專利名稱：通用替換通信衛(wèi)星的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信衛(wèi)星領(lǐng)域，特別涉及提供一種切實(shí)可行的衛(wèi)星的技術(shù)問題，對大多數(shù)在軌的固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)通信衛(wèi)星，也希望對于大多數(shù)將要安置在軌道上的這種衛(wèi)星來說，該衛(wèi)星可充當(dāng)令人滿意的替換衛(wèi)星。
使用對地靜止的衛(wèi)星的優(yōu)點(diǎn)之一是，地球上的發(fā)射和接收站無需追蹤在空中事先選定軌道位置的衛(wèi)星以維持所需的上行鏈路和下行鏈路通信特征(衛(wèi)星受到的信號(hào)的強(qiáng)度，地球上的下行鏈路信號(hào)的覆蓋區(qū)域等)。換句話說，對地靜止的衛(wèi)星的天線可為固定的(靜止的)，下行鏈路的覆蓋區(qū)域也是固定的。
除了有固定的天線的典型特征外，典型地，對地靜止衛(wèi)星被設(shè)計(jì)用于根據(jù)上行鏈路頻率方案，從地球上預(yù)先指定的一個(gè)以上的地理區(qū)域在預(yù)先選定的頻率波段(上行鏈路波段)上接收特定的信號(hào)，將信號(hào)放大到要求的功率，依據(jù)下行鏈路規(guī)劃在其它預(yù)先選定的頻率波段(下行鏈路波段)上將信號(hào)重發(fā)射至地球上的預(yù)先選定的一個(gè)以上的地理區(qū)域。
不幸的是，眾所周知，在衛(wèi)星發(fā)射過程中，存在發(fā)生故障和完全失敗的極大可能性，即使發(fā)射成功后，在將衛(wèi)星布置到合乎需要的軌道位置時(shí)可能會(huì)有問題。衛(wèi)星被成功定位且工作一段時(shí)間后，也可能發(fā)生失效。這種失效包括突發(fā)性的和逐漸性的，部分的或全部的失去通性能力。
考慮到在整個(gè)預(yù)期壽命周期內(nèi)，在軌道上沒有一顆完全正常工作的通信衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)而造成的嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，希望提供能夠恢復(fù)失效衛(wèi)星的通信功能的替換衛(wèi)星(也就是備用衛(wèi)星)。替換衛(wèi)星可儲(chǔ)存于軌道上或地面上，每一種儲(chǔ)存方式都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。不論采用何種儲(chǔ)存方式，出于費(fèi)用，重量和其它方面的考慮，典型地，將替換衛(wèi)星設(shè)計(jì)用于與它被設(shè)計(jì)用于備用的衛(wèi)星相同的上行鏈路和下行鏈路頻率規(guī)劃，功率，覆蓋區(qū)域和遙測指令系統(tǒng)頻率等。
備用衛(wèi)星的實(shí)際成本要耗費(fèi)衛(wèi)星通信信道提供者相當(dāng)?shù)馁M(fèi)用(如，擁有衛(wèi)星并出租它們的信道用于重發(fā)射的組織)。這一點(diǎn)千真萬確，因?yàn)閭溆眯l(wèi)星也許從不需用到。因此，如果這些提供者能夠避或至少顯著地減少這些費(fèi)用將是極其有利的。
人們已提出了各種各樣的提供備用衛(wèi)星的方法。參見，如美國專利3,995,801，5,120,007，和5,813,634。涉及或提及備用衛(wèi)星、備用覆蓋區(qū)域和/或代替正失效或已失效的衛(wèi)星的其它文獻(xiàn)包括US4,502,051，US 5,289,193，US 5,410,731和PCT WO 98/04017。涉及到通信衛(wèi)星，包括衛(wèi)星群的通信系統(tǒng)，通信衛(wèi)星子系統(tǒng)及其部件以及操作通信衛(wèi)星和系統(tǒng)的方法的其它文獻(xiàn)包括美國專利4,688,259；4,858,225；4,965,587；5,020,746；5,175,556；5,297,134；5,323,322；5,355,138；5,523,997；5,563,880；5,860,056；和5,890,679；EPO公開申請EP0915529Al；F.Rispoli，“可重配置的衛(wèi)星天線評(píng)述”(“Reconfigurable Satelite AntennasA Review”)，《電子工程》(Electronic Engineering)，第61卷，第748期，第S22-S27頁(1989年4月)；和《電子工程師手冊》(Electronic Engineers’Handbook)，22-63章，“衛(wèi)星通信系統(tǒng)”(“Satellite Communications Systems”)第22-61至22-62頁(1975年)。
上述那些文獻(xiàn)中的一些文獻(xiàn)涉及了移動(dòng)天線。參見，如EP 0 915529Al。那些中的一些文獻(xiàn)涉及到可重配置衛(wèi)星。參見，例如US4,688,259；US 4,858,225；US 4,965,587；US 5,175,556；US 5,289,193；US 5,355,138；PCT WO 98/04017；EP 0 915529Al；和F.Rispoli“可重配置衛(wèi)星天線評(píng)述”(“Reconfigurable Satellite AntennasAReview”)，《電子工程》(Electronic Engineering)，第61卷，第748期，第S22-S27頁(1989年4月)。上述一些文獻(xiàn)涉及到移動(dòng)衛(wèi)星，例如將衛(wèi)星從一位置移動(dòng)到另一位置或?yàn)榱宋恢帽３侄苿?dòng)衛(wèi)星。參見，US5,020,746；US 5,813,634；和PCT W 0 98/04017。
技術(shù)人員已經(jīng)考慮到為基本上所有的FSS(C波段/Ku波段)通信衛(wèi)星設(shè)計(jì)完美的備用(或復(fù)制)衛(wèi)星的替換衛(wèi)星，但是迄今所知，也許由于這樣的衛(wèi)星是不切實(shí)可行的和/或這樣的衛(wèi)星費(fèi)用太過昂貴，這樣的替換衛(wèi)星從未被制造過。問題在于提供這樣的衛(wèi)星把事情搞更復(fù)雜了，事實(shí)上，傳統(tǒng)的C波段/Ku波段通信衛(wèi)星涉及到各種不同的特征，例如，所使用的上行鏈路頻率和下行鏈路頻率，功率，覆蓋區(qū)域版圖。而且，以前已發(fā)射并置于軌道上的衛(wèi)星被設(shè)計(jì)用于特別的軌道位置，這種衛(wèi)星有相鄰的衛(wèi)星，相鄰衛(wèi)星具有已知的遙測指令系統(tǒng)頻率和其它特征。
因此，長期存在且仍未解決的技術(shù)問題是，提供切實(shí)可行且令人滿意的用于C波段/Ku波段通信衛(wèi)星(FSS衛(wèi)星)的備用衛(wèi)星，換句話說，提供切實(shí)可行的C波段/Ku波段備用衛(wèi)星來解決一長期存在且仍未解決的技術(shù)問題，這顆備用衛(wèi)星能夠完成在軌的C波段/Ku波段通信衛(wèi)星的大部分的(更好地，達(dá)到一個(gè)很高的百分比)的功能，同時(shí)在技術(shù)上，經(jīng)濟(jì)上和其它方面都是切實(shí)可行的。
(d)C波段處理裝置，用于(i)接收位于兩個(gè)上行鏈路波段信道中的C波段上行鏈路信號(hào)，這兩個(gè)上行鏈路波段約在5.925到6.425GHz和6.425到6.725GHz之間，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路C波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)將任何已放大，降頻的C波段信號(hào)作為3.70-4.20GHz和3.40-3.70GHz下行鏈路C波段的信道內(nèi)的C波段下行鏈路信號(hào)輸出，每一個(gè)下行鏈路C波段有多個(gè)下行鏈路C波段信道；(e)兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括下行鏈路C波段信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地傳送到地球上不同的地點(diǎn)；(f)用于將C波段下行鏈路信號(hào)傳送到兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(g)推力分系統(tǒng)，被設(shè)計(jì)來允許在其設(shè)計(jì)壽命期中衛(wèi)星做至少3次快速移動(dòng)，每一次快速移動(dòng)達(dá)到每天至少3度；(h)電源分系統(tǒng)為衛(wèi)星工作提供電源；(i)遙測指令分系統(tǒng)，使衛(wèi)星能夠監(jiān)測自身的狀況和與外部控制系統(tǒng)通信，該分系統(tǒng)包括至少能以兩種不同頻率發(fā)送信號(hào)的遙測子系統(tǒng)和至少可以兩種不同頻率接收信號(hào)的指令子系統(tǒng)；(j)姿態(tài)和軌道控制分系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于幫助將衛(wèi)星相對地球定向；(k)溫度控制分系統(tǒng)，該系統(tǒng)幫助維持衛(wèi)星在一個(gè)合適的工作溫度范圍內(nèi)；和(l)重新配置衛(wèi)星的裝置，該裝置包括(i)遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置，將至少2路、但少于每一上行鏈路Ku波段中的所有信號(hào)的包傳送到每一下行鏈路Ku波段中的裝置，(ii)用于遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)Ku波段下行鏈路天線中的下行鏈路波束，以將下行鏈路波束傳向地面上的不同位置的裝置，(iii)用于遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)C波段下行鏈路天線的下行鏈路波束，以將該波束傳向地球上的不同位置的裝置，(iv)用于遠(yuǎn)程改變來自至少一個(gè)下行鏈路天線的下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域的裝置，(v)用于遠(yuǎn)程改變來自至少一個(gè)下行鏈路天線的極性的裝置。
本發(fā)明的另一方面涉及一種通用替換通信衛(wèi)星，這種通信衛(wèi)星被設(shè)計(jì)為在對地靜止軌道上繞地球運(yùn)行，它可以被外部控制系統(tǒng)控制，能夠重新配置，能夠進(jìn)行已有的對地靜止的C波段和Ku波段通信衛(wèi)星的大部分通信功能，也因此這種衛(wèi)星能作為替換衛(wèi)星。通用替換衛(wèi)星設(shè)計(jì)為接收上行鏈路C波段和Ku波段信號(hào)并輸出C波段/Ku波段下行鏈路信號(hào)，通用替換通信衛(wèi)星包括(a)Ku波段處理裝置，用于(i)在三個(gè)250MHz上行鏈路波段的信道中接收Ku波段上行鏈路信號(hào)，這三個(gè)波段為，13.75-14.00GHz，14.00-14.25GHz和14.25-14.50GHz，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的Ku波段信號(hào)作為6個(gè)250MHz波段信道里的Ku波段下行鏈路信號(hào)，這6個(gè)250MHz波段位于10.95-11.20GHz，11.45-11.70GHz，11.70-12.20GHz和12.25-12.75GHz下行鏈路Ku波段中，每一個(gè)下行鏈路波段有多個(gè)下行鏈路Ku波段信道；(b)兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括Ku波段下行鏈路信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地傳送到地球上不同的地點(diǎn)；(c)用于將Ku波段下行鏈路信號(hào)傳送到兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(d)C波段處理裝置，用于(i)在兩個(gè)上行鏈路波段信道中接收上行鏈路信號(hào)，這兩個(gè)上行鏈路波段約在5.925到6.425GHz和6.425到6.725GHz之間，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的C波段信號(hào)，作為3.70-4.20GHz和3.40-3.70GHz下行鏈路C波段信道內(nèi)的C波段下行鏈路信號(hào)，每一個(gè)下行鏈路C波段有多個(gè)下行鏈路C波段信道；(e)兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括C波段下行鏈路信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地傳送到地球上不同的地點(diǎn)；(f)用于將C波段下行鏈路信號(hào)傳送到兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(g)推力分系統(tǒng)，被設(shè)計(jì)來允許衛(wèi)星在其設(shè)計(jì)壽命期中做至少3次快速移動(dòng)；(h)電源分系統(tǒng)，為衛(wèi)星工作提供電源；(i)遙測指令分系統(tǒng)，使衛(wèi)星能夠監(jiān)測自身的狀況和與外部控制系統(tǒng)通信；(j)姿態(tài)和軌道控制分系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于幫助將衛(wèi)星相對地球定向；(k)溫度控制分系統(tǒng)，該系統(tǒng)幫助將衛(wèi)星維持在一個(gè)合適的工作溫度范圍內(nèi)；和(l)重新配置衛(wèi)星的裝置。
另一方面，本發(fā)明涉及一種通用替換通信衛(wèi)星，這種通信衛(wèi)星被設(shè)計(jì)為在對地靜止軌道上繞地球運(yùn)行，它可以被外部控制系統(tǒng)控制，能夠重新配置，能夠進(jìn)行已有的對地靜止的C波段和Ku波段通信衛(wèi)星的大部分通信功能，從而這種衛(wèi)星才能作為替換衛(wèi)星。該通用替換衛(wèi)星設(shè)計(jì)用于接收上行鏈路C波段和Ku波段信號(hào)，并輸出C波段和Ku波段下行鏈路信號(hào)，該通用替換通信衛(wèi)星包括(a)Ku波段處理裝置，用于(i)在三個(gè)上行鏈路波段的信道中接收ku波段上行鏈路信號(hào)，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路Ku波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的Ku波段信號(hào)，作為至少4個(gè)Ku波段下行鏈路波段內(nèi)任一波段的信道內(nèi)的Ku波段下行鏈路信號(hào)，每一個(gè)下行鏈路波段有多個(gè)下行鏈路Ku波段信道；(b)兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括Ku波段下行鏈路信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地傳送到地球上不同的地點(diǎn)；
(c)用于將Ku波段下行鏈路信號(hào)傳送到兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(d)C波段處理裝置，用于(i)在至少一個(gè)上行鏈路波段的信道中接收C波段上行鏈路信號(hào)，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路C波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的C波段信號(hào)，作為至少一個(gè)下行鏈路C波段信道內(nèi)的C波段下行鏈路信號(hào)，每一個(gè)下行鏈路波段有多個(gè)下行鏈路C波段信道；(e)一個(gè)以上的C波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括下行鏈路C波段信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地傳送到地球上不同的地點(diǎn)；(f)用于將C波段下行鏈路信號(hào)傳送到一個(gè)以上的C波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(g)推力分系統(tǒng)，被設(shè)計(jì)來允許在衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命期中做至少兩次快速移動(dòng)；(h)電源分系統(tǒng)，為衛(wèi)星工作提供電源；(i)遙測指令分系統(tǒng)，使衛(wèi)星能夠監(jiān)測自身的狀況和與外部控制系統(tǒng)通信，該分系統(tǒng)包括至少能以兩種不同頻率發(fā)送信號(hào)的遙測子系統(tǒng)和至少可以兩種不同頻率接收信號(hào)的指令子系統(tǒng)；(j)姿態(tài)和軌道控制分系統(tǒng)，用于幫助將衛(wèi)星相對地球定向；(k)溫度控制分系統(tǒng)，幫助將衛(wèi)星維持在一個(gè)合適的工作溫度范圍內(nèi)；和(l)重新配置衛(wèi)星的裝置，該裝置包括(i)用于遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置，將至少2路但少于每一上行鏈路Ku波段中的所有信號(hào)的包傳送到任一下行鏈路Ku波段的裝置，(ii)用于遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)Ku波段下行鏈路天線中的一個(gè)的下行鏈路波束，以將該波束傳向地面上不同位置的裝置，(iii)用于遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)以上的C波段下行鏈路天線中的一個(gè)天線的下行鏈路波束，以將該波束傳向地球上的不同位置的裝置，(iv)用于遠(yuǎn)程改變來自至少一個(gè)下行鏈路天線的下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域的裝置，和(v)遠(yuǎn)程改變來自至少一個(gè)下行鏈路天線的極性的裝置。
在一些優(yōu)選實(shí)施例中，C波段處理裝置能夠輸出已放大并降頻的C波段信號(hào)，作為3.70-4.20Ghz或3.40-3.70GHz下行鏈路C波段的信道中的C波段下行鏈路信號(hào)；Ku波段處理裝置能夠?qū)⒁粋€(gè)Ku波段下行鏈路中的部分而不是全部的信號(hào)傳送到6個(gè)250MHz的下行鏈路ku波段的任何一個(gè)，也能夠?qū)⑦@一Ku下行鏈路波段中的其它信號(hào)傳送到這6個(gè)下行鏈路Ku波段中相同或不同的一個(gè)波段；用于遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置以引導(dǎo)信號(hào)裝置，包括遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)ku波段處理裝置以改變信號(hào)下變頻的頻率的裝置；信號(hào)下變頻裝置包括，例如頻率合成器或固定振蕩器；衛(wèi)星有至少兩個(gè)上行鏈路C波段天線，至少有兩個(gè)上行鏈路Ku波段天線，所有上行鏈路天線獨(dú)自地指向地球上的不同位置；上行鏈路天線也可作為下行鏈路天線工作；衛(wèi)星設(shè)計(jì)為在設(shè)計(jì)壽命期的初期，Ku波段處理裝置能處理至少32路上行鏈路Ku波段信道中的信號(hào)，且C波段處理裝置能處理至少32路上行鏈路C波段信道中的信號(hào)；衛(wèi)星設(shè)計(jì)為，在其設(shè)計(jì)壽命末期，Ku波段處理裝置能處理至少24路上行鏈路Ku波段信道中的信號(hào)，且C波段處理裝置能處理至少24路上行鏈路C波段信道中的信號(hào)；該衛(wèi)星具有遠(yuǎn)程改變至少一個(gè)下行鏈路天線極性的裝置，這些裝置包括有將線性極性遠(yuǎn)程改變?yōu)閳A形極性或相反方式改變，和/或?qū)⒋怪睒O性遠(yuǎn)程改變?yōu)樗綐O性或相反方式改變，和/或?qū)㈨槙r(shí)針極性遠(yuǎn)程改變?yōu)槟鏁r(shí)針極性或相反方式改變的裝置；重配置衛(wèi)星的裝置包括用于遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置，將少于每個(gè)上行鏈路ku波段中所有信號(hào)的波束引入任一下行鏈路ku波段的裝置，例如2路，3路，6路或其它路數(shù)的信號(hào)；該衛(wèi)星具有遠(yuǎn)程改變下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域的裝置，該下行鏈路波束來自至少一個(gè)Ku波段下行鏈路天線和至少一個(gè)C波段下行鏈路天線；來自至少下行鏈路天線中之一的下行鏈路波束可以獨(dú)立地指向地球上不同的位置；該衛(wèi)星設(shè)計(jì)為在其設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)能做至少3次快速移動(dòng)，每次移動(dòng)至少要達(dá)到每天5度；遙測指令分系統(tǒng)包括一個(gè)至少能以2種(優(yōu)選的是4種)不同頻率發(fā)送信號(hào)的遙測子系統(tǒng)和一個(gè)至少能以2種(優(yōu)選的是4種)不同頻率接收信號(hào)的指令子系統(tǒng)；一些(優(yōu)選是所有的)Ku波段信道具有標(biāo)準(zhǔn)帶寬，標(biāo)稱的標(biāo)準(zhǔn)帶寬為36MHz(包括一些35MHz寬度的信道)；替換衛(wèi)星還包括BSS波段處理裝置，該裝置包括進(jìn)行以下操作的裝置(i)在17.3GHz到18.1GHz頻率范圍上接收BSS上行鏈路信號(hào)，(ii)放大BSS信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出已放大并降頻的BSS波段信號(hào)，作為給下行鏈路ku波段信號(hào)提供的波段信道中的BSS下行鏈路信號(hào)。
另一方面，本發(fā)明涉及一種代替對地靜止通信衛(wèi)星處理C波段和Ku波段信號(hào)的方法，該方法包括提供本發(fā)明的通用替換通信衛(wèi)星，將替換衛(wèi)星置于一適合的對地靜止位置，重新配置替換衛(wèi)星以使該衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)被替換衛(wèi)星的通信功能。優(yōu)選的，該方法還包括將替換衛(wèi)星置于一儲(chǔ)備軌道，典型地，此軌道的平面相對于對地靜止位置的軌道平面傾斜，利用組合漂移和傾角操縱器將替換衛(wèi)星從儲(chǔ)存軌道移動(dòng)到合適的對地靜止位置。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的替換衛(wèi)星是一種切實(shí)可行的衛(wèi)星(在技術(shù)上，經(jīng)濟(jì)上和其它方面)，該衛(wèi)星能夠仿效絕大多數(shù)已有的和將來的工作于固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)波段(FSS)的對地靜止通信衛(wèi)星的通信性能，這種備用衛(wèi)星正如國際電信聯(lián)盟(ITU)所定義(即是C波段/Ku波段通信衛(wèi)星)。通常，本發(fā)明衛(wèi)星的設(shè)計(jì)不是關(guān)鍵的，任何具有本發(fā)明所要求的特征和能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的好處的設(shè)計(jì)都可使用。
本發(fā)明的衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命應(yīng)當(dāng)至少為9年，合適地可達(dá)10年，更合適地至少11年，最合適地至少為12年，較好地至少為13年，更好地至少為14年，最好地至少為15年。正如下面所討論的，以14年壽命期當(dāng)作設(shè)計(jì)能夠以至少每天5度(地球赤道經(jīng)度)做4次快速移動(dòng)的本發(fā)明的衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命目標(biāo)是合適的。
本發(fā)明的衛(wèi)星的重要特征包括它的可重配置性(例如，備用衛(wèi)星具有可重配置的通信載荷，靈活的異頻雷達(dá)發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)和靈活的遙測指令設(shè)計(jì))；從地球上不同的位置拾取信號(hào)，將信號(hào)放大后將該信號(hào)重傳送到地球上不同位置，同時(shí)修正一個(gè)以上的下行鏈路覆蓋區(qū)域的能力；從儲(chǔ)存位置迅速地移動(dòng)到所需位置(例如，使備用衛(wèi)星可恢復(fù)失效的或正失效的衛(wèi)星的遠(yuǎn)程通信功能的位置)的能力。
概括地說，可認(rèn)為通信衛(wèi)星有7個(gè)分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，電源系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)，推力系統(tǒng)，遙測指令系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。
結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)包括衛(wèi)星的構(gòu)架，在它上面和它內(nèi)部安裝有衛(wèi)星的其余部件。本發(fā)明的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不是關(guān)鍵的，一旦本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員了解在此公開的發(fā)明的特征，他們將熟知結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。概而言之，本發(fā)明的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)分系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上與傳統(tǒng)的C波段/Ku波段通信衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)相同。大的電線要優(yōu)先考慮，因此，可以使用例如象Lockheed Martin A2100，Loral FS1300，或Hughes HS60/HP或HS702的電線。對于特定的實(shí)施例，可以使用Loral FS1300。
電源分系統(tǒng)包括太陽能電池板，它產(chǎn)生電能且被置于衛(wèi)星外部；儲(chǔ)存電能(例如，太陽能電池板產(chǎn)生的且在產(chǎn)生時(shí)未被使用的電能)的電池，將電傳送到需要電能的各種衛(wèi)星部件的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)太陽能電池板不能提供所需的全部電力時(shí)，電將被從電池中取出使用。本發(fā)明衛(wèi)星的電源分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不是關(guān)鍵的，一旦本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員了解在此公開的發(fā)明的特征，他們將熟知電源分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
概而言之，本發(fā)明的衛(wèi)星的電源分系統(tǒng)能提供的功率至少達(dá)8千瓦，最好至少達(dá)10千瓦。在衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命末期，電源分系統(tǒng)應(yīng)能提供充足的電源容量以供至少24路C波段信道(轉(zhuǎn)發(fā)器)和至少24路Ku波段的信道(轉(zhuǎn)發(fā)器)工作。優(yōu)選地，在衛(wèi)星設(shè)計(jì)的初期，電源分系統(tǒng)提供充足的電源容量以供至少30路(較好地，至少32路，更適合地，至少36路)C波段的信道和至少30路(較好地，至少32路，更適合地，至少36路)Ku波段的信道。本發(fā)明的衛(wèi)星中，合適的是，C波段信道每一信道具有大約35-40瓦的下行鏈路功率，Ku波段信道每一信道具有大約100-150瓦的下行鏈路功率。
溫度控制分系統(tǒng)幫助維持衛(wèi)星工作部件在合適的工作溫度范圍內(nèi)以使衛(wèi)星能夠良好工作。因此，作為衛(wèi)星工作付產(chǎn)品而產(chǎn)生的熱量(如通信子系統(tǒng)工作產(chǎn)生的熱量)將排出衛(wèi)星之外。衛(wèi)星的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不是關(guān)鍵的，一旦本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員了解在此公開的發(fā)明的特征，他們將熟知溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本發(fā)明的衛(wèi)星可使用一種熱循環(huán)傳輸介質(zhì)(基本類似于熱泵)將熱能從高溫處轉(zhuǎn)移到低溫處。該衛(wèi)星也可以使用熱輻射表面?？傮w來說，本發(fā)明的衛(wèi)星的溫度控制分系統(tǒng)與傳統(tǒng)衛(wèi)星的溫度控制分系統(tǒng)相似，其主要的區(qū)別如下文所述。
傳統(tǒng)的C波段/Ku波段通信衛(wèi)星中，通信子系統(tǒng)基本上工作于衛(wèi)星的整個(gè)壽命期，于是一直產(chǎn)生大量的熱量付產(chǎn)品，因此需要設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)；然而，本發(fā)明的衛(wèi)星中，通信子系統(tǒng)通常僅當(dāng)它被作為以失效或正失效的衛(wèi)星的備用衛(wèi)星或備份衛(wèi)星使用時(shí)才工作(從而產(chǎn)生熱付產(chǎn)品)。因此，本發(fā)明的衛(wèi)星提供了加熱器，當(dāng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)沒有使用時(shí)工作，從而產(chǎn)生與通信子系統(tǒng)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量大致相同的熱量時(shí)。這種設(shè)計(jì)的結(jié)果是，使溫度控制系統(tǒng)的熱負(fù)載保持大致恒定，從而簡化了溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
姿態(tài)軌道控制分系統(tǒng)幫助將衛(wèi)星指向地球從而相對地球適當(dāng)定向。衛(wèi)星的姿態(tài)軌道控制分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不是關(guān)鍵的，一旦本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員了解在此公開的發(fā)明的特征，他們將熟知姿態(tài)軌道控制分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。概而言之，本發(fā)明的衛(wèi)星的姿態(tài)軌道控制分系統(tǒng)基本上和任何一顆具有相同大小、重量、重量分布等的傳統(tǒng)FSS衛(wèi)星的姿態(tài)軌道控制分系統(tǒng)相同。
衛(wèi)星推力分系統(tǒng)包括推進(jìn)器和燃料供應(yīng)。一般而言，各種力(例如，來自太陽和月亮的引力作用，大氣阻力，地球的橢圓形狀和太陽輻射)促使衛(wèi)星從其位置移開。因此，衛(wèi)星的推進(jìn)器(發(fā)動(dòng)機(jī)或馬達(dá))點(diǎn)火(通常以固定的間隔時(shí)間)進(jìn)行位置保持以使衛(wèi)星返回所期望的位置，也就是說，控制衛(wèi)星的傾度、離心率和衛(wèi)星的漂移?！皟A角”為衛(wèi)星實(shí)際軌道的平面(緯度的度數(shù))相對于地球赤道平面(也就是北/南位置)的傾角?！半x心率”為衛(wèi)星軌道不圓率的度量，也就是說，是表示衛(wèi)星和地球運(yùn)動(dòng)時(shí)它們之間的距離變化?！捌啤睘樾l(wèi)星在西/東方向上的位置，例如，相對于地球的某一位置。
衛(wèi)星的推力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不是關(guān)鍵的，一旦本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員了解在此公開的的特征，他們將熟知推力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。能夠以本發(fā)明的衛(wèi)星作為替換衛(wèi)星的對地靜止的衛(wèi)星典型地為三軸穩(wěn)定衛(wèi)星。這種衛(wèi)星通常使用液體化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)位置保持，例如，用一組推進(jìn)器來控制傾角，用第二組推進(jìn)器來控制漂移和離心率。
概而言之，傳統(tǒng)衛(wèi)星不需要做“快速移動(dòng)”，因?yàn)?，通常有充足的時(shí)間允許衛(wèi)星在東/西方向移動(dòng)或北/南方向進(jìn)行位置保持(例如，通常允許有30到60天來做東/西向移動(dòng))。然而，本發(fā)明的衛(wèi)星和傳統(tǒng)衛(wèi)星的一個(gè)主要不同點(diǎn)在于本發(fā)明的衛(wèi)星必須能夠做快速移動(dòng)。由于本發(fā)明的衛(wèi)星必須移動(dòng)(通常從它的儲(chǔ)備軌道地點(diǎn))到要求用它備用或替換已失效或正失效的衛(wèi)星的赤道位置上，它必須盡可能快地移動(dòng)到該位置上以使減少衛(wèi)星通信損壞時(shí)間(也就是不能夠提供要求的通性能力的時(shí)間)。
典型地，本發(fā)明的衛(wèi)星在儲(chǔ)備時(shí)(也就是衛(wèi)星處于它繞地球的儲(chǔ)備軌道中)，允許它在赤道平面內(nèi)作南北向移動(dòng)。正如本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所知，如果將一顆衛(wèi)星放置于對地靜止赤道軌道上且沒有位置保持，衛(wèi)星將在赤道平面內(nèi)緩慢地向南或北移動(dòng)，最大達(dá)到赤道平面上方或下方的8度傾角，然后衛(wèi)星向相反方向移動(dòng)，直到衛(wèi)星達(dá)到另一方向的大約最大的8度傾角。換句話說，如果衛(wèi)星長時(shí)間儲(chǔ)備而不進(jìn)行位置保持，則本發(fā)明的衛(wèi)星將在大約+8度到-8度傾角之間以幾年的周期緩慢地振蕩。
在目前可應(yīng)用的規(guī)則下，例如，在聯(lián)邦通信委員會(huì)(“FCC”)規(guī)則下，C波段/Ku波段對地靜止衛(wèi)星必須間距大約2經(jīng)度(東經(jīng)/西經(jīng))。對地靜止衛(wèi)星(位于大約22,300英里或36,000公里的高度)所位于的繞地球的赤道平面的圓周大約為160,000英里(大約257,000公里)。因此，2經(jīng)度的間距等于大約800英里(大約1,300公里)。由于在每一顆能用本發(fā)明的替換衛(wèi)星作為備用的C波段/Ku波段通信衛(wèi)星的附近提供一顆本發(fā)明的替換衛(wèi)星是不合算的，所以通常需要將本發(fā)明的替換衛(wèi)星移動(dòng)幾千英里(或公里)，使替換衛(wèi)星到達(dá)合適的位置以取代已失效或正失效的衛(wèi)星。因此，需要的衛(wèi)星能夠做快速移動(dòng)。
“快速移動(dòng)”指至少大約每天2.5度(地球赤道經(jīng)度)，合適的至少為每天3度，更合適的為至少每天4度，最合適的為至少每天5度，較好的為至少每天6度，更好的為至少每天7度，最好的為每天至少8度，甚至有時(shí)為至少每天10度。
本發(fā)明的衛(wèi)星一般被設(shè)計(jì)為能夠在其設(shè)計(jì)壽命中做至少兩次快速移動(dòng)，其移動(dòng)速度合適的為至少每天3度(地球赤道經(jīng)度)，通常能夠以至少每天3度做至少3次快速移動(dòng)，合適的能以至少每天4度做3次快速移動(dòng)，更合適的能以至少每天5度做至少3次快速移動(dòng)，最合適的能以至少每天6度做至少3次快速移動(dòng)，較好的能以至少每天7度做3次快速移動(dòng)，更好的能以至少每天8度做至少3次快速移動(dòng)，有時(shí)能以至少每天10度做至少3次快速移動(dòng)，最好的能以至少每天5度做至少4次快速移動(dòng)。因此，本發(fā)明的替換衛(wèi)星將比以它作為備用衛(wèi)星的典型的傳統(tǒng)通信衛(wèi)星攜帶更多的燃料，因?yàn)樗枰心芰Ρ葌鹘y(tǒng)的衛(wèi)星做快得多的移動(dòng)。
正如上文所提出，將14年作為目標(biāo)設(shè)計(jì)壽命期來設(shè)計(jì)能夠以至少每天5度(地球赤道經(jīng)度)速度快速移動(dòng)至少4次的本發(fā)明的衛(wèi)星。如果衛(wèi)星在其設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的移動(dòng)(重新定位)相當(dāng)于少于前面提及的次數(shù)(換句話說，少于以至少每天5度的4次快速移動(dòng)的相當(dāng)次數(shù))，衛(wèi)星的壽命將比14年的設(shè)計(jì)壽命長(假設(shè)沒有別的因素限制)。因?yàn)楸景l(fā)明的衛(wèi)星攜帶的燃料量成為限制衛(wèi)星壽命的因素，在合適的時(shí)候采用各種技術(shù)來減少燃料的消耗，例如，采用一種“組合漂移傾角操作”(如下文描述)使衛(wèi)星從其儲(chǔ)存(或停留)位置移到適合替換(備用)已失效或正失效的衛(wèi)星的位置，使用緩慢漂移來使衛(wèi)星從替換(備用)位置回歸到儲(chǔ)存(或停留)地點(diǎn)(位置)。
任何能夠使衛(wèi)星做所要求的多次快速移動(dòng)的推力系統(tǒng)都可采用，例如，流體(例如液體)或固體或等離子體推力系統(tǒng)，例如，基于氧化劑的推力系統(tǒng)(例如，使用諸如一甲基肼的肼燃料系統(tǒng))。沒有足夠的能量或不適于用于衛(wèi)星做所要求次數(shù)的快速移動(dòng)的推力裝置，例如，氙離子推力系統(tǒng)(“XIPS”)，可以用于進(jìn)行北/南位置保持。
本發(fā)明的替換衛(wèi)星當(dāng)將它從儲(chǔ)存地點(diǎn)移動(dòng)到適合于備份或備用已失效或正失效的衛(wèi)星的位置(“合適的位置”)時(shí)可做組合的漂移傾角操作，因此，減少了所需的燃料量，否則的話將需要這些燃料使衛(wèi)星移動(dòng)。采用“漂移傾角操作”意指這樣一種操作，將衛(wèi)星定向且同時(shí)點(diǎn)燃衛(wèi)星推進(jìn)器，以使衛(wèi)星從儲(chǔ)存地點(diǎn)到合適位置的移動(dòng)過程中在一些地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生東/西(漂移)和北/南(傾角)運(yùn)動(dòng)。(如果衛(wèi)星正在第一個(gè)合適的位置被使用以替換第一顆已失效或正失效的衛(wèi)星，然后移動(dòng)到第二合適位置以替換第二個(gè)失效或正失效衛(wèi)星，則第一個(gè)合適的位置將被當(dāng)作儲(chǔ)存地點(diǎn)，該替換衛(wèi)星從該位置移動(dòng)到第二個(gè)合適的位置。)遙測指令分系統(tǒng)包括兩個(gè)子系統(tǒng)，遙測子系統(tǒng)和指令子系統(tǒng)。遙測子系統(tǒng)監(jiān)視衛(wèi)星的健康并往外傳送信息(例如，傳送到地面控制站)，指令子系統(tǒng)從衛(wèi)星外部(例如，從地面控制站)接受指令。衛(wèi)星的遙測指令子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不是關(guān)鍵的，一旦本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員了解在此公開的發(fā)明的特征，他們將熟知遙測指令子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。概而言之，本發(fā)明的衛(wèi)星的子系統(tǒng)基本上和傳統(tǒng)的C波段Ku波段通信衛(wèi)星相同，下文所說的除外。
用本發(fā)明的衛(wèi)星作備用的或用本發(fā)明的衛(wèi)星替換的典型的傳統(tǒng)C波段/Ku波段通信衛(wèi)星如此設(shè)計(jì)，遙測子系統(tǒng)只用一個(gè)或兩個(gè)頻率來發(fā)送信號(hào)，指令子系統(tǒng)只用一個(gè)或兩個(gè)頻率來接受信號(hào)。本發(fā)明的衛(wèi)星的一個(gè)特點(diǎn)是設(shè)計(jì)為至少有2種不同的頻率(合適的至少3種，較好的至少4種，最好的至少5種頻率)可供使用，且被遙測子系統(tǒng)用于發(fā)送，至少有2種不同的頻率(合適的至少3種，較好的至少4種，最好的至少5種不同頻率)可供使用，且被指令子系統(tǒng)用于接收。本發(fā)明的衛(wèi)星中，普遍地，提供了4種不同的頻率供遙測子系統(tǒng)使用，提供了4種不同頻率供指令子系統(tǒng)使用。任何為本技術(shù)領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所了解的技術(shù)方案都可用于改變每一個(gè)子系統(tǒng)的頻率，例如，頻率合成器和固定頻率發(fā)生器。
有如此之多的頻率供每一子系統(tǒng)使用是很重要的，因?yàn)檫@允許用于一個(gè)指定的任何一個(gè)ITU區(qū)域的頻率可從本發(fā)明的衛(wèi)星提供的頻率中選出，以避免發(fā)生干擾，例如，避免和靠近替換位置的正運(yùn)轉(zhuǎn)的衛(wèi)星發(fā)生干擾。合適的是，一個(gè)以上的遙測指令天線的極性可以轉(zhuǎn)換(例如，從線性極性轉(zhuǎn)為圓性極性或圓性極性轉(zhuǎn)為線性極性，和/或從垂直極性轉(zhuǎn)為水平極性或水平極性轉(zhuǎn)為垂直極性，和/或從順時(shí)針極性轉(zhuǎn)為逆時(shí)針極性或逆時(shí)針極性轉(zhuǎn)為順時(shí)針極性)。這進(jìn)一步增強(qiáng)了本發(fā)明的衛(wèi)星避免發(fā)生干擾的能力，例如，避免和相鄰衛(wèi)星發(fā)生干擾。同樣合適的是，可以調(diào)整一個(gè)以上的遙測指令天線以改善發(fā)送和/或接受信號(hào)的質(zhì)量。因此，例如，通過移動(dòng)天線本身和/或使用諸如相陣列技術(shù)的裝置來調(diào)整它的波束，將遙測天線的波束定好位以使波束到達(dá)地球的不同地點(diǎn)。同樣地，可將指令子系統(tǒng)的接收天線定好位以使它指向地球的不同地點(diǎn)。
基于以下原因，優(yōu)選地，使用全向(全向的)天線為主天線用于遙測指令子系統(tǒng)。通常，一旦位于其軌道并處于工作，傳統(tǒng)C波段/Ku波段通信衛(wèi)星將通過C波段或Ku波段本身接受和傳輸遙測指令信號(hào)，那些波段通常使用高增益天線；然而，本發(fā)明衛(wèi)星能作為許多不同設(shè)計(jì)的衛(wèi)星的備份衛(wèi)星，而且那些不同設(shè)計(jì)的衛(wèi)星可能位于整個(gè)對地靜止的赤道平面內(nèi)的許多不同的地點(diǎn)，用于本發(fā)明的替換衛(wèi)星中的高增益天線可能無法和用于被替換衛(wèi)星的地面遙測指令站聯(lián)系上。因此，在本發(fā)明的替換衛(wèi)星上，遙測指令子系統(tǒng)優(yōu)先使用全向天線而不是高增益天線。
通信子系統(tǒng)根據(jù)上行鏈路頻率規(guī)劃從地球接收信號(hào)，將信號(hào)進(jìn)行放大，根據(jù)下行鏈路規(guī)劃將信號(hào)重發(fā)送。本發(fā)明的衛(wèi)星的通信子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不是關(guān)鍵的，一旦本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員了解在此公開的發(fā)明的特征，他們將熟知通信子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明衛(wèi)星的通信子系統(tǒng)設(shè)計(jì)為處理C波段和Ku波段信號(hào)。C波段具有6GHz頻寬的上行鏈路頻率和4GHz頻寬的下行鏈路頻率。Ku波段具有14GHz頻寬的上行鏈路頻率和12GHz頻寬的下行鏈路頻率。
概而言之，通信子系統(tǒng)包括(a)上行鏈路天線，它在預(yù)先選定的一個(gè)以上的波段上接收上行鏈路通信信號(hào)，每個(gè)波段有不止一個(gè)信道，(b)一個(gè)以上的濾波器，允許預(yù)先選定的波段中的信號(hào)通過，同時(shí)濾掉任何噪聲或者預(yù)先選定波段之外的頻率中的信號(hào)，(c)一個(gè)以上的放大器，增加所要求的信號(hào)的強(qiáng)度(例如，在信號(hào)經(jīng)過一個(gè)以上的濾波器后，增強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)度)，(d)一個(gè)下變頻器，將上行鏈路頻率降到下行鏈路頻率，(e)將上行鏈路信號(hào)(該信號(hào)被一個(gè)以上的C波段天線和一個(gè)以上的Ku波段天線接收)傳到合適的一個(gè)以上的下行鏈路C波段天線和一個(gè)以上的Ku波段天線的裝置，和(f)一個(gè)以上的C波段天線和一個(gè)以上的Ku波段天線。將信號(hào)傳到合適的天線的的裝置可包括下變頻器(它本身可能包括交換器，固定頻率發(fā)生器，頻率合成器等，以使各種信號(hào)能被轉(zhuǎn)換到所要求的頻率且那些頻率可以更改)，交換器，多路輸入器(IMUXs)，多路輸出器(outputMUXs)等。
ITU分配的原始C波段上行鏈路范圍為5.925GHz到6.425GHz(500MHz的帶寬)，相應(yīng)的下行鏈路范圍為3.7GHz到4.2GHz(也是500MHz的帶寬)。ITU后來給出了第二個(gè)波段，也就是分配6.425到6.725GHz給上行鏈路(300MHz的帶寬)，分配3.4GHz到3.7GHz給相應(yīng)的下行鏈路(也是300MHz的帶寬)。最近，又為C波段上行鏈路信號(hào)提供了第三個(gè)波段，也就是5.85GHZ到5.925GHz(75MHz的帶寬)，但沒有給下行鏈路分配附加的波段。到目前為止，這第三個(gè)75MHz下行鏈路C波段很少或沒有被使用過。因此，C波段上行鏈路信號(hào)可位于所分配的三個(gè)上行鏈路波段中的任何一個(gè)，三個(gè)波段是連續(xù)的且覆蓋5.85GHz到6.725GHz(總計(jì)875MHz帶寬)，C波段下行鏈路信號(hào)可位于所分配的兩個(gè)下行鏈路中的任何一個(gè)，這兩個(gè)波段是連續(xù)的且覆蓋3.4GHz到4.2GHz(總計(jì)800MHz帶寬)。
原則上，由于ITU條款規(guī)定了能被地球上三個(gè)不同ITU區(qū)域的每一個(gè)C波段/Ku波段通信衛(wèi)星使用的頻率，典型地，處理C波段通信的衛(wèi)星將只工作于上行鏈路的500MHz(位于875MHz內(nèi))和下行鏈路的500MHz(位于800MHz內(nèi))。因此，通用替換衛(wèi)星必須至少能處理兩個(gè)早期的從5.925GHz到6.725GHz的上行鏈路C波段的800MHz的帶寬(最好可處理875MHz的整個(gè)上行鏈路范圍內(nèi)，包括5.85GHz到5.925GHz之間的75MHz帶寬)，它也必須能夠處理兩個(gè)下行鏈路C波段的整個(gè)800MHz的帶寬。
概而言之，在500MHz C波段內(nèi)有24路信道，其中12路已有一種極性(如果使用線性極性則可為垂直極性或水平極性，如果使用圓性極性可為順時(shí)針或逆時(shí)針極性)。例如假設(shè)使用線性極性，12路垂直極性的每一信道將為標(biāo)稱的36MHz寬度，在信道間有保護(hù)帶，在500MHz范圍內(nèi)的頂部有一保護(hù)或緩沖區(qū)波段，在500MHz范圍內(nèi)的底部有一保護(hù)或緩沖區(qū)波段。這解釋了人們用500MHz除以12計(jì)算后得出的每信道大約41.7MHz和所提供的標(biāo)稱的每信道36MHz之間的差別。對于1兩個(gè)垂直極性的信道而言情況相同。正如本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所理解的，兩組12信道，每一信道都為標(biāo)稱的36MHz寬度，由于兩組信道具有不同的極性，所以可以共存于同一500MHz帶寬內(nèi)。如果使用圓性極性，500MHz帶寬的24信道可以用同樣的分析方法。
對于傳統(tǒng)的衛(wèi)星，24路上行鏈路信道可全被地球上大體上相同地點(diǎn)的一個(gè)以上的天線發(fā)射，或者24路信道可能由位于幾個(gè)不同地點(diǎn)中的每一個(gè)地點(diǎn)的一個(gè)以上的天線提供信號(hào)。因此，設(shè)計(jì)用于預(yù)定位置的傳統(tǒng)衛(wèi)星將被設(shè)計(jì)為捕獲來自所有為它提供給信號(hào)的發(fā)射天線的24路信道，這就要求兩個(gè)或更多的上行鏈路天線。由于傳統(tǒng)的衛(wèi)星被置于預(yù)先指定的位置，天線的幾何尺寸在設(shè)計(jì)前是知道的(也就是，地球上的一個(gè)以上的發(fā)射天線和衛(wèi)星的一個(gè)以上的接收天線之間的空間關(guān)系是已知的)，因此，在衛(wèi)星上和相對衛(wèi)星星體的每一個(gè)衛(wèi)星上行鏈路天線的位置和方位可以預(yù)先確定并安裝。
另一方面，為使本發(fā)明的替換衛(wèi)星更大程度地仿效FSS衛(wèi)星，它的一些(最好為所有)上行鏈路天線必須是可獨(dú)立操縱的以使天線能很好地捕獲地球上天線發(fā)射的信號(hào)，這些信號(hào)是傳送給將被本發(fā)明的衛(wèi)星替換的已失效或正失效的衛(wèi)星。替換衛(wèi)星將使用至少兩個(gè)上行鏈路C波段天線，可能的話至少為3個(gè)天線，有時(shí)候至少為4個(gè)天線。至少有一個(gè)(最好為所有)的C波段上行鏈路C波段天線的極性可以更改以適應(yīng)被替換的已失效或正失效的衛(wèi)星的預(yù)先設(shè)定的上行鏈路頻率規(guī)劃。
相同的考慮應(yīng)用于下行鏈路C波段和下行鏈路天線。因此，在傳統(tǒng)的FSS衛(wèi)星中C波段下行鏈路為500MHz寬度，有24路信道(每一信道為標(biāo)稱的36MHz寬度)，以2組垂直和水平信號(hào)極化或以2組順時(shí)針和逆時(shí)針信號(hào)極化，下行鏈路信號(hào)將對準(zhǔn)地球上的一個(gè)以上的地點(diǎn)的一個(gè)以上的接收天線。此外，由于在設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的FSS衛(wèi)星前幾何尺寸是知道的(也就是說，衛(wèi)星上的每一個(gè)下行鏈路天線和地球上預(yù)期的接收區(qū)域或地球上的天線間的距離和方向)，下行鏈路天線將固定于這個(gè)衛(wèi)星上的位置和方位。
本發(fā)明的替換衛(wèi)星使用至少兩個(gè)下行鏈路C波段天線，合適地至少3個(gè)，較好地為至少4個(gè)，有些情況下為5個(gè)天線。至少一個(gè)(合適地為兩個(gè)，3個(gè)，4個(gè)或多個(gè))的C波段下行鏈路天線的極性可以更改以適應(yīng)將被替換的已失效或正失效的衛(wèi)星的預(yù)定的下行鏈路規(guī)劃。至少一些，最好大多數(shù)的天線有足夠的增益和寬闊的覆蓋范圍。用于C波段下行鏈路天線的最小EIRP(有效全向輻射功率)最好是36dbw(瓦特參考點(diǎn)的分貝值)。
至少有一個(gè)(合適的為兩個(gè)，3個(gè)，4個(gè)或更多)的C波段下行鏈路天線必須有可獨(dú)立定向的波束以使它們能將足夠強(qiáng)的信號(hào)發(fā)送給地球上正從將被本發(fā)明的衛(wèi)星所替換的已失效或正失效的衛(wèi)星接收信號(hào)的所有天線?？梢杂萌魏我环N合適的方式引導(dǎo)從一天線發(fā)出的波束，例如，操縱天線本身，使用多波束天線，使用相陣列天線或使用其它任何類型的可重配置的天線(參見，例如US 4,965,587)。
C波段上行鏈路信號(hào)可能僅從幾個(gè)天線(也許只是地球上的一個(gè)發(fā)射天線)發(fā)出，與之不同的是，可能必須將一個(gè)以上的下行鏈路信號(hào)傳送到大片區(qū)域的多個(gè)天線，例如，發(fā)送到遍及整個(gè)美國大陸的所有電視光纜公司的接收天線，這些公司攜帶一些特別的信號(hào)以重新發(fā)布給它們的客戶(例如，來自一全國發(fā)行的電影或體育節(jié)目的提供商的信號(hào)，該信號(hào)上傳到衛(wèi)星然后從衛(wèi)星下傳到遍及美國的光纜公司，每一個(gè)光纜公司重新發(fā)布信號(hào)給它自己的客戶)。也可能是必須將特別的下行鏈路波束發(fā)送到一很受限制的地理區(qū)域。因此，至少一個(gè)(合適的為兩個(gè)，3個(gè)，4個(gè)或更多)的C波段下行鏈路的覆蓋區(qū)域能夠更改將是合適的?？梢允褂萌魏魏线m的方式來改變天線的下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域，例如，通過操縱(移動(dòng)或重定向)天線和/或通過天線波束的形狀(例如，使用相陣列天線，可重配置的天線或其它任何合適的方法)。
整個(gè)上行鏈路Ku波段占用13.75GHz到14.5GHz，它被認(rèn)為擁有3個(gè)上行鏈路波段，它的每一個(gè)波段為250MHz寬度且為連續(xù)的，換句話說，一個(gè)波段從13.75GHz到14.00GHz，第二個(gè)波段為14.00GHz到14.25GHz，第三個(gè)波段為14.25GHz到14.50GHz。相比之下，下行鏈路波段有幾個(gè)，但只有一些是連續(xù)的。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的下行鏈路波段位于10.95GHz到11.20GHz(250MHz帶寬)，第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的下行鏈路波段位于11.45GHz到11.70GHz(250MHz帶寬)，第三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的下行鏈路波段位于11.70GHz到12.20GHz(500MHz帶寬)，第四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的下行鏈路波段位于12.20GHz到12.75GHz(550MHz帶寬)。第四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的波段本身可認(rèn)為包括兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的波段，一個(gè)從12.2到12.5GHz，為300MHz波段，另一個(gè)從12.5到12.75GHz，為250MHz波段，總計(jì)5個(gè)波段。
正如上文所述，本發(fā)明的衛(wèi)星在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上或其它方面都是切實(shí)可行的。通過仔細(xì)地確定與包括所有需用來完全仿效所有已有的和將來有的FSS衛(wèi)星的特征相對的可行性的特征，可行性已得到實(shí)現(xiàn)。因此，盡管從12.20到12.25GHz的50MHz帶寬是由ITU分配用于下行鏈路Ku波段信號(hào)的一部分頻譜，在發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例中，沒有使用這個(gè)50MHz。因此，在那些實(shí)施例中，第四個(gè)波段是從12.25GHz到12.75GHz(500MHz波段)。在一些優(yōu)選實(shí)施例中沒有使用從12.20到12.25GHz的50MHz的帶寬，從而簡化了本發(fā)明的衛(wèi)星的設(shè)計(jì)，因?yàn)樵谀切?shí)施例中，使用的所有的上行鏈路和下行鏈路Ku波段頻譜能方便地劃分成250MHz的塊(3個(gè)上行鏈路250MHz波段和6個(gè)250MHz下行鏈路波段)。在那些也利用從12.20到12.25GHz的50MHz帶寬的實(shí)施例中則不在此列(因?yàn)樗褂玫膹?2.20到12.75GHz的第四波段是550MHz寬度)。
因此，從一個(gè)角度看，在那些沒有使用12.20到12.25GHz的50MHz帶寬的實(shí)施例中，名義上有4個(gè)下行鏈路Ku波段，其中兩個(gè)波段各有250MHz的帶寬，另兩個(gè)波段各有500MHz的帶寬(也就是10.95-11.20，11.45-11.70，11.7-12.2，12.25-12.75GHz)。從另一角度看，在那些優(yōu)選實(shí)施例中，有6個(gè)下行鏈路Ku波段，每一個(gè)波段為250MHz帶寬。不論有多少個(gè)Ku波段，總計(jì)有1550MHz(1.55GHz)非連續(xù)的帶寬，該帶寬由ITU為Ku波段下行鏈路信號(hào)分配，位于10.95GHz到12.75GHz的范圍內(nèi)；然而，在本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例中，只有1500MHz(1.5GHz)被使用。
可以理解，在權(quán)利要求書中，從12.25到12.75GHz的波段，被認(rèn)為包括兩個(gè)各為250MHz的波段，位于12.20到12.75GHz的波段中。因此，權(quán)利要求書中的“輸出任何已放大、降頻的Ku波段信號(hào)，作為6個(gè)250MHz波段中信道里的Ku波段下行鏈路信號(hào)，這6個(gè)250MHz波段位于10.95-11.20GHz，11.45-11.70GHz，11.70-12.20GHz和12.25-12.75GHz下行鏈路Ku波段，每一個(gè)下行鏈路Ku波段有多個(gè)下行鏈路Ku波段信道”，如果僅僅通過使用另外的12.20到12.25GHz之間的50Mhz，是不能避開這項(xiàng)權(quán)利要求的保護(hù)范圍的。
原則上，由于ITU規(guī)則規(guī)定了能被C波段/Ku波段通信衛(wèi)星使用的頻率，該頻率用于地球的三個(gè)不同的ITU區(qū)域，典型地，處理Ku波段通信的衛(wèi)星將只在上行鏈路的500MHz(分配的750MHz)波段和下行鏈路的500MHz(分配的1550MHz)波段工作。因此，通用替換衛(wèi)星必須能夠處理上行鏈路Ku波段的所有750MHz帶寬(本發(fā)明就是這樣做)，也必須能夠處理大多數(shù)，即使不是全部的已分配的下行鏈路Ku波段的1550MHz帶寬(正如所述，在本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例中，可用的1550MHz帶寬中只有1500MHz被使用)。
概而言之，在本發(fā)明的衛(wèi)星中，典型地，對于兩種極性(也就是垂直和水平，或順時(shí)針和逆時(shí)針)總計(jì)有72路Ku波段下行鏈路信道，每一路Ku波段下行鏈路信道為標(biāo)稱的36MHz寬度(對每一種極性，用1500MHz除以36后約為41.7MHz，41.7和36間的差值是因?yàn)楸Ｗo(hù)頻帶等的存在)。概而言之，在任何一顆傳統(tǒng)的FSS衛(wèi)星中使用的下行鏈路Ku波段不超過750MHz。因此，優(yōu)選的是，本發(fā)明的衛(wèi)星設(shè)計(jì)為在壽命期開始以36路信道(兩種極性的總和)工作(壽命期末期的設(shè)計(jì)目標(biāo)是24路信道)，盡管使用36路信道的哪一頻率取決于被本發(fā)明的衛(wèi)星替換的傳統(tǒng)FSS衛(wèi)星。
本發(fā)明的衛(wèi)星的重要特征之一為該衛(wèi)星能夠在三個(gè)上行鏈路波段中的任一個(gè)上接收信號(hào)并將信號(hào)發(fā)送到四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)下行鏈路Ku波段中的任一個(gè)(或?qū)⑿盘?hào)發(fā)送到五個(gè)下行鏈路Ku波段中的任一個(gè)，如果考慮有5個(gè)這樣的信道)。優(yōu)選的是，本發(fā)明的衛(wèi)星能夠在三個(gè)上行鏈路Ku波段上接收信號(hào)并將信號(hào)發(fā)送到6個(gè)250MHz帶寬的下行鏈路Ku波段中的任一個(gè)。這一點(diǎn)幫助本發(fā)明的衛(wèi)星仿效將被替換的已失效或正失效的C波段/Ku波段通信衛(wèi)星的通信性能。
象C波段一樣，本發(fā)明的衛(wèi)星的Ku波段信道每一個(gè)都為標(biāo)稱的36MHz寬度，最好使用極化(線性極性或圓性極性)。因此，500MHz上行鏈路帶寬總計(jì)有24路信道，其中12路信道為垂直極性，另12路信道為水平極性(或者12路信道為順時(shí)針極性，另12路信道為逆時(shí)針極性)。先考慮12路垂直極性的信道，信道之間存在的保護(hù)帶，位于500MHz范圍頂部的保護(hù)或緩沖波段和位于500MHz范圍底端的保護(hù)或緩沖波段說明了用500MHz除以12計(jì)算得出的大約每信道總計(jì)41.7MHz和標(biāo)稱的每信道36MHz之間的差別，標(biāo)稱的36MHz信道用于本發(fā)明的衛(wèi)星中。對12路水平極性信道也是一樣。正如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所理解的，每一信道為標(biāo)稱的36MHz寬度的兩組12路信道能夠共存于同一500MHz帶寬中，因?yàn)閮山M信道有不同的極性。對于500MHz波段的24路信道，如果采用圓極性，可用相同的分析方法。
Ku波段沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的信道寬度，27，36，43，54，72和108MHz的帶寬都已被使用過或正被使用。因此，本發(fā)明衛(wèi)星的另一個(gè)優(yōu)選特征是對于大多數(shù)Ku波段(更優(yōu)選的，所有的Ku波段)使用標(biāo)準(zhǔn)的帶寬，更優(yōu)選地，此帶寬為標(biāo)稱的36MHz。對于兩個(gè)不連續(xù)的下行鏈路Ku波段(也就是從10.95到11.2GHz和從11.45到11.70GHz)，優(yōu)選的，信道為35MHz寬度，但是該寬度被認(rèn)為是在“標(biāo)稱的36MHz寬度”和“一個(gè)標(biāo)稱的36MHz帶寬”范圍之內(nèi)。對所有的上行鏈路和下行鏈路Ku波段使用標(biāo)準(zhǔn)的帶寬(不論是標(biāo)稱的36MHz或其它一些值)使得，例如，處理其它帶寬所需的濾波器和多路復(fù)用器可以省略，所以簡化了設(shè)計(jì)且使本發(fā)明的衛(wèi)星是切實(shí)可行的。
和C波段一樣，對于傳統(tǒng)的衛(wèi)星，24路上行鏈路信道可能被一個(gè)以上的位于地球上大體上同一地點(diǎn)的天線全部使用發(fā)射，或者信道可能被位于幾個(gè)不同地點(diǎn)中的每一個(gè)地點(diǎn)的一個(gè)以上的天線供給信號(hào)。因此，為預(yù)定位置設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)衛(wèi)星被設(shè)計(jì)來捕獲來自所有將要供給它信號(hào)的發(fā)射天線的24路Ku波段信道(假設(shè)使用優(yōu)選的36MHz標(biāo)稱帶寬)，這可能要求兩個(gè)或更多上行鏈路天線。由于傳統(tǒng)的衛(wèi)星將位于預(yù)先指定的位置，在設(shè)計(jì)前幾何關(guān)系是知道的(也就是說地球上一個(gè)或更多個(gè)發(fā)射天線和衛(wèi)星上一個(gè)以上的接收天線的空間關(guān)系是知道的)，因此，在衛(wèi)星上和指向衛(wèi)星本體的每一個(gè)衛(wèi)星上行鏈路天線的位置和方向可以事先確定和安裝。
另一方面，為了使本發(fā)明的替換衛(wèi)星能仿效FSS衛(wèi)星的大部分功能，替換衛(wèi)星的一些(優(yōu)選地，為所有)的Ku波段上行鏈路天線必須能獨(dú)立地操縱，以使它們能很好地捕獲地球上發(fā)射天線發(fā)送的所有信號(hào)，這些信號(hào)正提供給本發(fā)明的替換衛(wèi)星替換的已失效或正失效的衛(wèi)星。替換衛(wèi)星使用至少兩個(gè)上行鏈路Ku波段天線，可能的話至少三個(gè)，有時(shí)候至少4個(gè)天線。至少一個(gè)(最好為全部)Ku波段上行鏈路天線的極性可以更改以適應(yīng)正被替換的已失效或正失效的衛(wèi)星的預(yù)定的上行鏈路頻率方案。
在傳統(tǒng)的FSS衛(wèi)星中，Ku波段下行鏈路為250、300或500MHz寬度，其信道(最好每一信道為標(biāo)稱的36MHz寬度)要么以2組垂直和水平的方式極化要么以2組順時(shí)針和逆時(shí)針方式極化，且下行鏈路信號(hào)將對準(zhǔn)地球上一個(gè)以上的地點(diǎn)的一個(gè)以上的接收天線。此外，在設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的FSS衛(wèi)星前幾何關(guān)系是知道的(也就是說衛(wèi)星上每一個(gè)下行鏈路Ku波段天線和地球上所要求的接收區(qū)域或天線的距離和方向是知道的)，下行鏈路天線將固定在衛(wèi)星上的位置和方位。
本發(fā)明的替換衛(wèi)星將使用至少兩個(gè)下行鏈路Ku波段天線，合適地使用至少3個(gè)，較好地使用至少4個(gè)，有時(shí)候使用至少5個(gè)。至少一個(gè)(最好2、3、4或更多)Ku波段上行鏈路天線的極性可以更改以適應(yīng)正被替換的已失效或正失效的衛(wèi)星的預(yù)定的上行鏈路頻率規(guī)劃。至少有一些，最好是大多數(shù)的天線有足夠的增益和寬闊的覆蓋區(qū)域。優(yōu)選地，Ku波段下行鏈路天線的最小EIRP(有效全向輻射功率)在覆蓋區(qū)域的邊緣為48dbw到50dbw(位置)。Ku波段上行鏈路天線應(yīng)有不同的波束形狀和增益水平，他們的設(shè)計(jì)為本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所了解。
至少有一個(gè)(最好為兩個(gè)，3個(gè)，4個(gè)或更多)的Ku波段下行鏈路天線必須有可獨(dú)立傳輸?shù)牟ㄊ允顾鼈兡軐⒆銐驈?qiáng)的信號(hào)發(fā)送給地球上的所有天線，這些天線正從將被本發(fā)明的衛(wèi)星所替換的已失效或正失效的衛(wèi)星接收信號(hào)。正如C波段下行鏈路天線一樣，可以使用任何合適的方式來導(dǎo)向從一個(gè)Ku波段天線發(fā)射出的波束，例如，使用本身可操縱的天線，使用多波束天線，使用相陣列天線或使用其它任何可重配置的天線(例如參見，US 4,965,587)。
上行鏈路Ku波段信號(hào)可能僅來自幾個(gè)天線(也許只是一個(gè)地球上的發(fā)射天線)，與該信號(hào)相比，一個(gè)以上的下行鏈路信號(hào)可能要發(fā)送到一大片區(qū)域中的多個(gè)天線，例如，發(fā)送到遍及整個(gè)美國大陸的所有電視光纜公司的接收天線，這些公司攜帶特別的信號(hào)以重新分送給它的客戶。也可能需要把特定的下行鏈路波束發(fā)送到一很特別的地理區(qū)域。因此，最好至少一個(gè)(合適的為兩個(gè)，3個(gè)，4個(gè)或更多)的Ku波段下行鏈路的覆蓋區(qū)域是能夠更改的。可以使用任何合適的方法來改變天線的下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域，例如，通過操縱(移動(dòng)或重定向)天線和/或通過改變天線波束形狀(例如，使用相陣列天線，可重配置的天線或其它任何合適的方法)。
例如，對于本發(fā)明衛(wèi)星的一個(gè)可能的實(shí)施例，對于Ku波段，可能使用一個(gè)有很寬的覆蓋區(qū)域的天線來為美國大陸，加拿大的下半部的部分地區(qū)和墨西哥的上部分地區(qū)提供至少48dbw的覆蓋能力，還使用一個(gè)定點(diǎn)天線來為夏威夷提供至少42dbw的覆蓋能力。關(guān)于本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的其它用途，被替換的衛(wèi)星有五個(gè)Ku波段覆蓋區(qū)域，一個(gè)以42dbw集中在印度，一個(gè)以42dbw集中在中國，一個(gè)以50dbw集中在南非，一個(gè)以42dbw集中在中東，一個(gè)以42dbw覆蓋土耳其，北非和歐洲南部，但是替換衛(wèi)星使用4個(gè)覆蓋區(qū)域，一個(gè)以50dbw覆蓋南非和其國家北部，一個(gè)以48dbw覆蓋大半個(gè)印度和中國，一個(gè)以48dbw覆蓋澳大利亞北部和位于澳大利亞和中國間的區(qū)域，一個(gè)以48dbw覆蓋中東、土耳其、非洲北部和歐洲南部。本發(fā)明衛(wèi)星的覆蓋版圖和功率水平與那些被替換的衛(wèi)星是不一樣的，但是非常接近，可以認(rèn)為很好地模仿或仿效被替換衛(wèi)星的通性能力。
對于C波段和Ku波段，本發(fā)明的另一個(gè)合乎要求的特征是，一些，最好是所有的替換衛(wèi)星上的上行鏈路和下行鏈路天線在北/南和東/西方向都是可操縱的(或可移動(dòng)的)，從正常狀態(tài)至少移動(dòng)2度，合適地至少3度，更合適地至少4度，最合適地至少5度，較好地至少6度，更好地至少7度，在有些情況下從正常狀態(tài)移動(dòng)至少8度。在傳統(tǒng)的FSS衛(wèi)星中，相對正常位置，天線能移動(dòng)的幅度很少超過南/北或東/西方向1度。本發(fā)明衛(wèi)星的可操縱性有助于實(shí)現(xiàn)替換衛(wèi)星的實(shí)用性，同時(shí)使替換衛(wèi)星保持足夠的靈活性以滿足任何一顆FSS衛(wèi)星的頻率規(guī)劃。下行鏈路天線的可操縱性可認(rèn)為是用于導(dǎo)向從下行鏈路天線發(fā)射的波束(例如，相陣列或波束形成技術(shù))的手段的附加。
正如我們所知，對于傳統(tǒng)的FSS衛(wèi)星，衛(wèi)星接收的特定C波段或Ku波段信道上的信號(hào)可能必須和其它上行鏈路C波段或Ku波段信號(hào)一起重發(fā)射到特別的地理區(qū)域。因此，例如，第一個(gè)Ku波段上行鏈路信號(hào)可能必須導(dǎo)入服務(wù)于一地理區(qū)域的衛(wèi)星的Ku波段下行鏈路天線，而第二個(gè)Ku波段上行鏈路信號(hào)可能必須導(dǎo)入到相同的下行鏈路天線。也有這樣的情況，兩個(gè)上行鏈路Ku波段信號(hào)位于具有上行鏈路頻率的信道內(nèi)，而它們要求不同的下變換“數(shù)量”以使能位于相同的天線。還有這樣的情況，一波段中各種上行鏈路信號(hào)，甚至可能是地面上同一天線發(fā)射的信號(hào)，必須導(dǎo)入到兩個(gè)或多個(gè)不同的下行鏈路天線。因此，傳統(tǒng)的FSS衛(wèi)星設(shè)計(jì)時(shí)需要知道上行鏈路頻率規(guī)劃(例如，發(fā)送上行鏈路信號(hào)的地球上每一天線的位置，每一信號(hào)有什么樣的頻率)和下行鏈路頻率規(guī)劃(例如，每一信號(hào)需要何種頻率，該信號(hào)要發(fā)往何處)。這些使得相對容易地設(shè)計(jì)下變頻器，輸入多路復(fù)用器，輸出多路復(fù)用器等。
本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員可以理解，各種現(xiàn)有的和已計(jì)劃的FSS衛(wèi)星有不同的上行鏈路和下行鏈路頻率方案和很多不同的將各種上行鏈路信號(hào)重定向到合適的下行鏈路天線的方案。本發(fā)明的一個(gè)重要特征是能適應(yīng)很寬范圍的各種上行鏈路和下行鏈路規(guī)劃，這些規(guī)劃可在大多數(shù)(優(yōu)選地絕大多數(shù))現(xiàn)存的和已計(jì)劃的FSS衛(wèi)星中找到。
一顆完善的克隆替換衛(wèi)星應(yīng)包括所有的交換器、下變頻裝置、輸入多路復(fù)用器、輸出多路復(fù)用器等，需要這些來使替換衛(wèi)星能完善地仿效在所有的FSS衛(wèi)星的所有上行鏈路和下行鏈路頻率規(guī)劃。為達(dá)到完善的仿效，在克隆衛(wèi)星中每一路上行鏈路信號(hào)將必須能夠發(fā)送到任何一路下行鏈路信道，同時(shí)對正被發(fā)送的其它上行鏈路信號(hào)沒有任何方面的影響；然而，這樣一來使得設(shè)計(jì)變得不實(shí)用(例如，過于復(fù)雜)，費(fèi)用過高。
相比之下，本發(fā)明的衛(wèi)星在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上和其它方面都是切實(shí)可行的。正如前面所述，通過仔細(xì)地確定與包括所有需用來完全仿效的特征相對的需用于可行性的特征，其可行性已得到證實(shí)。因此，例如，衛(wèi)星不是能夠個(gè)別地和獨(dú)立地將每一路上行鏈路信號(hào)變換到位于任一波段中的任一下行鏈路信道，而是至少一些，合適地為大多數(shù)，較好地是所有上行鏈路信號(hào)能成包地交換。那些包中每一包包括至少2路信號(hào)，合適地至少3路，更合適地至少4路，最合適地至少6路，較好地至少7路，更好地至少8路，最好地至少9路。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)包包括12路信號(hào)。顯然，包中信號(hào)越多，處理裝置(因此，也就是衛(wèi)星)仿效FSS衛(wèi)星的靈活性越少。因此，在一些優(yōu)選實(shí)施例中，將3或6路信號(hào)打成一包。盡管不是一波段中的所有信號(hào)都需要打包或需要位于同樣大小的包中，最好是將一波段中的所有信號(hào)打包且這些包具有相同的大小。因此，例如對于Ku波段，在衛(wèi)星壽命期初期可能使用36路信道，在衛(wèi)星壽命末期能夠使用至少24路信道，最好，將所有信號(hào)打包，每一包可包括3或6路信號(hào)。正如本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員將理解的，每包中的信號(hào)數(shù)量越少，處理裝置的粗糙度越小。
可以使用任何具有這個(gè)功能或能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明好處的裝置將上行鏈路信號(hào)的頻率下變頻(向下頻移)到合適的被使用下行鏈路信道的頻率。這一設(shè)計(jì)并非關(guān)鍵的，一旦本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員理解在此公布的發(fā)明，他們將熟知它的設(shè)計(jì)。因此，需要實(shí)現(xiàn)信號(hào)下變頻的靈活性的裝置。這些裝置包括頻率合成器和振蕩器(例如，固定頻率振蕩器)和交換設(shè)備。進(jìn)一步的交換將已降頻的信號(hào)導(dǎo)入到各種輸入多路復(fù)用器，在那里2路或多路(例如，最好是3路或6路)被選擇且被發(fā)送到放大器以提高他們的功率。然后，放大器的輸出被送到輸出多路復(fù)用器，在那里將單獨(dú)的信號(hào)進(jìn)行組合以將它發(fā)送到天線。正如本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員所理解的，用于這些不同任務(wù)的具體的通路，設(shè)備和裝置并不是關(guān)鍵的，可使用完成需要的功能或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的好處的任何裝置。那些裝置的設(shè)計(jì)并不是關(guān)鍵的，一但本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員理解在此公布的發(fā)明，他們將熟知它的設(shè)計(jì)。
正如本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所理解的一樣，將一特定的上行鏈路信號(hào)導(dǎo)入到一特定的下行鏈路天線通常涉及確定該信號(hào)的下行鏈路頻率，然后使用替換衛(wèi)星中提供的下變頻裝置將其變換成這個(gè)頻率，該裝置可能是，例如一頻率合成器或固定頻率振蕩器，還有交換設(shè)備。第一路信號(hào)的頻率改變(上行鏈路頻率減去下行鏈路頻率)為一確定的Hz數(shù)目。將另一路上行鏈路信號(hào)導(dǎo)入到相同的下行鏈路天線將涉及不同Hz數(shù)目的頻率改變。使用替換衛(wèi)星中的交換設(shè)備和輸入和輸出多路復(fù)用器，上述兩路上行鏈路信號(hào)能得到處理，使他們可發(fā)送到相同的下行鏈路天線。換句話說，結(jié)果是那些信號(hào)將被一起打成包。
本發(fā)明的另一個(gè)重要特征是衛(wèi)星能夠遠(yuǎn)程進(jìn)行重配置，也就是能將信號(hào)從地面指令站發(fā)送到衛(wèi)星上，不僅使衛(wèi)星從當(dāng)前地點(diǎn)(該地點(diǎn)可以是位于儲(chǔ)存軌道)移動(dòng)，而且對衛(wèi)星重配置來遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段下行鏈路波段處理裝置，以將至少有2路信號(hào)但少于所有的位于每一上行鏈路波段中的信號(hào)導(dǎo)入到下行鏈路Ku波段中的任一個(gè)波段，和/或遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)Ku波段下行鏈路天線的下行鏈路波束，以將該波束傳送到地球上的不同地點(diǎn)，和/或遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)C波段下行鏈路天線的下行鏈路波束，以將該波束傳送到地球上的不同地點(diǎn)，和/或遠(yuǎn)程改變來自至少一個(gè)Ku波段下行鏈路天線的下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域。能達(dá)到此重配置的裝置，與所要求的附加改變一樣(例如移動(dòng)一個(gè)以上的上行鏈路天線)，可以是任何一種能完成上述功能且能獲得本發(fā)明的好處的的裝置。那些裝置的設(shè)計(jì)并不是關(guān)鍵的，一但本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員理解在此公布的發(fā)明，他們將熟知它的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的衛(wèi)星可使用本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所掌握的技術(shù)和手段將它發(fā)射且定位于儲(chǔ)存軌道。因此，例如可使用諸如天頂號(hào)(SeaLaunch)，阿里亞娜號(hào)和質(zhì)子號(hào)運(yùn)載火箭。第一次放置于軌道的本發(fā)明的衛(wèi)星典型地重達(dá)4000到5000公斤，更可能的重達(dá)4300到4900公斤。
典型地，初始儲(chǔ)存軌道位于相對于赤道平面傾斜的一平面內(nèi)。如上面所討論的，本發(fā)明衛(wèi)星的儲(chǔ)存平面將在相對于赤道大約+8度到大約-8度之間來回?cái)[動(dòng)，除非有目的地移動(dòng)衛(wèi)星。因此，即使替換衛(wèi)星開始時(shí)放置于相對于赤道傾斜的平面內(nèi)用于儲(chǔ)存，到替換衛(wèi)星從儲(chǔ)存軌道移動(dòng)到工作位置時(shí)，儲(chǔ)存軌道也許位于不同于它初始時(shí)被放置的位置。
最好使用由至少2顆(最好至少5顆)本發(fā)明替換衛(wèi)星組成的星群。通常，他們儲(chǔ)存于東/西方向的不同位置，盡管也許沒有將他們均勻地分布在東/西方向。將替換衛(wèi)星儲(chǔ)存在靠近它要替換的傳統(tǒng)衛(wèi)星通常可以減少由于傳統(tǒng)衛(wèi)星失效出現(xiàn)的無效通信時(shí)間長度(因?yàn)樘鎿Q衛(wèi)星從儲(chǔ)存位置移動(dòng)到將要被替換的衛(wèi)星的工作位置的距離短)。
本發(fā)明的衛(wèi)星可以發(fā)射并放置于一軌道(儲(chǔ)存)位置，該位置不需要單獨(dú)的ITU許可。衛(wèi)星的軌道允許相對于赤道平面上下移動(dòng)(也就是，成為傾斜的)。當(dāng)能以本發(fā)明的備份衛(wèi)星作為備份的傳統(tǒng)衛(wèi)星失效到不可接受的程度后(它可以是部分失效，也可以是完全失效)，將適當(dāng)?shù)闹噶顝奶鎿Q衛(wèi)星外部(例如，從地面控制站)發(fā)送到替換衛(wèi)星的指令子系統(tǒng)。結(jié)果是，替換衛(wèi)星從其儲(chǔ)存位置移動(dòng)到它將要工作以替代正失效或已失效的衛(wèi)星的位置。在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候，一個(gè)以上的外部指令信號(hào)使衛(wèi)星進(jìn)行一定程度的重配置，使其適配正被仿效的衛(wèi)星的上行鏈路和下行鏈路頻率規(guī)劃，正確地將所有的上行鏈路和下行鏈路天線定向，改變下行鏈路覆蓋區(qū)域，改變遙測指令頻率(如果需要)，使得替換衛(wèi)星不會(huì)干擾鄰近的正工作的衛(wèi)星的功能。
替換衛(wèi)星的重配置可包括調(diào)整Ku波段處理裝置使得它可以將至少2路但少于位于每一路上行鏈路Ku波段中的所有信號(hào)導(dǎo)入到任何一個(gè)下行鏈路Ku天線，調(diào)整來自于至少一個(gè)Ku波段下行鏈路天線的下行鏈路波束，從而將波束指向地球上合適的地點(diǎn)，調(diào)整來自于至少一個(gè)C波段下行鏈路天線的下行鏈路波束，從而將波束指向地球上合適的地點(diǎn)，改變來自于至少一個(gè)下行鏈路天線的下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域，改變至少一個(gè)下行鏈路天線的極性。也可能進(jìn)行在此描述的其它改變以使衛(wèi)星能仿效迄今為止的被替換衛(wèi)星的所有可能的通性能力。
本發(fā)明的替換衛(wèi)星將停留在其移動(dòng)到的工作位置，直到例如失效的衛(wèi)星被更換。然后，本發(fā)明的衛(wèi)星將被移動(dòng)回儲(chǔ)存位置或可能被移動(dòng)到一個(gè)新的工作位置且被重配置以替代另一顆已失效或正失效的衛(wèi)星。
優(yōu)選地，在C波段中和Ku波段中，所有的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)(每一個(gè)用于上行鏈路信道的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)都能認(rèn)為在初始濾波器和下變頻器后包括放大器)能夠在上述兩個(gè)波段中切換到任何一個(gè)下行鏈路天線，下行鏈路天線的極性可以更改。上述兩點(diǎn)使得替換衛(wèi)星能夠根據(jù)先前建立的被替換的已失效或正失效的衛(wèi)星下行鏈路頻率規(guī)劃發(fā)送下行鏈路信號(hào)。最好是所有的信號(hào)被打成包(包中至少有2路信號(hào))，這幫助實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的衛(wèi)星在保持足夠的靈活性來滿足任何FSS衛(wèi)星的頻率規(guī)劃的同時(shí)又切實(shí)可行。使用有足夠功率的放大器和使用可重配置的下行鏈路天線進(jìn)一步使得替換衛(wèi)星更可行。正如上文解釋的，在一些優(yōu)選實(shí)施例中，在Ku波段中12.20到12.25GHz間的50MHz波段沒有被使用。這簡化了衛(wèi)星的設(shè)計(jì)，因?yàn)樯闲墟溌泛拖滦墟溌稫u波段都可以標(biāo)稱的250MHz帶寬處理，這進(jìn)一步使得本發(fā)明的衛(wèi)星切實(shí)可行。對Ku波段使用標(biāo)準(zhǔn)的帶寬簡化了設(shè)計(jì)也幫助本發(fā)明的衛(wèi)星變得切實(shí)可行。
在一些優(yōu)選實(shí)施例中，替換衛(wèi)星有一個(gè)遙測子系統(tǒng)，它可以在4種不同的頻率上發(fā)射，還有一指令子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)能在4種不同頻率上接收信號(hào)，每一個(gè)子系統(tǒng)都有不同的頻率和可切換的極性。這使替換衛(wèi)星能被儲(chǔ)存且用于很多不同的位置，對三個(gè)ITU區(qū)域中的任何一個(gè)都沒有干擾，這進(jìn)一步使本發(fā)明的衛(wèi)星切實(shí)可行。
本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的衛(wèi)星在技術(shù)上，經(jīng)濟(jì)上和其它方面都是切實(shí)可行的，同時(shí)，為已有的和已計(jì)劃的大多數(shù)(通常至少75％，合適地至少85％，較好地至少90％，最好地至少95％)FSS衛(wèi)星提供有效的備份覆蓋區(qū)域(也就是，作為一種透明替換)。如權(quán)利要求書中使用的，“仿效已有的對地靜止的C波段和Ku波段通信衛(wèi)星的大部分通信性能”指的就是這一能力。正如將被本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所理解的，仿效通信性能不是說本發(fā)明的替換衛(wèi)星總能被配置來完美地模仿一顆已失效或正失效的衛(wèi)星的通信性能。因此，正如上面所討論的，在覆蓋區(qū)域版圖上可能會(huì)有一些差異，可能需要對信號(hào)進(jìn)行一些重新分配，將信號(hào)分配到不同的信道中。
本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員可以理解到，在為已有的和已計(jì)劃的大多數(shù)FSS衛(wèi)星提供有效的備份覆蓋區(qū)域的同時(shí)，本發(fā)明的衛(wèi)星在技術(shù)上，經(jīng)濟(jì)上和其它方面都是切實(shí)可行的，這可以通過衛(wèi)星的獨(dú)特設(shè)計(jì)而實(shí)現(xiàn)，該衛(wèi)星的特征在于，它是一個(gè)各種技術(shù)的合成，包括靈活的頻率，對Ku波段優(yōu)先使用標(biāo)準(zhǔn)帶寬，可獨(dú)立操縱的上行鏈路天線，可獨(dú)立定向的下行鏈路波束，可獨(dú)立變化的覆蓋區(qū)域能修整的下行鏈路波束，足夠功率的放大器，靈活的遙測指令子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及能在衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命中做足夠次數(shù)快速移動(dòng)的能力。
本發(fā)明的通用替換衛(wèi)星也包括用于處理BSS(廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù))通信的裝置。
對所有三個(gè)ITU領(lǐng)域，BSS上行鏈路頻率波段為17.3GHz到18.1GHz。對于ITU領(lǐng)域I，下行鏈路BSS波段為11.7到12.5GHz，對于ITU領(lǐng)域II，下行鏈路BSS波段為12.2到12.7GHz，對于ITU領(lǐng)域III，下行鏈路BSS波段為11.7到12.2GHz。因此，用于地球的下行鏈路Ku波段在11.7GHz到12.7GHz的范圍內(nèi)。在此優(yōu)選使用的下行鏈路Ku波段(如果認(rèn)為是4個(gè)下行鏈路波段)的范圍是10.95-11.20GHZ，11.45-11.70GHz，11.7-12.2GHz和12.25-12.75GHz。(正如上面所解釋的，12.2和12.25GHz之間的50MHz被ITU分配用于Ku波段下行鏈路信號(hào)，但在此最好不使用。)因此，下行鏈路BSS波段在下行鏈路Ku波段范圍內(nèi)(先前忽略的從12.2到12.25GHz的50MHz除外)。因此，不需要太多的附加設(shè)備，本發(fā)明的衛(wèi)星也包括這些裝置用于接收BSS信號(hào)的裝置，將信號(hào)下變頻到相一Ku波段的裝置，該裝置已存在用于處理Ku波段下行鏈路信號(hào)，將已放大和下變頻的BSS信號(hào)放大發(fā)回地球的裝置。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的通用替換衛(wèi)星能夠當(dāng)作一顆備用衛(wèi)星來處理BSS信號(hào)和FSS信號(hào)，盡管每次它只能用作一顆FSS或BSS衛(wèi)星的替換衛(wèi)星。處理BSS信號(hào)所需的附加裝置的設(shè)計(jì)是本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員所公知的。
權(quán)利要求
1.一種通用替換通信衛(wèi)星，設(shè)計(jì)用于在對地靜止軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，它可被外部控制系統(tǒng)控制，并且是可重配置的，它能夠仿效現(xiàn)有的對地靜止的C波段和Ku波段通信衛(wèi)星的大部分通信性能，因此可以作為現(xiàn)有對地靜止衛(wèi)星的替換衛(wèi)星，該通用替換衛(wèi)星被設(shè)計(jì)來接收上行鏈路C波段信號(hào)和Ku波段信號(hào)，并輸出C波段和Ku波段下行鏈路信號(hào)，該通用替換通信衛(wèi)星包括(a)Ku波段處理裝置，用于(i)接收位于三個(gè)上行鏈路波段的信道中的Ku波段上行鏈路信號(hào)，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路Ku波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的Ku波段信號(hào)，作為至少4個(gè)下行鏈路Ku波段中任一個(gè)的信道中的Ku波段下行鏈路信號(hào)，每一個(gè)下行鏈路ku波段具有多個(gè)下行鏈路Ku波段信道；(b)兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括Ku波段下行鏈路信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地指向到地球上不同的地點(diǎn)；(c)用于將Ku波段下行鏈路信號(hào)導(dǎo)入到所述兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(d)C波段處理裝置，用于(i)接收位于至少一個(gè)上行鏈路波段的信道中的C波段上行鏈路信號(hào)，每一上行鏈路波段具有多個(gè)上行鏈路C波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的C波段信號(hào)，作為至少一個(gè)下行鏈路C波段的信道中的C波段下行鏈路信號(hào)，每一個(gè)下行鏈路波段有許多下行鏈路C波段信道；(e)一個(gè)以上的C波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括下行鏈路C波段信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地指向地球上不同的地點(diǎn)；(f)用于將C波段下行鏈路信號(hào)導(dǎo)入到所述一個(gè)以上的C波段下行鏈路天線中的任一個(gè)的裝置；(g)推力分系統(tǒng)，使衛(wèi)星在其設(shè)計(jì)壽命期中能夠做至少兩次快速移動(dòng)；(h)電源分系統(tǒng)，為衛(wèi)星工作提供電源；(i)遙測指令分系統(tǒng)，使衛(wèi)星能夠監(jiān)測自身的狀況和與外部控制系統(tǒng)通信；(j)姿態(tài)和軌道控制分系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于幫助將衛(wèi)星相對地球定位；(k)溫度控制分系統(tǒng)，該系統(tǒng)幫助將衛(wèi)星保持在合適的工作溫度范圍內(nèi)；以及(l)重配置衛(wèi)星的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用替換衛(wèi)星，其特征在于，其中的Ku波段處理裝置用于(a)接收位于三個(gè)250MHz上行鏈路波段的信道中的Ku波段上行鏈路信號(hào)，這三個(gè)250MHz上行鏈路波段為13.75-14.0GHz，14.00-14.25GHz和14.25-14.50GHz，每一上行鏈路波段具有多個(gè)上行鏈路Ku波段信道，(b)放大信號(hào)，(c)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(d)輸出任何已放大并降頻的Ku波段信號(hào)，作為6個(gè)位于10.95-11.20GHz，11.45-11.70GHz，11.70-12.20GHz和12.25-12.75GHz下行鏈路Ku波段的任一個(gè)250MHz波段中的信道中的Ku波段下行鏈路信號(hào)，每一個(gè)下行鏈路ku波段具有多個(gè)下行鏈路Ku波段信道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通用替換衛(wèi)星，其特征在于，重配置衛(wèi)星的裝置包括遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置以將一些但不是在一個(gè)Ku上行鏈路波段中的所有信號(hào)導(dǎo)入到6個(gè)下行鏈路ku波段中的任一個(gè)，并將這個(gè)Ku上行鏈路波段中的其它信號(hào)導(dǎo)入到6個(gè)下行鏈路ku波段中相同的或不同的波段的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通用替換衛(wèi)星，其特征在于，遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置以引導(dǎo)信號(hào)的裝置包括遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置，以改變要將信號(hào)下變頻至的頻率的裝置。
5.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的通用替換衛(wèi)星，其特征在于，所述C波段處理裝置用于(a)接收兩個(gè)上行鏈路波段中信道內(nèi)的C波段上行鏈路信號(hào)，這兩個(gè)上行鏈路波段位于5.925到6.425GHz和6.425到6.725GHz，每一個(gè)上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路C波段信道，(b)放大信號(hào)，(c)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(d)輸出那些已放大并降頻的C波段信號(hào)，作為位于3.70-4.20GHz和3.40-3.70GHz下行鏈路C波段信道內(nèi)的C波段下行鏈路信號(hào)，每一個(gè)下行鏈路C波段有多個(gè)下行鏈路C波段信道。
6.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的通用替換衛(wèi)星，其特征在于，(a)有兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括有下行鏈路C波段信號(hào)的下行鏈路波束，每一個(gè)下行鏈路波束可獨(dú)立地指向地球上的不同地點(diǎn)，和(b)有將C波段下行鏈路信號(hào)引入到兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線中任一個(gè)天線的裝置。
7.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的通用替換衛(wèi)星，其特征在于，所述推力分系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為使衛(wèi)星能夠在其設(shè)計(jì)壽命中做至少3次快速移動(dòng)，每一次快速移動(dòng)以至少每天3度移動(dòng)。
8.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的通用替換衛(wèi)星，其特征在于，遙測指令分系統(tǒng)包括至少能在兩種不同頻率上發(fā)送信號(hào)的遙測子系統(tǒng)和至少可以在兩種不同頻率上接收信號(hào)的指令子系統(tǒng)。
9.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的通用替換衛(wèi)星，其特征在于，用于重配置衛(wèi)星的裝置包括(a)用于遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置，以將具有至少2路但少于每一個(gè)上行鏈路Ku波段中的所有信號(hào)的包導(dǎo)入到任一個(gè)下行鏈路Ku波段的裝置，(b)用于遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)Ku波段下行鏈路天線的下行鏈路波束以將波束指向地球上不同的地點(diǎn)的裝置，(c)用于遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)以上的C波段下行鏈路天線中的一個(gè)天線的下行鏈路波束以將波束指向地球上不同地點(diǎn)的裝置，(d)用于遠(yuǎn)程改變來自至少一個(gè)下行鏈路天線的下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域的裝置，和(e)用于遠(yuǎn)程改變至少一個(gè)下行鏈路天線的極性的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1，2和5-9中的任一項(xiàng)所述的替換衛(wèi)星，其特征在于，用于重配置衛(wèi)星的裝置包括如下裝置該裝置用于遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置以將一個(gè)Ku上行鏈路波段中的一些而不是全部信號(hào)導(dǎo)入到至少4個(gè)下行鏈路Ku波段中任一個(gè)波段，并將這一個(gè)Ku上行鏈路波段中的其它信號(hào)導(dǎo)入到至少4個(gè)下行鏈路Ku波段中的相同或不同波段。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的替換衛(wèi)星，其特征在于，用于遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置，以引導(dǎo)信號(hào)的裝置包括遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置以改變信號(hào)要降頻到的頻率的裝置。
12.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的替換衛(wèi)星，還包括一個(gè)以上的上行鏈路C波段天線和一個(gè)以上的上行鏈路Ku波段天線，所有的上行鏈路天線可被獨(dú)立地操作指向地球的不同地點(diǎn)。
13.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的替換衛(wèi)星，其特征在于，上行鏈路天線也作為下行鏈路天線工作。
14.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的替換衛(wèi)星，其特征在于，它被設(shè)計(jì)使得在衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命的末期，至少24路上行鏈路Ku波段信道的信號(hào)能夠被Ku波段處理裝置處理，至少24路上行鏈路C波段信道的信號(hào)能被C波段處理裝置處理。
15.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的替換衛(wèi)星，還包括用于遠(yuǎn)程改變來自至少一個(gè)Ku波段下行鏈路天線的下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域的裝置。
16.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的替換衛(wèi)星，其特征在于，推力系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為使衛(wèi)星在其設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)能做至少3次快速移動(dòng)，每次以至少每天5度移動(dòng)。
17.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的替換衛(wèi)星，其特征在于，衛(wèi)星被這樣設(shè)計(jì)以使在衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命的初期，至少32路上行鏈路Ku波段信道的信號(hào)能被Ku波段處理裝置處理，至少32路上行鏈路C波段信道的信號(hào)能被C波段處理裝置處理。
18.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的替換衛(wèi)星，其特征在于，所有Ku波段信道具有標(biāo)準(zhǔn)的帶寬。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的替換衛(wèi)星，其中標(biāo)稱帶寬為標(biāo)稱的36MHz。
20.根據(jù)前述的任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的替換衛(wèi)星，還包括BSS波段處理裝置，該裝置包括一種裝置，用于(a)接收位于從17.3GHz到18.1GHz頻率范圍內(nèi)的BSS上行鏈路信號(hào)，(b)放大BSS信號(hào)，(c)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(d)輸出那些已放大并降頻的BSS波段信號(hào)，作為提供給下行鏈路Ku波段信號(hào)的波段的信道中的BSS下行鏈路信號(hào)。
21.一種設(shè)計(jì)為在對地靜止的軌道上繞地球運(yùn)行的通用替換通信衛(wèi)星，其可以由外部控制系統(tǒng)控制，能夠重新配置，能夠仿效已有的對地靜止的C波段和Ku波段通信衛(wèi)星的大部分通信性能，也因此此衛(wèi)星可作為被替換衛(wèi)星的替換，該通用替換衛(wèi)星被設(shè)計(jì)用于接收上行鏈路C波段和Ku波段信號(hào)并輸出C波段和Ku波段下行鏈路信號(hào)，該通用替換衛(wèi)星包括(a)Ku波段處理裝置，用于(i)接收Ku波段上行鏈路信號(hào)，該信號(hào)位于三個(gè)250MHz上行鏈路波段的信道中，這三個(gè)波段為，13.75-14.00GHz，14.00-14.25GHz和14.25-14.50GHz，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路Ku波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的Ku波段信號(hào)，作為6個(gè)250MHz波段的信道里的Ku波段下行鏈路信號(hào)，這6個(gè)250MHz波段位于10.95-11.20GHz，11.45-11.70GHz，11.70-12.20GHz，和12.25-12.75GHz下行鏈路Ku波段中，每一個(gè)下行鏈路ku波段有多個(gè)下行鏈路Ku波段信道；(b)兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括Ku波段下行鏈路信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地指向地球上不同的地點(diǎn)；(c)用于將Ku波段下行鏈路信號(hào)引入到兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(d)C波段處理裝置，用于(i)接收位于兩個(gè)上行鏈路波段信道中的C波段上行鏈路信號(hào)，這兩個(gè)上行鏈路波段為5.925到6.425GHz和6.425到6.725GHz，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的C波段信號(hào)，作為3.70-4.20GHz和3.40-3.70GHz下行鏈路C波段信道內(nèi)的C波段下行鏈路信號(hào)，每一個(gè)下行鏈路C波段具有多個(gè)下行鏈路C波段信道；(e)兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括下行鏈路C波段信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地指向地球上不同的地點(diǎn)；(f)用于將C波段下行鏈路信號(hào)引入到兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(g)推力分系統(tǒng)，設(shè)計(jì)使得在衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命期中衛(wèi)星能夠做至少3次快速移動(dòng)，每一次快速移動(dòng)達(dá)到每天至少3度；(h)電源分系統(tǒng)為衛(wèi)星工作提供電源；(i)遙測指令分系統(tǒng)，使衛(wèi)星能夠監(jiān)測自身的狀況和與外部控制系統(tǒng)通信，該分系統(tǒng)包括至少能在兩個(gè)不同頻率上發(fā)送信號(hào)的遙測子系統(tǒng)和至少可以在兩個(gè)不同頻率上接收信號(hào)的指令子系統(tǒng)；(j)姿態(tài)和軌道控制分系統(tǒng)，該分系統(tǒng)用于幫助將衛(wèi)星相對地球定向；(k)溫度控制分系統(tǒng)，該分系統(tǒng)幫助維持衛(wèi)星在一個(gè)合適的工作溫度范圍內(nèi)；和(l)重新配置衛(wèi)星的裝置，該裝置包括(i)遠(yuǎn)程調(diào)整Ku波段處理裝置的裝置，將至少2路但少于每一上行鏈路Ku波段中的所有信號(hào)的包引入到任一下行鏈路Ku波段中，(ii)用于遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)Ku波段下行鏈路天線的下行鏈路波束，以將該波束指向地面上的不同位置的裝置，(iii)用于遠(yuǎn)程調(diào)整來自至少一個(gè)C波段下行鏈路天線的下行鏈路波束，以將該波束指向地球上的不同位置的裝置，(iv)用于遠(yuǎn)程改變來自至少一個(gè)下行鏈路天線的下行鏈路波束的覆蓋區(qū)域的裝置，(v)用于遠(yuǎn)程改變至少一個(gè)下行鏈路天線的極性的裝置。
22.一種被設(shè)計(jì)為在對地靜止的軌道上繞地球運(yùn)行的通用替換通信衛(wèi)星，其可以由外部控制系統(tǒng)控制，能夠重新配置，能夠仿效已有的對地靜止的C波段和Ku波段通信衛(wèi)星的大部分通信性能，從而該衛(wèi)星可作為替換衛(wèi)星，該通用替換衛(wèi)星被設(shè)計(jì)用于接收上行鏈路C波段和Ku波段信號(hào)，并輸出C波段和Ku波段下行鏈路信號(hào)，該通用替換衛(wèi)星包括(a)Ku波段處理裝置，用于(i)接收Ku波段上行鏈路信號(hào)，該信號(hào)位于三個(gè)250MHz上行鏈路波段的信道中，這三個(gè)波段為，13.75-14.00GHz，14.00-14.25GHz和14.25-14.50GHz，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路Ku波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的Ku波段信號(hào)，作為6個(gè)250MHz波段信道里的Ku波段下行鏈路信號(hào)，這6個(gè)250MHz波段位于10.95-11.20GHz，11.45-11.70GHz，11.70-12.20GHz和12.25-12.75GHz下行鏈路Ku波段中，每一個(gè)下行鏈路ku波段有多個(gè)下行鏈路Ku波段信道；(b)兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括Ku波段下行鏈路信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地指向地球上不同的地點(diǎn)；(c)用于將Ku波段下行鏈路信號(hào)引入到兩個(gè)以上的Ku波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(d)C波段處理裝置，用于(i)接收位于兩個(gè)上行鏈路波段信道中的C波段上行鏈路信號(hào)，這兩個(gè)上行鏈路波段約在5.925到6.425GHz和6.425到6.725GHz之間，每一上行鏈路波段有多個(gè)上行鏈路C波段信道，(ii)放大信號(hào)，(iii)對它們的頻率進(jìn)行下變頻，和(iv)輸出任何已放大并降頻的C波段信號(hào)，作為3.70-4.20GHz和3.40-3.70GHz下行鏈路C波段信道內(nèi)的C波段下行鏈路信號(hào)，每一個(gè)下行鏈路C波段有多個(gè)下行鏈路C波段信道；(e)兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線，每一個(gè)天線能夠輸出包括C波段下行鏈路信號(hào)的下行鏈路波束，每一下行鏈路波束可單獨(dú)地指向地球上不同的地點(diǎn)；(f)用于將C波段下行鏈路信號(hào)傳送到兩個(gè)以上的C波段下行鏈路天線中的任一個(gè)天線的裝置；(g)推力分系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)使得在衛(wèi)星的設(shè)計(jì)壽命期中衛(wèi)星能夠做至少3次快速移動(dòng)；(h)電源分系統(tǒng)，為衛(wèi)星工作提供電源；(i)遙測指令分系統(tǒng)，使衛(wèi)星能夠監(jiān)測自身的狀況和與外部控制系統(tǒng)通信；(j)姿態(tài)和軌道控制分系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于幫助將衛(wèi)星相對地球定向；(k)溫度控制分系統(tǒng)，該系統(tǒng)幫助維持衛(wèi)星在一個(gè)合適的工作溫度范圍內(nèi)；和(l)重新配置衛(wèi)星的裝置。
23.一種替換處理C波段和Ku波段信號(hào)的相對地面靜止的通信衛(wèi)星的方法，該方法包括提供前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的通用替換通信衛(wèi)星，將替換衛(wèi)星放置于適合的對地靜止位置，重新配置衛(wèi)星以仿效被替換衛(wèi)星的通信性能。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述方法，還包括將衛(wèi)星放置于儲(chǔ)存軌道并通過組合漂移和傾角操作將替換衛(wèi)星從它的儲(chǔ)存軌道移動(dòng)到適合的相對地面靜止位置。
全文摘要
公開了一種設(shè)計(jì)用于在儲(chǔ)存軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)用的通用替換C波段/Ku波段通信衛(wèi)星和使用該替換衛(wèi)星替換失效衛(wèi)星的方法。該通用替換衛(wèi)星可以由外部控制系統(tǒng)(例如,地面站)所控制,它可由遠(yuǎn)程指令(例如來自地面站)重配置。該衛(wèi)星被設(shè)計(jì)能在其設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)從它的儲(chǔ)存位置到對地靜止位置做幾次快速移動(dòng),該對地靜止位置為當(dāng)替換衛(wèi)星替換一顆已失效的衛(wèi)星時(shí)需要它移動(dòng)到的位置?？焖僖苿?dòng)的能力幫助減少了故障時(shí)間。當(dāng)替換衛(wèi)星替換某一失效衛(wèi)星的臨時(shí)任務(wù)完成后,替換衛(wèi)星的通信載荷可以關(guān)掉,替換衛(wèi)星可以移動(dòng)回到它的儲(chǔ)存位置等待下一次替換任務(wù)。各種設(shè)計(jì)特征使得替換衛(wèi)星能夠令人滿意地模仿(也就是,仿效)現(xiàn)有的對地靜止C波段和Ku波段衛(wèi)星的大部分通性能力,同時(shí),在技術(shù)上,經(jīng)濟(jì)上和其它方面都是切實(shí)可行的。該衛(wèi)星也能夠具有處理BSS信號(hào)的裝置,使該衛(wèi)星可充當(dāng)FSS和BSS失效衛(wèi)星的替換衛(wèi)星。
文檔編號(hào)B64G1/10GK1359561SQ00809881
公開日2002年7月17日 申請日期2000年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月1日
發(fā)明者杰羅德F·法雷爾 申請人:衛(wèi)星保障公司