[发明专利]高纬度对地静止卫星系统

说明书

本发明背景

本发明要求1997年5月2日提交的美国临时申请SN 60-045506的本国优先权，这里引用其整个内容作为参考。越来越多地要求提供固定点对点或点到多点卫星通信服务。满足卫星通信服务需要的轨道频谱的使用已经明显增加，导致对于某些基频带和轨道位置，对地静止轨道时隙或卫星位置不足或不可用。对地静止卫星轨道中的卫星使用的频谱是有限的，并且由这些卫星对频谱的复用受到共享该频带的轨道中不同卫星系统之间引发的干扰电平的限制。按照这种日益拥挤的目前状况(频谱和轨道两者)，需要建立替代系统，其中卫星具有与对地静止卫星轨道中的卫星基本相同的用户特性(即，这些卫星对应于地面几乎保持静止)，并且在没有地面干预的情况下连续地为用户提供服务。

本发明的一个目的是提供这种替代系统。本发明的轨道可使由对地静止卫星轨道中的卫星使用的频谱由本发明的卫星完全复用而不引起任何干扰。利用本发明卫星的通信地面站与利用对地静止卫星轨道中卫星的地面站相同。区别仅在于，从任意地面位置来看，本发明的卫星和对地静止卫星之间有45度或更多的角距，本发明系统的地面终端站指向天空中的不同位置。

本发明的另一目的是将每个卫星放置这样的轨道中，即在轨道工作段该轨道相对于地球固定点几乎保持静止的，因此该卫星的特征为“对地静止”，其中，对地面用户来说，沿该工作段运行的卫星示出一个小环路。实际上，对于地面观测者而言，在单个经度位置定义一对环路，其中一个是其远地点扩展到63.4度的最高纬度的次环路，另一个是主环路，这对环路位于赤道一侧。由于轨道的工作部分(次环路)位于高纬度(分别大于45度南或北，在或小于63.4度南或北)处，因此，本发明被定义为高纬度对地静止卫星系统。在本发明的轨道中运行的卫星与普通“对地静止卫星”之间的差别在于，本发明的卫星在它们的部分轨道中(即工作段)对地静止，而普通的对地静止卫星位于24小时对地静止的轨道中，因此这些卫星每天24小时对地静止。

本发明的又一目的是通过使用全球定位系统(GPS)的精确定时信号并使用各卫星之间的卫星间链路来实现各卫星之间的有效通信的切换，以便保证为地面用户提供通信服务的无缝转移，而无需任何地面控制干预。

本发明概述

本发明包括卫星系统、用于提供卫星广播和通信服务的相关的装置和方法，其方式与当前为对地静止卫星轨道的用户提供服务的方式相同，同时允许完全频率复用由提供类似服务的对地静止卫星轨道中的卫星使用的射频频谱。尽管现有的卫星系统和本发明使用相同的频带，但不产生干扰，并且两个系统不需要抑制干扰手段。

本发明的卫星放置在高椭圆轨道中的由3或4个卫星组成的星座中，其运行高度范围从约30000到约40000km。这种卫星的星座可用来对北半球或南半球提供服务。在每个半球中，两个覆盖区域是通过在经度上彼此分开180度而得到的。这些卫星处于近12小时的轨道中。在3卫星星座的场合，两个卫星同时工作，它们中的每一个在两个覆盖区域之一的上方，而第三卫星在覆盖区域之间转移。在4卫星星座中，两个卫星同时工作，其每个在两个覆盖区域上方，而另外的两个卫星在覆盖区域之间转移。在3卫星星座情况下，每个卫星每24小时在两个覆盖区域的每个上提供8小时服务。在4卫星星座情况下，每个卫星每24小时在两个覆盖区域的每个上提供6小时服务。在工作阶段，为其指定区域提供服务的每个卫星相对于地面用户几乎固定。当工作的卫星将由进入相同区域的下一个卫星替代时，提供相同覆盖区的两个卫星在一段时间内共处。在地面网络采用下述高方向性天线的情况下，该时段足以使轮替(hand-over)操作不中断对地面网络的服务，该高方向性天线具有窄波束，在工作时不需要动态指向能力或至多指向单个平面。

这种无缝轮替是在两个卫星之间进行的，而与利用这些卫星的任何地面控制网络无关，并且使用从全球定位系统(GPS)得到的精确定时，以保证对于在覆盖区域内的任意地面站，一个卫星的传输终止与一个新卫星传输开始同步。还可以采用来自地球站的实时定时信号但不是控制信号，来代替使用GPS。