卫星通信覆盖范围的计算

3.2　卫星通信覆盖范围的计算

查看轨道预测软件卫星飞行轨迹图时可以发现，随着卫星同步移动的是一个白色边缘的圆圈，它会伴随着卫星投影的轨迹缓慢前行。不同高度的卫星，会呈现不同大小的圆圈。这个圆圈就是这颗卫星理论上的最大通信范围。由于卫星通信依靠无线电直线传播，因此这也是卫星的地面“可见”范围。超过了这个范围，卫星就消失在地平线之下。别小看这个移动的圆圈，它不但是业余卫星通信爱好者们观测卫星范围的重要指标，而且只要加以研究，它还可以向业余通信爱好者们提供研究卫星的各种其他数据。

如果你暂时没有卫星飞行轨道测算软件，或即便有了测算软件与电脑，但没法获得某颗卫星的轨道诸元，是否就意味着我们只能对它的通信范围一无所知呢？其实不然。对于一个执著的科学探索者，只要掌握一定的数学知识，要估算卫星通信范围的半径并不难。以下有两种方法可以计算卫星通联的半径。我们以“希望一号”业余卫星为例。

方法一：根据卫星的高度估算通信覆盖范围

由于卫星通信是在可视距离进行（见图3－3），在进行卫星通信时，一般要保证地面站能“看到”卫星。因此根据这个特点，就可以简便地估算出卫星通信的大致范围。

图3－3　卫星通信覆盖范围示意图

其中R表示地球的半径，h表示卫星的高度，r表示通信的覆盖范围，即可视区域。

对应圆心角

通过以上计算，在不考虑地貌、海拔及电磁环境影响等前提下，只要知道卫星的高度，通过简单的数学公式，就可大致估算出卫星通信的覆盖范围。

方法二：根据卫星信号实际监测，推算实际通信范围

采用这种方法会受到通信卫星天线配置、功率、地貌、环境、接收设备性能等因素的影响。因此在一般情况下，会稍小于理论通信覆盖范围。可通过无线收发信机监测卫星遥测信标，记录该卫星通信或信标信号刚出现的时间（简称AOS）与信号消失的时间（简称LOS），也可以大致推算出卫星的实际覆盖范围，这也是业余爱好者们通常用以验证理论运算的重要手段之一。

2010年2月6日20∶05，在上海崇明的西滩湿地，BY4BJA电台老师与同学们用TH F7型收信机与手持五单元八木天线对准地平线，在预测卫星从地平线升起后仅在5秒内就收到了“希望一号”卫星信标信号，仔细追踪该信号直至在地平线附近消失，通过两者时间差，乘以“希望一号”理论飞行速度，得出了通信覆盖范围。（注：飞行速度可通过“希望一号”卫星的离地高度、地球半径与地球质量，根据万有引力与圆周运动向心力大小相等的原理进行计算，具体可参看上一节内容）。通过这次实验，老师和同学们成功验证了轨道诸元与轨道测算软件运算的准确性。