平常的衛星通信將停止,等待衛星有充足電源時才再度由地面命令中心啟動衛星的動作。

Phase, Mean Anomaly 相位
衛星運行一完全軌道為一周,一周分成 256 等分,而以 MA 表示。MA=0 為近地點,MA =128 為遠地點。而 1MA 所需時間可由衛星周期除以 256 而得。

MA 亦得經常由新資料與 Epoch 時間互作修正。

Epoch Time 紀元時間
衛星發射前指衛星的發射時間,發射後則指衛星在軌道運行時某一位置 (MA) 上的時間,這個時間有特別的意義。不管將來作軌道之修正,都以此時間為基準。

對於橢圓形軌道衛星,此時間之誤差不太重要,但對於低軌道 (Low Orbit Satellite, LOS) 衛星則 30 秒的誤差就算不小了。因此最好時時以 HF 中的報時信號作修正。

Sun Angle 太陽角度
太陽角度與衛星充電板上所吸收的太陽能有關,連帶影響輸出信號的電力大小。

Acqusition Circule 通信圈
在地球儀或圖上,針對某一特別衛星和地面電台所畫出的圓,如果電台位置進入此圈內即表示可以通信。

Altitude 高度
衛星與地心連成直線時,衛星與地表的距離。

Argument of Perigee 近地點論據
在衛星軌道面上沿著衛星運動方向,由昇交點經地心到近地點的極線角。

Ascending Node 昇交點
衛星由南半球進入北半球時,與赤道面相交時的位置,以經度數值表示。

AU 天文單位
1AU = 太陽與地球的平均距離,約 1.49 x 10(SUP>11 米。

Classic Orbit Elements 基本軌道資料
包括昇交點經度、紀元時間 (日期及精確時間)、軌道傾角、離心率、近地點論據等與衛星運行有關的參數集。

Descending Node 降交點
衛是由北半球進入南半球時,與赤道面相交時的位置,同樣以經度數值表示。

Eccentricity 離心率
描述構成衛星的軌道的參數。此值 0 ≦ e < 1,即在 0 與 1 之間,圓形時 e=0,若 e=1 時衛星便沿著衛星軌道的切線方向飛出去了。

Kepleria Orbit Elements 刻卜勒軌道參數
包含 MA、RAAN、傾角、離心率、Arg of Per.、MM、紀元時間的刻卜勒參數。為紀念刻卜勒發現衛星運行的定理,故以此命名,同時這也是一般目前修正或預測衛星軌跡的最佳參數集。

Mean Motion 平均運行值
包含在前項單元裡的一項參數,指衛星運動在一天內完成的軌道數。

OSCAR
這是指 Orbit Satellite Carrying Amateur Radio 簡稱,目前 AO-10, 13, 21 均在太空中運行 (不是指正式動作,如 AO-10 現已關機。

RAAN
Right Ascension at Ascending Node 簡寫。這個名詞真令我困惑,不知中文該如何解釋,其意義是:沿著天體球赤道向東,由人造衛星在昇交點的經度與春分點的角度。日本人稱此為「昇交點赤經」

Window 視窗
在衛星通信的技術裡,兩定點間利用某個衛星的通信可成立時,這段時間稱為視窗。例如台灣與南美洲欲經由 AO-13 通信時,可先預測此視窗的時間範圍。亦即兩地間 AOS 與 LOS 間的時段。

另外,從事地球 - 月面 - 地球 (EME) 反射通信時,因月球是地球的天然衛星,是故也用此名詞來計算兩點間的通信時間。

Range 距離
指衛星本體與地球上某一 QTH 之直線距離,與衛星高度不同。



衛星本體

Spin自轉
衛星繞著地球公轉,本身自轉速率約 20~60 轉 / 分,自轉可使衛星的姿勢和位置保持穩定。

Transponder 中繼器
由某一受信頻率受信後經另一不同頻帶之頻率傳輸的電子裝置。若為同頻帶我們稱 repeater 而不稱 transponder。

AO-13 使用的頻帶中繼器有:(單位:MHz)

Mode 上鏈頻率 下鏈頻率
B 435 145
J 144 435
L 1269 435
S 435 2401

RUDAK
這是 AO-13 搭載的數位通信專用轉頻器,使用 Mode L。除 AO-13 外,新的 RS-12/ 13, AO-21 等 microsat 都將進行此實驗。

IHU 整合性管理單元
在 AO-13 上採用 RCA 製 COSMAC 1802 作為 CPU 處理器,IHU 為 Integrated Housekeeping Unit 簡寫。

Solar Panel 太陽能電池板
太陽電池是衛星最主要的電力來源,另一次要者為 Ni-Cd 電池 (當作輔助用途)。AO-13 搭載 50W 容量之太陽電池板及 10Ah 的 Ni- Cd 電池,另有 6Ah 的 Ni-Cd 電池供作緊急用途使用。

Kick Motor 踢進馬達
衛星在軌道中運行時因需要修正位置,有輔助的踢進馬達可以使用。

Torque Coil 電磁磁矩感應線圈
衛星在近地點附近時,感受地球磁氣 (場) 的作用而使自轉速率有所變化,以維持衛星的飛行軌道。

Omni Antenna 無指向性天線
衛星在遠地點時,以指向性天線朝向地球,而在近地點附近時 (可長達 40MA) 則以無指向性天線切替。與增益及通信圈大小有關。

衛星的壽命
靜止衛星的軌道壽命由搭載的燃料決定,業餘無線電衛星因本身不具備燃料,故決定因素為 Ni-Cd 電池。雖然太陽電池初期可提供 50W 電力,但估計 3 年後只剩下 35W。

至 1991 年 7 月已滿 3 年。據 AMSAT 報告,AO-13 大約可工作至 1995 年,而 1992 年起 AMSAT-NA 將開始另一 OSCAR Phase 3D 的衛星建造工程,並將於 1995 年由 Ariane 5 火箭代為發射升空。



其他

AMSAT
為 Radio Amateur Satellite Corp. 簡稱,創立於 1966 年,主要任務為研究、製作業餘無線電通信用衛星。在世界各國有其他分支,如 AMSAT-DL, -UK 等,日本則有 JAMSAT。

RS 衛星
由蘇聯發射的業餘衛星,由 RS-1 至現今的 RS-12/13。

ESA
歐洲太空總署。

Ariane Rocket 亞利安火箭
AO-13 搭載於 Ariane-4 號火箭升空。 Ariane 為 ESA 所發展的商用衛星投射系統,發射場位於南美北端的法屬圭亞那。

Quick Track
衛星軌跡追蹤軟體,為即時預報系統。由 N4HY 開發完成,適用於 IBM 相容機型。

Instant Track
另一種衛星追蹤用軟體。Quick Track 及 Instant Track 可由 AMSAT 購得。 END



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