[发明专利]诸有效的高纬度服务区的卫星移动广播系统

说明书

已经对无线电(“卫星DAB”,International Journal ofCommunication；Robert D.Briskman；Vol.13,1995年2月，259-266页)和其它的诸广播服务，如来自位于或接近赤道平面的在35,786km高度上的诸卫星的电视或数据，提出了用于诸移动接收机的诸卫星广播系统。这些卫星能很好地为在低和中等纬度的诸地理区域服务，但是，当纬度增高时，对诸卫星的诸仰角减小如图1所示。在用诸移动接收机的诸卫星广播系统中，为了减少由于物理障碍，多路径衰落和叶衰减引起的诸服务中断，最希望有诸高的仰角。对这个问题的认识已经导致用诸12小时倾斜椭圆轨道的诸卫星系统，如诸Molniya通信卫星和建议的Archimedes无线电广播系统的出现。由于为了连续地复盖诸实际的服务区需要许多卫星，以及诸卫星的电子设备和诸太阳能供电子系统因每天四次通过围绕地球的VanAllen辐射带而性能退化，所以这些系统不是有效的。本发明的诸系统和诸方法克服了这些问题。

本发明的诸系统和诸方法用在诸24-恒星时轨道(地球同步的)中的诸卫星，这些卫星有为了使在高纬度的一个特定的服务区、地域或国家的复盖最佳化而选择的诸倾斜度，诸轨道平面，诸赤径和诸偏心率。和图1的诸仰角相反，一个有二颗，三颗或更多颗卫星的卫星星座能够在位于诸高纬度的整个大服务区中当每天的全部或大部分时间中提供50°-60°的诸仰角。我们也能够对诸卫星的诸轨道进行配置，以便避免来自诸Van Allen带的大部分辐射。

本发明的诸卫星系统，在诸优先的实施例中，通过向在这些区域中的诸移动接收机提供诸高的仰角，以便在一天的全部或大部分时间中都能接收广播的诸发射，能为位于比近似30°N或30°S大的诸地理纬度服务区服务。诸优先的系统用在一个星座中的诸地球同步卫星(即，有一个24恒星时轨道周期-86,164秒)。我们配置星座的设计，以便使一个特定的地理高纬度的服务区的仰角复盖最佳化，从而实现最小的物理障碍，低的树叶衰减和诸小概率的多路径衰落。例如，图13表示当使接收的仰角增加一倍时，在一个1.5GHz发射频率的叶衰减中的一个有许多分贝的改善，以便达到诸高的服务可靠性。这种引人注目的改善也对其它的诸类似的改善，对其它的诸微波频率和对其它的诸服务可靠性发生。

通过选择星座的诸卫星的诸轨道参数和在星座中的诸卫星的数目，能实现配置设计的最佳化。用于诸移动接收机的诸卫星声频广播系统一般地提供多频道无线电服务，并且诸卫星发射额定地是在1-4GHz之间。

倾斜度一般地将诸卫星的倾斜度选择在约40°和约80°之间，使得当诸卫星在头上飞过时，它们能复盖所希望的诸高纬度服务区。

偏心率选择偏心率，使它在服务区域上空有一个高的远地点，从而使诸卫星在头上化费最大量的时间。实践中，通过增加距离来限制偏心率，因为离服务区较高，但是必须或者通过较高的卫星发射功率，通过当在轨道的这个部分时卫星天线有更高的定向性，或者通过它们二者的诸种组合来克服这个附加的距离。在诸优先的实施例中，偏心率的范围从约0.15到约0.30。最好选择诸偏心率在约0.15和约0.28之间，因为这些偏心率能够避开大多数的Van Allen带。

诸卫星的诸平面/数目诸轨道平面的数目等于诸卫星的数目，它们在赤道上的间距等于360°除以诸卫星的数目。在诸优先实施例中，诸卫星星座的卫星在2到4颗之间。为了说明起见，对于一个有3颗卫星的星座，诸卫星将在近似分开120°的诸轨道平面中。

近地点的幅角为了对高于30°N的诸纬度区域进行服务，近地点的幅角在270°附近，使得远地点在北半球和近地点在南半球。为了对低于30°S的诸纬度区域进行服务，近地点的幅角在90°附近，使得远地点在南半球和近地点在北半球。

上升节点的经度。选择有这样一个上升(ascending)节点的经度的诸轨道平面，使得诸卫星对整个服务区有一个良好的俯视(即，在由诸移动接收机观察到的诸高仰角上)。一般地，这可通过选择上升节点的赤经和平均的近点角，使得地面轨迹的中心将服务区域进行二等分，来实现这一点。

地面轨迹在优先的实施例中，诸卫星跟随相同的地面轨迹并以诸近似相等的时间间隔通过在地球上的一个给定点的上空。每个卫星的轨道占据其自己的轨道平面。对于在一个有n颗卫星的星座中的诸相邻平面内的诸卫星，诸上升节点的诸赤经中的差等于360°/n，诸平均的近点角中的差等于360°/n和在地面轨迹上的诸卫星之间的平均时间定相等于24恒星时/n。