Giáo trình thông tin từ xa ngành điện tử viễn thông

HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG





THÔNG TIN V TINH
(Dùng cho sinh viên h đào to đi hc t xa)
Lu hành ni b










HÀ NI - 2007





HC VIN CÔNG NGH BU CHÍNH VIN THÔNG

THÔNG TIN V TINH

Biên son : TS. NGUYN PHM ANH DNG

i

LI NÓI U


Thông tin v tinh đã đã tr thành mt phng tiên thông tin rt ph bin và đa dng. Nó
th hin t các cho anten truyn hình gia đình cho đn các h thông thng tin toàn cu truyn các
khi lng s liu và lu lng thoi ln cùng vi các chng trình truyn hình.
Vì mt v tinh có th ph sóng cho mt vùng rng ln trn trái đt, nên mt b phát đáp
trên v tính có th cho phép n
i mng nhiu trm mt đt t các vùng đa lý cách xa nhau trên trái
đt. Các v tinh đm bo đng truyn thông tin cho các cho các vùng dân c xa xôi ho lánh khi
mà các phng tin thông tin khác khó đt đn.
T nghiên cu các s liu quan trc hn 20 nm ca nhà thiên vn Tycho Brahe, Johannes
Kepler đã chng minh rng các hành tinh quay quanh mt tri trên các qu đo elip ch không
phi tròn. Ông đã tng kt các nghiên cu ca mình trong ba đnh lut chuyn đng hành tinh. Hai
đnh lut
đu đã đc công b trong tp chí New Astromy vào nm 1609 và đnh lut th ba đc
công b trong cun sách Harmony of The World vào nm 1619. Ba đnh lut này đc trình by
nh sau.
• nh lut 1. Qu đo cu mt hành tinh có dng elip vi mt tri nm ti tiêu đim

• nh lut 2. Bán kính ca vect ni hành tinh và mt tri quét các din tích bng nhau trong
khong thi gian bng nhau
• nh lu
t 3. Bình phng chu k quay quanh qu đo ca hành tinh t l vi lp phng bán
trc chính ca elip
Ba đnh lut này là c s đ mô t qu đo ca v tinh quay quanh trái đt trong đó v tinh
đóng vai trò hành tinh còn trái đt đóng vai trò mt tri.
n nay nhiu h thng thông tin v tinh đã đc thit lp vi các qu đo v tinh khác
nhau, trong đó ch có v tinh Molnya ca Liên xô c là s dng qu đo elip, còn các v tinh còn
li đu s dng qu đo tròn. Hin nay không ch có các h thng thông tin v tinh cho các đi
tng c đnh mà các h thng thông tin v tinh di đng cng đã đc thit lp và đa vào khai
thác. Ngày càng có xu th tích hp thông tin v tinh vi thông tin mt đt.
Tài liu này bao gm các bài ging v môn hc "Thông tin v tinh" đc biên son theo
chng trình đi hc công ngh
 vin thông ca Hc vin Công ngh Bu chính Vin thông. Mc
đích ca tài liu là cung cp cho sinh viên các kin thc cn bn nht v thông tin v tinh.
Tài liu này đc xây dng trên c s sinh viên đã hc các môn: Anten và truyn sóng,
Truyn dn vô tuyn s, Lý thuyt tri ph và đa truy nhp vô tuyn.
Do hn ch ca thi lng nên tài liu này ch bao gm các phn cn bn liên quan đn
các kin thc cn bn v thông tin v tinh. Tuy nhiên hc k tài liu này sinh viên có th hoàn
chnh thêm kin thc cu môn hc bng cách đc các tài liu tham kho dn ra  cui tài liu này.
Tài liu này đc chia làm by chng. c kt cu hp lý đ sinh viên có th t hc.
Mi chng đu có phn gii thiu chung, ni dung, tng kt, câu hi vài bài tp. Cui tài li
u là
đáp án cho các bài tp.

Ngi biên son: TS. Nguyn Phm Anh Dng
Chng 1. Tng quan các h thng thông tin v tinh

1

CHNG 1
TNG QUAN CÁC H THNG THÔNG TIN V TINH

1.1. GII THIU CHUNG

1.1.1. Các ch đ đc trình by trong chng
• Tng quan các qu đo v tinh trong thông tin v tinh
• Phân b tn s
• Các v tinh ca INTELSAT
• Các v tinh DOMSAT
• Các h thng thông tin di đng v tinh

1.1.2. Hng dn
• Hc k các t liu đc trình bày trong chng
• Tham kho thêm [1] và [2]
• Tr li các câu hi và bài tp

1.1.3. Mc đích chng
• Hiu đc các loi qu đo và ng dng ca chúng trong thông tin v tinh
• Hiu đc t chc ca các h thng thông tin v tinh
• Hiu đc quy hoch tn s cho thông tin v tinh

1.2. CÁC QU O V TINH TRONG CÁC H THÔNG THÔNG TIN
V TINH

Tu thuc vào đ cao so vi mt đt các qu đo ca v tinh trong h thng thông tin v
tinh đc chia thành (hình 2.1):
* HEO (Highly Elpitical Orbit): qu đo elip cao
* GSO (Geostationary Orbit) hay GEO (Geostatinary Earth Orbit): qu đo đa tnh

* MEO (Medium Earth Orbit): qu đo trung
* LEO (Low Earth Orbit): qu đo thp.
Chng 1. Tng quan các h thng thông tin v tinh

2
GEO
HEO
40.000 km
36.000
km
1.000 km
MEO
LEO
10.000km

Hình 1.1. Các qu đo v tinh trong các h thng thông tin v tinh

1.3. PHÂN B TN S CHO CÁC H THNG THÔNG TIN V TINH

Phân b tn s cho các dch v v tinh là mt quá trình rt phc tp đòi hi s cng tác
quc t và có quy hoch. Phân b tn đc thc hin di s bo tr ca Liên đoàn vin thông
quc t (ITU).  tin cho vic quy hoch tn s, toàn th gii đc chia thành ba vùng:
Vùng 1: Châu Âu, Châu Phi, Liên xô c và Mông C
Vùng 2: Bc M, Nam M và o Xanh
Vùng 3: Châu Á (tr vùng 1), Úc và Tây nam Thái Bình Dng
Trong các vùng này bng tn đc phân b cho các dch v v tinh khác nhau, mc dù
mt dch v có th đc cp phát các bng tn khác nhau  các vùng khác nhau. Các dch v do
v tinh cung cp bao gm:
̇ Các dch v v tinh c đnh (FSS)
̇ Các dch v v tinh qung bá (BSS)

̇ Các dch v v tinh di đng (MSS)
̇ Các dch v v tinh đo hàng
̇
Các dch v v tinh khí tng
Tng phân loi trên li đc chia thành các phân nhóm dch v; chng hn dch v v tinh c
đnh cung cp các đng truyn cho các mng đin thoi hin có cng nh các tín hiu truyn
hình cho các hãng TV cáp đ phân phi trên các h thng cáp. Các dch v v tinh qung bá có
mc đích ch yu phát qung bá trc tip đn gia đình và đôi khi đc g
i là v tinh qung bá
trc tip (DBS:direct broadcast setellite),  Châu Âu gi là dch v trc tip đn nhà (DTH: direct
to home). Các dch v v tinh di đng bao gm: di đng mt đt, di đng trên bin và di đng trên
máy bay. Các dch v v tinh đo hàng bao gm các h thng đnh v toàn cu và các v tinh cho
các dch v khí tng thng cung cp c dch v tìm kim và cu h.
Bng 1.1. lit kê các ký hiu b
ng tn s dng chung cho các dch v v tinh.



Chng 1. Tng quan các h thng thông tin v tinh

3
Bng 1.1. Các ký hiu bng tn
Di tn, GHz Ký hiu bng tn
0,1-0,3
0,3-1,0
1,0-2,0
2,0-4,0
4,0-8,0
8,0-12,0
12,0-18,0

18,0-27,0
27,0-40,0
40,0-75
75-110
110-300
300-3000
VHF
UHF
L
S
C
X
Ku
K
Ka
V
W
mm
μm

Bng Ku là bng nm di bng K còn bng Ka là bng nm trên K. Ku là bng hin nay
đc s dng cho các v tinh qung bá trc tip và nó cng đc s dng cho mt s dch v v
tinh c đnh. Bng C đc s dng cho các dch v v tinh c đnh và các dch v qung bá trc
tip không đc s dng bng này. Bng VHF đc s
dng cho mt s dch v di đng và đo
hàng và đ truyn s liu t các v tinh thi tit. Bng L đc s dng cho các dch v di đng và
các h thng đo hàng. i vi các dch v v tinh c đnh trong bng C, phn bng đc s
dng rng rãi nht là vào khong t 4 đn 6 GHz. Hu nh các tn s cao hn đ
c s dng cho
đng lên và thng bng C đc ký hiu là 6/4 GHz trong đó con s vit trc là tn s đng

lên. i vi dch v qung bá trc tip trong bng Ku, di thng đc s dng là vào khong t
12 đn 14 GHz và đc ký hiu là 14/12 GHz. Mc dù các n đnh tn s đc thc hin c th
hn và chúng có th nm ngoài các giá tr đc trích dn 
đây (chng hn các n đnh tn s
bng Ku có th là 14,030 GHz và 11,730 GHz), các giá tr gn đúng đc đa ra  trên hoàn toàn
tho mãn cho các tính toán có liên quan đn tn s.

1.4. INTELSAT


INTELSAT (International Telecommunications Satellite) là mt t chc đc thành lp
vào nm 1964 bao gm 140 nc thành viên và đc đu t bi 40 t chc. Các h thng v tinh
INTELSAT đu s dng qu đo đa tnh. H thng v tinh INTELSAT ph ba vùng chính: vùng
i Tây Dng (AOR: Atlanthic Ocean Region), vùng n  Dng (IOR: Indian Ocean
Region) và vùng Thái Bình Dng (POR: Pacific Ocean Region). INTELSAT VI cung cp lu
lng trong AOR gp ba ln trong IOR và hai ln trong IOR. và POR cng li. Nh vy h thng
v tinh này ch
yu đm bo lu lng cho AOR. Tháng 5/1999 đã có ba v tinh INTELSAT VI
phc v trong AOR và hai trong IOR.
Các v tinh INTELSAT VII-VII/A đc phóng trong khong thi gian t 11/1993 đn
6/1996 vi thi hn phc v t 10 đn 15 nm. Các v tinh này đc thit k ch yu đ phc v
POR và mt phn AOR. Các v tinh này có dung lng 22.500 kênh thoi hai chiu và 3 kênh
TV. Nu s dng nhân kênh s có th nâng s kênh thoi lên 112.500 kênh hai chiu.
Chng 1. Tng quan các h thng thông tin v tinh

4
Các v tinh INTELSAT VIII-VII/A đc phóng trong khong thi gian t 2/1997 đn
6/1998 vi thi hn phc v t 14 đn 17 nm. Các v tinh này có dung lng ging nh VII/A.
Các v tinh INTELSAT IX là seri v tinh đc phóng mun nht (t quý 1 /2001). Các v
tinh này cung cp di dch v rng hn bao gm c các dch v nh: internet, TV đn nhà (DTH),

khám bnh t xa, dy hc t xa, video tng tác và đa phng tin.
Ngoài ra các v tinh INTELSAT c
ng cung cp các dch v ni đa hoc các dch v vùng
gia các nc.

1.5. V TINH NI A, DOMSAT

V
 tinh ni đa đc vit tt là DOMSAT (domestic satellite). Các v tinh này đc s
dng đ cung cp các dch v khác nhau nh: thoi, s liu, truyn dn TV trong mt nc. Các
v tinh này thng đc đt trên qu đo đa tnh. Ti M các v tinh này cng cho phép la chn
các kênh truyn hình cho máy thu gia đình, ngoài ra chúng còn cung cp mt khi lng ln lu
lng thông tin thng mi.
Các DOMSAT cung cp d
ch v DTH có th có các công sut rt khác nhau. (EIRP t
37dBW đn 60 dBW). Bng 1.2 di đây cho thy đc tính c bn ca ba loi v tinh DOMSAT
ti M.

Bng 1.2. c tính ca ba loi DOMSAT ti M
Công sut cao Công sut trung bình Công sut thp
Bng K

K
u
K
u
C
Tn s đng xung
(GHz)
12,2-12,7 11,7-12,2 3,7-4,2

Tn s đng lên (GHz) 17,3-17,8 14-14,5 5,925-6,425
Dch v v tinh BSS FSS FSS
Mc đích ban đu DBS đim đn đim đim đn đim

Mc đích ban đu là ch có các v tinh công sut ln cung cp dch v v tinh qung bá
(DBS). Các v tinh công sut trung bình ch yu cung cp dch v đim đn đim và mt phn
DBS. Còn các v tinh công sut thp ch cung cp dch v đim đn đim. Tuy nhiên t kinh
nghim ngi ta thy máy thu v tinh truyn hình (TVRO) cng có th bt đc các ch
ng trình
t bng C, nên nhiu gia đình đã s dng các cho anten bng C đ bt các chng trình truyn
hình. Hin này nhiu hãng truyn thông qung bá đã mt mã hóa chng trình bng C, vì th ch
có th bt đc chng trình này sau khi gii mã.

1.6. CÁC H THNG THÔNG TIN DI NG V TINH

Thông tin di đng v tinh trong mi nm gn đây đã tri qua nhng bin đi cách mng
bt đu t h thng thông tin di đng v tinh hàng hi (INMARSAT) vi các v tinh  qu đo
đa tnh (GSO). Nm 1996 INMARSAT phóng 3 trong s nm v tinh ca INMARSAT 3 đ to
ra các chùm búp hp chiu x toàn cu. Trái đt đc chia thành các vùng rng ln đc phc v
bi các chùm búp hp này. Vi cùng mt công sut phát các chùm búp hp to ra đc EIRP ln
hn nhiu so vi các chùm búp toàn cu. Nh vy vic thit k đu cui mt đt s đn gin hn,
Chng 1. Tng quan cỏc h thng thụng tin v tinh

5
vỡ u cui mt t s nhỡn thy anten v tinh vi t s gia h s khuych i anten v nhit
tp õm h thng (G/T
s
) ln hn v EIRP ng xung ln hn. Ngi ta d nh cú th s dng
thit b u cui mt t vi kớch thc s tay. Hin nay cỏc v tinh GSO cho phộp cỏc thit b
di ng mt t trờn ụ tụ hoc kớch c va li. Vi EIRP t v tinh ln, cỏc mỏy di ng cú th s

dng cỏc anten cú kớch thc trung bỡnh cho dch v thu s liu v thoi. Tuy nhiờn vn cha th

cung cp dch v cho cỏc mỏy thu phỏt cm tay.
m bo hot ng vựng súng vi ba thp cho cỏc b thu phỏt cm tay h thng v
tinh GSO cn cú anten dự m (h s khuych i anten cao) t c bờn trong thit b phúng v
cụng sut phỏt b sung. Chng hn bng L (1 n 2 GHz), kớch thc anten cú th t 10 n 15
m. S d cn nh vy vỡ mỏy thu phỏt cm tay cú cụng sut phỏt thp (vi trm mW) v h
s
khuych i anten thp (0 n 3 dB). Cụng sut phỏt ca mỏy cm tay ph thuc vo acqui (v
trng lng ca nú), nhng quan trng hn l an ton cho ngi s dng. Vỡ th cỏc vựng di
mt t ũi hi mt thụng lng cụng sut n anten cao hn (t c nh EIRP cao) v t
s G/T
s
v tinh cao (anten thu v tinh cú h s khuych i cao) bt c tớn hiu yu t mỏy
phỏt ca mỏy cm tay.
Mt t chc GSO hin nay cú th cung cp dch v cho cỏc mỏy phỏt thu kớch thc va li
l: Hóng v tinh di ng M (AMSC) s dng v tinh GSO t 101
0
W. V tinh ny m bo
dch v cho thụng tin ca ngi s dng bng L v s dng bng Ku (11 n 18 GHz) giao
din vi trm ca mt t ni kt ni vi mng PSTN.
Tt c cỏc v tinh di ng cung cp dch v ting ph thuc vo anten trm mt t cú tớnh
hng (G>10dB). Cú th s dng cỏc anten cú khuych i thp hn nh
ng ch cú th cung cp
dch v cho tc s liu thp hoc nhn tin (phi thoi).
Hin nay thụng tin di ng v tinh ang chuyn sang dch v thụng tin di ng cỏ nhõn
(PCS) vi cỏc mỏy thu phỏt cm tay. i vi ng dng ny cỏc v tinh phi cú qu o thp
(LEO) ( cao vo khong 1000 km) v qu o trung MEO ( cao khong 10.000 km). Cỏc v
tinh ny s dng cỏc chựm bỳp hp chiu x mt t t
o thnh cu trỳc t ong ging nh cỏc

h thng t ong mt t. Tuy nhiờn do v tinh bay nờn cỏc chựm bỳp ny di ng v c bn trm
di ng cú th coi l dng i vi cỏc bỳp hp (t ong) chuyn ng khỏ nhanh.
Cng cú th lp trỡnh cỏc bỳp hp ny quột súng cỏc vựng phc v mt t v duy trỡ
vựng chiu c nh nh h thng t ong. Tuy nhiờn iu ny ũi hi cỏc anten phc tp hn,
chng h
n dn chnh pha hay anten quột c khớ hoc iu khin cao qu o v tinh.
Mt s hóng ang a ra cỏc ỏn LEO hay MEO cung cp c dch v truyn s liu
v ting. Ch yu cỏc dch v s liu c cung cp bi cỏc h thng v tinh LEO nh, cũn c hai
dch v s liu v ting c cung cp bi cỏc h thng LEO l
n. Núi chung cỏc v tinh ca LEO
ln phc tp (v t tin) hn. Trong phn di õy ta s xột một số hệ thống thông tin di động vệ
tinh điển hình.

1.6.1 Dịch vụ di động của hệ thống GSO

1.6.1.1. Dịch vụ cho Bắc Mỹ

ứng dụng đầu tiên của hệ thống GSO để cung cấp dịch vụ di động vệ tinh đợc thực hiện
khi MARISAT đợc đa vào hoạt động. Công nghiệp dịch vụ di động vệ tinh đã ra đời từ chơng
trình của US Navy nhằm cung cấp thông tin cho tầu cập bờ bằng cách sử dụng ba kênh UHF.
Ngoài UHF, Comsat (INMARSAT) cũng thuê các kênh L sử dụng anten xoắn để đảm bảo dịch vụ
Chng 1. Tng quan cỏc h thng thụng tin v tinh

6
thơng mại. Tiếp theo là sự ra đời của MARECS, IVMCS và INMARSAT, nhng MARISAT vẫn
tiếp tục hoạt động. Phát triển cao nhất là chùm vệ tinh của INMARSAT-3 đảm bảo các búp toàn
cầu và các búp hẹp. Tất cả các hệ thống nói trên chủ yếu cung cấp dịch vụ cho thông tin hàng hải,
tuy nhiên hiện nay INMARSAT cung cấp cả dịch vụ thông tin di động cho đất liền và hàng không.
Đờng dịch vụ của các hệ thống này sử dụng băng L, còn đờng tip súng sử dụng băng C. Các hệ
thống này không cung cấp đợc dịch vụ cho các máy cầm tay. Comsat đã phát triển đầu cuối xách

tay có tên gọi là Planet 1 để sử dụng dịch vụ do INMARSAT-3 cung cấp. Các búp hẹp tạo ra EIRP
và G/T
s
đủ lớn để thông tin với máy xách tay.
Để tiếp tục phát triển thông tin di động vệ tinh, năm 1985 FCC cho phép Côngxoocxiom
của các hãng cung cấp dịch vụ cho Mỹ. Tập đoàn vệ tinh di động Mỹ AMSC nhận đợc cấp phép
này. Hệ thống vệ tinh này đợc đặt tên là AMSC. Hệ thống có thể cung cấp: dịch vụ thông tin di
động vệ tinh mặt đất (LMSS), dịch vụ thông tin di động vệ tinh hàng không (AMSS) và dịch vụ
thông tin di động vệ tinh hàng hải (MMSS). Hệ thống có thể cung cấp các dịch vụ thoại, số liệu và
Fax cho các máy xách tay, đặt trên ô tô hay các trạm cố định. Dịch vụ này có tên là ô trên trời
(Skycell). Dịch vụ tổ ong (cho máy cầm tay) có thể nhận đợc nhờ khai thác song mốt ở vùng có
hệ thống thông tin di động tổ ong mặt đất. AMSC không đủ mạnh để cung cấp dịch vụ cho máy
cầm tay, vì anten mặt đất phải có khuyếch đại khoảng 10 dB để đạt đợc dịch vụ tiếng tin cậy.
Tháng 4/ 1995 vệ tinh AMSC đợc phóng và đa vào phục vụ vài tháng sau đó. AMSC-1 đợc đặt
ở kinh độ 101
0
W. FCC cho phép AMSC phóng ba vệ tinh.
Hãng di động Telesat của Canada đã thoả thuận liên doanh để phóng vệ tinh (MSAT). Vệ
tinh này đã đựơc phóng và đặt ở kinh độ 106
0
W.
Tần số công tác đờng dịch vụ của AMSC-1 là: 1530-1559 MHz cho đờng xuống và
1631,5-1660 MHz cho đờng lên. Tần số cho đờng tip súng là: băng 13 GHz cho đờng xuống
và băng 10 GHz cho đờng lên. Vệ tinh hoạt động nh ống cong "bent pipe" (hai trạm mặt đất đều
nhìn thấy vệ tinh trong lúc liên lạc) và không có xử lý trên vệ tinh. Đầu cuối của ngời sử dụng
làm việc ở băng L. Quá trình định tuyến tín hiệu đến và từ vệ tinh đợc cho ở hình 1.3. Hai anten
dù mở đợc sử dụng kết nối thông tin giữa hai ngời sử dụng. Anten siêu cao tần (SHF) cho búp
sóng đợc định dạng để phủ sóng hầu hết Bắc Mỹ. Không có đờng nối trực tiếp băng L giữa hai
ngời sử dụng. Để thực hiện cuộc gọi, ngời sử dụng phát tín hiệu đờng lên băng L đến vệ tinh, ở
vệ tinh tín hiệu này chuyển đổi tần số đợc phát xuống ở tần số 13 GHz đến trung tâm điều khiển.

Trung tâm này ấn định cặp kênh cho phía khởi xớng và kết cuối cuộc gọi. Sau khi kết nối đợc
thực hiện, hai phía có thể thông tin với nhau. Tín hiệu phía khởi xớng đợc phát lên đến vệ tinh,
sau đó từ vệ tinh phát xuống đến trạm cổng và từ trạm này nó đợc phát lên đến vệ tinh. Ti đây
nó đợc chuyển vào băng L và phát đến trạm kết cuối. Nếu phía kết cuối không phải máy di động,
trạm cổng kết nối cuộc gọi đến PSTN nội hạt. Sau khi cuộc gọi kết thúc, kênh đợc giải phóng.
Thực chất thông tin ở đây đợc thực hiện ở hai chặng và không có kết nối trực tiếp ở băng L.
Thuật ngữ kỹ thuật đợc sử dụng cho trờng hợp này là: không đấu nối băng L với băng L ở vệ
tinh. Trớc hết AMSC sử dụng các đầu cuối hai chế độ vệ tinh/tổ ong. Nếu máy di động không thể
kết nối đến hệ thống tổ ong mặt đất, cuộc gọi đợc định tuyến qua chế độ vệ tinh.
Chng 1. Tng quan cỏc h thng thụng tin v tinh

7

Hình 1.3. Vệ tinh hai băng tần AMSC

1.6.1.2. Dịch vụ cho châu Âu bằng hệ thống Archimedes

Hãng hàng không vũ trụ châu Âu đã đề xuất sử dụng vệ tinh tia chớp "Molnya' quỹ đạo
elip ở điểm cực viễn để đảm bảo dịch vụ tiếng bằng đầu cuối kích thớc vali cho châu Âu. Sử dụng
dạng quỹ đạo này có hai cái lợi. Nó cho phép góc ngẩng búp anten cao hơn (khoảng 70
0
), nhờ thế
giảm phađinh nhiều tia xẩy ra khi sử dụng góc ngẩng thấp và che tối của các vật cản. Ngoài ra
anten của ngời sử dụng không cần thiết phải vô hớng vì vệ tinh đợc nhìn thấy trong khoảng
thời gian dài ở vùng cực viễn. Hai yếu tố này (góc ngẩng cao và tính hớng anten tăng) cho phép
giảm quỹ đờng truyền, nhờ vậy tiết kiệm đáng kể công suất vệ tinh. Chùm vệ tinh trong trờng
hợp này sử dụng bốn vệ tinh với mỗi vệ tinh ở một quỹ đạo Molnia, nút lờn cách nhau 90
0
và góc
nghiêng 63,4

0
. Các vệ tinh đợc định pha ở xung quanh điểm cực viễn tại các thời điểm khác nhau
để có thể phủ đợc toàn châu Âu trong 24 giờ. Với chu kỳ quay 12 giờ, hai cực viễn xẩy ra ở bán
cầu bắc, nhng chỉ điểm trên châu Âu là đợc tích cực. Điểm cực viễn đợc nhìn thấy trong
khoảng thời gian từ 6 đến 8 giờ, trong khoảng thời gian này các vệ tinh đợc tích cực. Cấu hình
của hệ thống vệ tinh này đợc cho ở hình1.4a.
Cỏc anten dự m bng L
(1,5 MHz ng lờn; 1,6 MHz ng xung)
Anten SHF
(tia c to dng)
* V tinh ng nghiờng, cỏc kờnh tuyn
tớnh (trong sut i vi khuụn dng tớn hiu)
* Ba b phỏt ỏp
SHF L
L SHF
SHF SHF

Hỡnh 1.4. a) cỏc qu ao v tinh Molnya; b) cu hỡnh h thng thụng tin di ng v tinh
ASMC v Archimedes.
Anten trên mỗi vệ tinh (ở khoảng thời gian gần điểm cực viễn) sẽ chiếu xạ châu Âu bằng 6
búp. Lu ý rằng trong khoảng thời gian này cự ly đến trạm mặt đất sẽ thay đổi vì thế mức tín hiệu
thay đổi vào khoảng 4 dB. Nếu không thay đổi chiếu xạ của búp anten (chẳng hạn giảm độ rộng
Chng 1. Tng quan cỏc h thng thụng tin v tinh

8
của búp khi tiến đến gần điểm cực viễn) thì kích thớc của vệt phủ cũng thay đổi. Việc giảm độ
rộng búp cũng dẫn đến tăng hệ số khuyếch đại, điều này là cần thiết vì cự ly đến trạm mặt đất
tăng. Hệ thống cung cấp dịch vụ ở băng L. Mỗi vệ tinh đảm bảo cung cấp dịch vụ cho 3000 kênh
thoại.
Cấu hình của vệ tinh cho hệ thống ASMC và Archimedes giống nhau và đợc cho ở hình

1.4b. Cả hai hệ thống đều sử dụng bộ phát đáp "ống cong" nhờ vậy có thể sử dụng chúng cho mọi
tiêu chuẩn điều chế và truy nhập.

1.6.2. Dịch vụ di động vệ tinh quỹ đạo không phải địa tĩnh (NGSO)

Chìa khoá để phát triển dịch vụ thông tin di động là đảm bảo thông tin cá nhân mọi nơi
mọi chỗ cho các máy thu phát cầm tay với giá thành hợp lý. Nhờ sự ra đời của phơng pháp xử lý
tín hiệu số mới và vi mạch tích hợp cao (MMIC, VLSI) điều này có thể thực hiện đợc. Bớc tiếp
theo là tiến hành giao diện với cơ sở hạ tầng hiện có của thông tin di động tổ ong mặt đất. Giao
diện này cho phép khai thác song mốt vệ tinh-mặt đất. Sự ra đời của các vệ tinh thông tin NGSO
nhằm đạt đợc mục đích này. Đây là các vệ tinh LEO (độ cao quỹ đạo 1000 km) và MEO (độ cao
quỹ đạo 10.000 km). Hỡnh1.5 cho thy cu trỳc in hỡnh ca h thng thụng tin v tinh
LEO/MEO. ở các phần dới đây ta sẽ xét các hệ thống thông tin di động vệ tinh LEO.
1
1

Hỡnh 1.5. Cu trỳc chung ca mt h thng thụng tin LEO/MEO

1.6.2.1. Dịch vụ vệ tinh di động LEO nhỏ

ở Mỹ FCC đã cấp phép cho các hệ thống LEO nhỏ làm việc ở tần số thấp hơn 1GHz trong
các băng tần VHF/UHF. Các vệ tinh này làm việc ở chế độ lu-và-phát cho dịch vụ số liệu và phát
bản tin nhng không có dịch vụ tiếng. Nói chung các vệ tinh này nhỏ nhng ít phức tạp hơn LEO
lớn. Độ cao của chúng vào khoảng 1300 km. Chúng cũng đợc thiết kế để làm việc với các máy
thu phát cầm tay.
FCC cấp phép LEO nhỏ đợt một cho ba tổ chức sau: ORBCOMM (Orbital Sciences
Corporation), Starsys Global Posisioning System (Starsys) và VITA (Volunteer in Technical
Assistance). ORBCOMM đề xuất đặt chùm 36 vệ tinh vào 4 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 45
0
với

tám vệ tinh trên từng quỹ đạo. Ngoài ra cấu hình này còn có hai mặt phẳng quỹ đao nghiêng 79
0

Chng 1. Tng quan cỏc h thng thụng tin v tinh

9
và hai vệ tinh ở mỗi quỹ đạo. ORBCOMM cũng đề nghị FCC cho phép thay đổi hệ thống bằng
cách sử dụng 8 vệ tinh cho mỗi quỹ đạo nghiêng 70
0
.
Starsys sẽ phóng 24 vệ tinh trong 6 mặt phẳng nghiêng 53
0
với 4 vệ tinh ở mỗi mặt phẳng.
VITA thử phóng một vệ tinh vào quỹ đạo nghiêng 88
0
, nhng bị lạc mất vì sự cố phóng. Hai vệ
tinh đầu tiên của ORCOMM với tên gọi là Microstar đợc phóng vào 4/1995. 36 vệ tinh còn lại
đợc phóng vào năm 1997.
Năm 1994 FCC cấp phép đợt hai cho các LEO nhỏ.

1.6.2.2. LEO lớn cho tiếng và số liệu

Vào đầu những năm 1990 sáu hãng của Mỹ làm đơn xin phép cung cấp thông tin cá nhân
toàn cầu và liên tục. Năm hãng sẽ khai thác ở các độ cao thấp hơn so với các vệ tinh ở quỹ đạo địa
tĩnh. Các vệ tinh này đợc gọi là NGSO và đợc thiết kế để hoạt động ở quỹ đạo thấp (LEO) và
trung (MEO). Hãng thứ sáu đề xuất khai thác hệ thống của mình ở độ cao địa tĩnh.
Để đảm bảo dịch vụ liên tục các vệ tinh làm việc ở quỹ đạo thấp cần có chùm vệ tinh ở
nhiều quỹ đạo, vì chúng chỉ xuất hiện trong trờng nhìn ở một vài phần trăm thời gian của quỹ
đạo. Thông thờng là 10 đến 15 phút cho LEO và 2 giờ cho MEO.
Các vệ tinh này đợc thiết kế để đảm bảo dịch vụ tiếng, số liệu, Fax và thông tin định vị

cho các máy thu phát cầm tay. Không nh các hệ thống tổ ong mặt đất các hệ thống vệ tinh này có
thể cung cấp dịch vụ cho các vùng xa xôi và vùng biển khi cần thiết. Vì thế hệ thống thông tin di
động vệ tinh là hệ thống thông tin di động bổ sung cho hệ thống mặt đất và có thể cho phép làm
việc song mốt. Trong thực tế nhiều nhà cung cấp hệ thống vệ tinh thiết kế các máy cầm tay hoạt
động song mốt và cũng giao tiếp cả với mạng điện thoại nội hạt trong vùng phục vụ.
Năm 1995 FCC cấp phép cho ba hãng và để lại đơn của hai hãng chờ đến khi họ chứng
minh đợc khả năng tài chính. Ba hãng đợc cấp phép gồm: Motorola (Iridium), TWR (Odissey)
và Loral/Qualcom (Globalstar). Băng tần dự kiến cho hoạt động của các hệ thống này là: 1610
MHz đến 1626 MHz đờng lên và 2483 đến 2500 MHz đờng xuống. Các băng tần này thờng
đợc gọi là băng L và S. Bảng 1.3 tổng kết các thông số của các hệ thống này. Lu ý rằng tất cả
các dịch vụ đều đợc cung cấp ở băng tần cao hơn 1 GHz. ICO Global (Intermediate
Communication Global) là một chi nhánh của Inmarsat. Globalstar, Iridium và CCI-Aries sử dụng
LEO ở các độ cao thấp hơn 1500 km. Odyssey và ICO Global sử dụng MEO ở độ cao vào khoảng
10.000 km. Ellipso-Elippsat sử dung ba quỹ đạo cho chùm của họ. Hai quỹ đạo elip có góc
nghiêng 63,5
0
và độ lệch tâm vào khoảng 0,35. Quỹ đạo thứ ba là quỹ đạo tròn trong phặt phẳng
xích đạo hoạt động ở độ cao 7800 km. Iridium thực hiện xử lý trên vệ tinh

Cỏc dn anten L v S

Hỡnh 1.5. Cu trỳc v tinh Globalstar
và cho phép nối chéo vệ tinh để chuyển tiếp tiếng và số liệu đến các quỹ đạo khác hoặc đến vệ tin
lân cận. Tất cả các vệ tinh đều sử dụng anten dàn phẳng (băng L hoặc băng S) cho đờng dịch vụ
(búp hẹp). Các đờng nuôi sử dụng anten loa ở băng Ka hoặc anten dàn ở băng C. Cấu trúc của vệ
tinh Globalstar đợc cho ở hình 1.5.


Chng 1. Tng quan cỏc h thng thụng tin v tinh

10
Bảng 1.3. Tổng kết các thống số của các hệ thống LEO lớn
Chùm
Thông số
Odyssey Globalstar Iridium CCI-Aries
Ngời sử dụng/
lĩnh vực sử dụng



Dịch vụ



Vùng phủ

Kiểu quỹ đạo
Độ cao/chu kỳ

Số vệ tinh
(dự trữ)

Số mặt/nghiêng

Trọng lợng vệ
tinh

Thời gian hoạt
động

Tần số: trạm
cổng
Lên/xuống, GHz
Ngời sử dung
Lên/xuống, GHz

Kiểu phát đáp

Số búp hẹp trên
vệ tinh
Số kênh trên vệ
tinh
Sô đờng nối
chéo vệ tinh,
GHz

Điều chế
Đa thâm nhập

Thời gian kết nối
vệ tinh

Góc ngẩng cực
tiểu
Tốc độ số liệu
(máy cầm tay)
Kbps

Điện thoại vùng
xa, tổ ong vùng

xa, lữ hành quốc
tế

Tiếng, số liệu, fax,
nhắn tin


Toàn cầu

MEO
10.354 km/<6giờ

12(2 dự trữ)


3/52
0


1917 kg


15 năm


19,4-19,6/
29,1-25,25
1,610-1,62135/
2,4835-2500

ống cong

61

>3000

không



Trải phổ QPSK
CDMA

1-2 giờ


22
0


4,2 (tiếng)
1,2-9,6 (số liệu)


Điện thoại vùng
xa, tổ ong vùng
xa, lữ hành quốc
tế.

Tiếng, số liệu,
fax, RDSS, nhắn
tin

Toàn cầu

LEO
1414km/114 phút

48(8 dự trữ)


8/52
0


426 kg


15 năm


5,091-5,250/
6,875-7,055
1,610-1,62135/
2,4835-2500


ống cong

16

2800

không



Trải phổ QPSK
CDMA

10-12 phút


10
0
-20
0


1,2-9,6 (tiếng)
2,4-9,6 (số liệu)


Điện thoại vùng
xa, tổ ong vùng
xa, lữ hành quốc
tế.

Tiếng, số liệu,

fax, RDSS


Toàn cầu

LEO
785 km/100 phút

66(6 dự trữ)


6/86,4
0

700 kg


15 năm


19,3-19,6/29,1-
29,4
1,62135-1,6265



có xử lý

48

2300

4/vệ tinh
25 Mbit/s
23,18-23,38

QPSK
TDMA

9 phút


82
0


4,8 (tiếng
2,4 (số liệu)


Tổ ong vùng xa,
lữ hành quốc tế.



Tiếng, số liệu,
fax, RDSS


Toàn cầu

LEO
1018 km/105
phút
48


4/90
0


<500 kg





Băng C

1,610-1,62135/
2,4835-2500




32



không

CDMA











Chng 1. Tng quan các h thng thông tin v tinh

11
CÊp phÐp FCC

Ngµy phãng ®Çu
tiªn

Khai th¸c hoµn
toµn

Anten vÖ tinh
1/95

1998

1999


dµn
1/95

1997


1998 (4)


dµn
1/95

1997


1998 (4)


dµn
kh«ng

1997

1.7. TNG KT


Chng này đã xét tng quan các qu đo v tinh đc s dng trong các h thng thông
tin v tin. Phân b tn s cho các h thng thông tin di đng cng đc xét trong chng này. Các
tn s đng lên và đng xung ca h thng thông tin v tinh không ging nhau. Trong hai đu
thông tin phía nào có công sut phát ln hn s s dng tn s cao hn đ có th bù tr tt hn
suy hao đng truyn. Ch
ng hn trong INTELSAT, trm mt đt có công sut ln lên s s dng
tn s đng lên cao hn còn trm phát đáp có công sut nh hn nên s s dng tn s đng
xung thp hn. iu này hoàn toàn ngc li đi vi h thng thông tin di đng trong đó máy
đu cui do ch có th phát công sut nh nên s s dng tn s đ
ng lên thp hn so vi tn s
phát xung t v tinh. Các qu đo đa tnh đc s dng nhiu nht cho thông tin v tinh vì v trí
ca nó c đnh tng đi so vi mt đt và vì mt v tinh có th ph sóng cho 1/3 din tích trái
đt. Các h thng INTELSAT và DOMSAT s dng các qu đo này cho các dch v c đnh nh
thoi, s liu và truyn hình. Các qu
đo đa tnh cng có th s dng đ cung cp dch v thông
tin di đng, tuy nhiên anten trên v tinh phi có kích thc ln (anten dù m) đ đc EIRP cao
và h s phm cht trm v tinh (G/T
s
) cng phi cao. Các qu đo LEO và MEO thng đc s
dng cho các dch v di đng cá nhân vì khong cách ca các v tinh không xa mt đt. Các thông
s cho các h thng thông tin v tinh LEO ln đc cho trong bng 1.3.

1.8. CÂU HI VÀ BÀI TP

1. Trình bày các qu đo đc s dng trong thông tin v tinh
2. Trình bày phân b tn s trong thông tin v tinh
3. Trình bày các v tinh INTELSAT và các dch v do chúng cung cp
4. Trình bày các v tinh DOMSAT và các dch v do chúng cung cp
5. Trình bày các h thông thông tin di đng v tinh s dng qu đo GSO
6. Trình bày cu trúc chung ca h thng thông tin LEO/MEO
7. Trình bày các thông s chính ca các h thng thông tin di đng v tinh LEO
Chng 2. Các qu đo v tinh


12

CHNG 2
CÁC QU O V TINH

2.1. GII THIU CHUNG

2.1.1. Các ch đ đc trình by trong chng
• Các đnh lut Keppler
• Các thut ng liên quan đn qu đo v tinh
• Các phn t qu đo
• Các lc nhiu dn đn thay di v trí v tinh trên qu đo
• Các qu đo nghiêng
• Qu đo đa tnh

2.1.2. Hng dn
• Hc k các t liu đc trình by trong chng
• Tham kho thêm [1]

• Tr li các câu hi và bài tp cui chng

2.1.3. Mc đich chng

• Hiu đc các đnh lut Keppler mô t qu đo v tinh
• Bit đc các thut ng thng dùng cho v tinh
• Hiu đc các phn t qu đo
• Hiu đc các lc nhiu dn đn thay đi v trí v tinh trên qu đao
• Hiu đc cách tính toán góc nhìn ca v tinh đa tnh đ có th thit k đc mt
tuyn v tinh

2.2. CÁC NH LUT KEPLER

Các v tinh quay quanh trái đt tuân theo cùng các đnh lut điu khin s chuyn đng
ca các hành tinh xung quanh mt tri. T lâu da trên các quan trc k lng ngi ta đã hiu
đc s chuyn đng ca các hành tinh. T các quan trc này, Johannes Kepler (1571-1630) đã
rút ra bng thc nghim ba đnh lut mô t chuyn đng hành tinh. Tng quát các đnh lut
Kepler có th áp dng cho hai vt th bt k trong không gian tng tác v
i nhau qua lc hp dn.
Vt th có khi lng ln hn trong hai vt th đc gi là s cp còn vt th th hai đc gi là
v tinh.




Chng 2. Các qu đo v tinh


13
2.2.1. nh lut Kepler th nht

nh lut Kepler th nht phát biu rng đng chuyn đng ca mt v tinh xung quang
vt th s cp s là mt hình elip. Mt hình elip có hai tiêu đim F
1
và F
2
nh thy  hình 2.1.
Tâm khi lng ca h thng hai vt th này đc gi là tâm bary luôn luôn nm ti mt trong hai
tiêu đim. Trong trng hp đc xét do s khác bit rt ln gia khi lng ca qu đt và v
tinh, tâm khi lng trùng vi tâm ca trái đt và vì th tâm trái đt luôn nm trong mt tiêu
đim.
Trôc phô
Trôc chÝnh
T©m Elip
F1
F2
a
a
b
b

Hình 2.1. Các tiêu đim F
1
, F
2
, bán trc chính a và bán trc ph b đi vi mt elip

Bán trc chính ca Elip đc ký hiu là a và bán trc ph đc ký hiu là b.  lch tâm
e đc xác đnh nh sau:

22
ab
e
a
−
=
(2.1)

 lch tâm và bán trc chính là hai thông s đ xác đnh các v tinh quay quanh trái đt.
0<e<1 đi vi mt qu đo v tinh. Khi e=0 qu đo tr thành đng tròn.

2.2.2. nh lut Kepler th hai

nh lut Kepler th hai phát biu rng trong các khong thi gian bng nhau, v tinh s
quét các din tích bng nhau trong mt phng qu đo ca nó vi tiêu đim ti tâm bary (hình
2.2).
Qu¶ ®Êt
A
1
S
1
S
2
A
2
VÖ tinh

Hình 2.2. nh lut Kepler th hai

Chng 2. Các qu đo v tinh

14
T hình 2.2 ta thy nêú coi rng v tich chuyn dch các quãng đng là S
1
và S
2
mét
trong 1 giây thì các din tích A
1
và A
2
bng nhau. Do S
1
và S
2
là tc đ bay ca v tinh nên t
đnh lut din tích bng nhau này, ta rút ra rng tc đ S
2
thp hn tc đ S
1
. T đây ta suy ra
rng v tinh phi mt nhiu thi gian hn đ bay ht mt quãng đng cho trc khi nó cách xa
qu đt hn. Thuc tính này đc s dng đ tng khong thi gian mà mt v tinh có th nhìn
thy các vùng quy đnh ca qu đt.

2.2.3. nh lut Kepler th ba

nh lut Kepler th ba phát biu rng bình phng chu k qu đo t l
m ba vi

khong cách trung bình gia hai vt th. Khong cách trung bình bng bán trc chính a. i vi
các v tinh nhân to bay quanh qu đt, ta có th trình by đnh lut Kepler th ba nh sau:


3
2
a
n
μ
= (2.2)
trong đó n là chuyn đng trung bình ca v tinh đo bng radian trên giây và μ là hng s hp
dn đa tâm qu đt. Vi a đo bng mét, giá tr này là:

μ = 3,986005×10
14
m
3
/sec
2
(2.3)

Phng trình 2.2 ch áp dng cho trng hp lý tng khi mt v tinh quay quanh mt
qu đt cu lý tng có khi lng đng đu và không b tác đng nhiu chng hn s kéo trôi
ca khí quyn.
Vi n đo bng radian trên giây, chu k qu đo đo bng giây đc xác đnh nh sau:

2
P
n
π

= (2.4)

Ý ngha ca đnh lut Kepler th ba là nó cho thy quan h c đnh gia chu k và kích
thc. Mt dang qu đo quan trng là qu đo đa tnh chu k ca qu đo này đc xác đnh
bi chu k quay ca qu đt. Thí d di đây cho thy s xác đnh bán kính gn đúng ca qu
đo đa tnh.

Thí d 2.1.
Tính toán bán kính ca mt qu đo tròn cho chu k là mt ngày.
Gii. S chuyn dch trung bình đo bng rad/ngày là:

2.
n
1
π
=
n
g
µ
y

i vào rad/sec ta đc
n = 7,272.10
-5
rad/sec
Hng s hp dn qu đt là:
μ = 3,986005.10
14
m
3

.sec
-2

Theo đnh lut Kepler th ba ta đc:

(
)
1
2
2
a
n
μ
= = 42241. km
Vì qu đo là đng tròn nên bán trc chính cng là bán kính.
Chng 2. Các qu đo v tinh


15
2.3. NH NGHA CÁC THUT NG CHO QU O V TINH

Nh đã nói  trên, các đnh lut ca Kepler áp dng chung cho s chuyn đng ca v
tinh xung quanh vt th s cp. i vi trng hp v tinh bay quanh qu đt, mt s thut ng
đc s dng đ mô t v trí các v tinh so vi qu đt.

Vin đim (Apogee). im xa qu đt nht.  cao vin đim đc ký hiu là h
a
trên hình 2.3.
N
XÝch ®¹o

i
§−êng d−íi
vÖ tinh
h
a
h
p
Lat. iN
Lat.iS
La
Lat.iN= vÜ ®é B¾c
Lat.iS= vÜ ®é Nam

Hình 2.3.  cao vin đim h
a
, cn đim h
p
góc nghiêng i và L
a
đng ni các đim cc.

Cn đim (Perigee). im gn qu đt nht. Trên hình 2.3 đ cao ca đim này đc ký hiu là
h
p
.
ng ni các đim cc (Line of apsides). ng ni vin đim và cn đim qua tâm trái đt
(L
a
).
Nút lên (Ascending). im ct gia mt phng qu đo và xích đo ni mà v tinh chuyn t

Nam sang Bc.
Nút xung (Descending). im ct gia mt phng qu đo và xích đo ni mà v tinh chuyn
đng t Bc sang Nam.
ng các nút (Line of nodes). ng ni các nút lên và nút xung qua tâm qu đt.
Góc nghiêng (Inclination). Góc gia mt phng qu đo và mt phng xich đo. Góc đc đo ti
đ
im tng t xích đo đn qu đo khi v tinh chuyn đng t Nam sang Bc. Góc nghiêng đc
cho  hình 2.3 ký hiu là i. ây s là v đ Bc hoc Nam ln nht.
Qu đo đng hng (Prograde Orbit)). Qu đo mà  đó v tinh chuyn đng cùng vi chiu
quay ca qu đt (hình 2.4). Qu đo đng hng còn đc gi là qu đo trc ti
p (Direct
Orbit). Góc nghiêng ca qu đo đng hng nm trong di t 0
0
đn 90
0
. Hu ht các v tinh
Chng 2. Các qu đo v tinh


16
đu đc phóng vào qu đo đng hng vì tc đ quay ca qu đt s cung cp mt phn tc đ
qu đo và nh vy tit kim đc nng lng phóng.

Hình 2.4. Các qu đo đng hng và ngc hng

Qu đo ngc hng (Retrograde Orbit). Qu đo mà  đó v tinh chuyn đng ngc vi
chiu quay ca qu đt (hình 2.4). Góc nghiêng ca qu đo ngc hng nm trong di t 90
0

đn 180

0
.
Agumen cn đim (Argument of Perigee). Góc t nút xung đn cn đim đc đo trong mt
phng qu đo ti tâm qu đt theo hng chuyn đng ca v tinh. Trên hình 2.5 góc này đc
ký hiu là ω.
N
MÆt ph¼ng
xÝch ®¹o
CËn
®iÓm
Y
§−êng
c¸c nót
ω
Ω

Hình 2.5. Agumen ca cn đim ω và góc lên đúng ca nút lên Ω.

Góc lên đúng ca nút lên (Right Ascension of Ascending Node).  đnh ngha đy đ v trí
ca qu đo trong không gian, v trí ca nút lên đc đc t. Tuy nhiên do s quay spin ca qu
đt, trong khi mt phng qu đo hu nh c đnh (nu b qua s trôi ca v tinh), nên kinh đ
ca nút lên không c đnh và vì th không th s
dng nó làm đim chun tuyt đi.  xác đnh
mt qu đo trong thc tin, ngi ta thng s dng kinh đ và thi gian v tinh chuyn đng
qua nút lên. Tuy nhiên đ đo tuyt đi ta cn có mt tham chun c đnh trong không gian. Tham
Chng 2. Các qu đo v tinh


17
chun đc chn là đim đu tiên ca cung Bch dng hay đim xuân phân. im xuân phân

xy ra khi mt tri ct xích đo t Nam qua Bc và mt đng o đc v t đim ct xích đo
xuyên tâm ca mt tri hng đn đim th nht ca chòm Bch dng (ký hiu là Y). ây là
đng ca cung Bch dng. Góc lên đ
úng ca nút lên khi này là góc đc đo trong mt phng
xich đo quay theo hng đông t đng Y sang nút lên (hình 2.5).
 d thng trung bình (Mean anomaly).  d thng trung bình M cho thy giá tr trung
bình v trí góc ca v tinh vi tham chun là cn đim. i vi qu đo tròn M cho thy v trí góc
ca v tinh trên qu đo. i vi qu đo elip, tính toán v trí này khó hn nhiu và M đc s
dng làm bc trung gian trong quá trình tính toán.

d thng tht s (True anomaly).  d thng thc s là góc t cn đim đn v tinh đc
đo ti tâm trái đt. Nó cho thy v trí góc ca anten trên qu đo ph thuc vào thi gian.

2.4. CÁC PHN T QU O

Các v tinh nhân to đc đnh ngha bng sáu phn t đc gi là tp phn t Kepler.
Hai trong s các phn t này là bán trc chính a và đ lch tâm e nh đã nói  trên. Phn t th ba
là đ d thng trung bình M
0
cho thy v trí ca v tinh trên qu đo ca chúng ti thi gian tham
chun đc gi là k nguyên (epoch). Phn t th t là agumen cn đim ω cho thy s quay cn
đim ca qu đo so vi đng các nút ca qu đo. Hai phn t còn li là góc nghiêng i và góc
lên đúng ca nút lên Ω liên h v trí ca mt phng qu đo vi qu
đt.
Do s li xích đo làm cho ω và Ω thay đi chm và do các lc gây nhiu khác có th làm
các phn t qu đo hi thay đi, ta cn đc t các giá tr cho tham kho thi gian hay k nguyên.
Thí d v thông s ca v tinh đc cho  bng 2.1.

Bng 2.1. Thí d v thông s v tinh (theo công b ca NASA)
S v tinh: 25338

Nm k nguyên (hai ch s cui cùng ca n
m): 00
Ngày k nguyên (ngày và ngày phân đon ca nm): 223,79688452
o hàm thi gian bc nht ca chuyn đng trung bình (vòng quay trung bình/ngày
2
):
0,000000307
Góc nghiêng (đ): 98,6328
Góc lên đúng ca nút lên (đ): 251,5324
 lch tâm: 0,0011501
Agumen cn đim (đ) : 113,5534
 d thng trung bình (đ): 246,6853
Chuyn đng trung bình (vòng/ngày): 14,23304826
S vòng quay ti k nguyên (vòng quay/ngày): 11663

Ta s thy rng mc dù bán trc chính không đc đc t, nhng ta có th tính nó t bng
thông s. Thí d tính toán đc trình by  thí d 2.2.

Thí d 2.2
Tính bán trc chính cho các thông s v tinh  bng 2.1.

Gii. Chuyn đng trung bình đc cho  bng 2.1 là:
NN= 14,23304826.ngày
-
Chng 2. Các qu đo v tinh


18
Ta có

th chuyn nó vào rad/sec
n
0
= NN.2π/(24×3600)= 1,64734.10
-4
rad/sec
T phng trình (2.3) ta đc:
μ = 3,986005.10
14
.m
3
.sec
-2


T đnh lut Kepler th ba ta đc:

1/3
2
0
a
n
μ
=
⎛⎞
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟

⎜
⎝⎠

= 7192.3 km

2.5.  CAO VIN IM VÀ CN IM

Khong cách t tâm trái đt đn vin đim và cn đim có th nhn đc t hình elip theo
công thc sau:
r
a
= a(1+e) (2.5)
r
p
= a(1-e) (2.6)
 tìm đ cao đim vin đim và cn đim ta ly các phng trình trên tr đi bán kính ca trái
đât.

Thí d 2.3.
Tính đ cao vin đim và cn đim cho các thông s qu đo  bng 2.1. Coi rng
bán kính trung bình trái đt R=6371km.

Gii. T bng 2.1 ta có e=0,0011501, thông s a = 7192,3 đã tính đc t thí d trên.
Vy đ cao vin đim bng:
h
a
= a(1+e) - R = 829,6 km
và đ cao cn đim bng:
h
p

= a(1-e) - R = 813,1 km

2.6. CÁC LC NHIU QU O

Các qu đo đc xét t trc đn nay là qu đo Kepler có dng elip cho trng hp v
tinh nhân to quay quanh trái đt. ây là qu đo lý tng vì ta coi rng qu đt là mt khi lng
hình cu phân b đu vì th lc tác dng duy nht là lc li tâm gây ra do s chuyn đng v tinh
đ cân bng lc hút ca qu đt. Trong thc t còn có các lc khác nh các lc hút cu mt tri,
mt trng và kéo ca khí quyn. Các lc hút ca mt tri và mt trng ít nh hng lên các v tinh
qu đo thp nhng chúng tác dng lên qu đo đa tnh. Lc kéo ca khí quyn trái li ít nh
hng lên các v tinh đa tnh nhng li nh hng lên các v tinh tm thp di 1000 km.

2.6.1. Các nh hng ca mt đt không phi hình cu

i vi mt mt đt hình cu, đnh lut Kepler th ba xác đnh chuyn đng trung bình
nh sau:

0
3
n
a
μ
=
(2.7)
Chng 2. Các qu đo v tinh


19
Ch s 0 đ biu th rng kt qu đc áp dng cho trái đt cu có khi lng đng đu lý tng.
Tuy nhiên ta bit rng trái đt không hoàn toàn hình cu, xích đo hi phình ra còn cc thì hi dt

vào và vì th nó có dng hình cu dt. Khi xét đn đc đim này ca trái đt, chuyn đng trung
bình b thay đi và đc xác đnh theo công thc sau:


2
1
0
221,5
1K(11,5sini)
nn
a(1 e)
+−
=
−
⎡⎤
⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦
(2.8)

trong đó hng s K
1
= 66063,1704 km
2
. S dt ca qu đt gn nh không nh hng lên bán trc
chính a và nu bit đc a ta d dàng tính đc chuyn đng trung bình. Chu k qu đo khi có
xét đn tính dt ca trái đt đc gi là chu k d thng (t cn đim đn cn đim). Chuyn
dng trung bình đc đc t trong công b ca NASA là nghch đo ca chu k d
thng. Chu k
d thng đc xác đnh nh sau:

A
2
Psec
n
π
= (2.9)

trong đó n đo bng đc đo bng radian trên giây.
Nu ta bit đc n (nh cho  thông báo ca NASA) ta có th gii phng trình (2.8) vi
lu ý rng n
0
cng ph thuc vào a. Ta có th gii phng trình (2.8) đ tìm a bng cách tìm
nghim ca phng trình sau:


2
1
3221,5
K(1 1,5sin )
n1
aa(1e)
iμ−
−+
−
⎡⎤
⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦

= 0 (2.10)

Thí d di đây s minh hacách tính.

Thí d 2.4
. Mt v tinh có qu đo nm trong mt phng xích đo vi chu k quay t cn đim
đn cn đim là 12 gi. Cho đ lch tâm bng 0,002; tính bán trc chính. Bán kính xích đo ca
qu đt bng 6378,1414km.

Gii. D liu đc cho:

e=0,002 i=0
0
P =12 gi

K
1
= 66063,704 km
2
. a
E
= 6378,1414. km

μ = 3,986005.10
14
.m
3
.sec
-2

Chuyn đng trung bình là:

2
n
P
π
=

a xác đnh theo đnh lut Kepler th ba nh sau:
Chng 2. Các qu đo v tinh


20

1/2
2
a
n
μ
=
⎛⎞
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
⎟
⎜
⎝⎠

a= 26597.km
đây là giá tr không b nhiu có th s dng đ c lng giá tr nghim.

Giá tr b nhiu đc xác đnh nh sau:
a= nghim
2
1
3221,5
K(1 1,5sin 1)
n1 0
aa(1e)
μ−
−+ =
−
⎡⎤
⎡
⎤
⎢⎥
⎢⎥
⎢⎥
⎢⎥
⎣
⎦
⎣⎦


a= 26598,5km.

S dt ca qu đt gây ra hai s quay ca mt phng qu đo. Quay th nht đc gi là
s dch lùi (regression of nodes) các nút, trong đó dng nh các nút trt dc xích đo. Kt qu

là đng các đim nút trong mt xích đo b quay xung quanh tâm trái đt. Nh vy góc lên đúng
nút lên Ω b dch.
Nu qu đo là đng hng thì các nút trt sang tây và nu qu đ
o là ngc hng thì
chúng trt sang đông. Nu nhìn t nút lên, v tinh trong qu đo đng hng bay sang đông và
trong qu đo ngc hng bay sang tây. Nh vy các nút di chuyn ngc chiu chuyn đng v
tinh, vì th ta có thut ng dch lùi. i vi qu đo cc (i=90
0
) dch lùi bng không.
nh hng th hai là s quay ca đng gia các đim cc trong mt phng qu đo,
di đây ta s xét nh hng này. C hai nh hng đu ph thuc vào chuyn đng trung bình n,
bán trc chính a và đ lch tâm e. Các thông s này đc nhóm chung và mt h s K xác đnh
nh sau:
1
222
nK
K
a(1 e)
=
−
(2.11)
K s có cùng đn v nh n. Vy vi n đo bng rad/ngày, K s đo bng rad/ngày và vi n đo bng
0
/ngày K cng đo bng
0
/ngày. Biu thc gn đúng cho s thay đi Ω theo thi gian đc xác đnh
nh sau:


d

Kcosi
dt
Ω
=−
(2.12)
trong đó i là góc nghiêng
Tc đ dch lùi các nút s có cùng đn v nh n.
Khi tc đ thay đi xác đnh theo phng trình (2.12) có giá tr âm, dch lùi v phía tây
còn khi tc đ này dng dch lùi v phía đông. Vì th đi vi dch lùi v phía đông, i phi ln
hn 90
0
hay qu đo phi ngc hng. Ta có th chn giá tr a, e và i sao cho tc đ quay là
0,9856
0
/ngày v phía đông. Qu đo này đc gi là qu đo đng b mt tri.
Mt trong s các nh hng gây ra do s phình xích đo là s quay đng các đim cc,
dn đn s thay đi agumen cn đim xác đnh theo công thc sau:


2
d
K(2 2,5 sin i)
dt
ω
=−
(2.13)
 đây đn v cho tc đ quay ca đng các đim cc cng là đn v cho n.
Khi góc nghiêng i bng 63,435
0
; thành phn trong ngoc bng không và s không xy ra

quay. Góc nghiêng này đc la chn cho qu đo v tinh Molnya ca Nga.
Chng 2. Các qu đo v tinh


21
Nu ta ký hiu thi gian k nguyên là t
0
, góc lên đúng ca nút lên là Ω
0
và agumen cn
đim là ω
0
ti k nguyên, ta đc các giá tr mi cho Ω và ω ti t nh sau:


00
d
(t t )
dt
Ω
Ω=Ω + −
(2.14)

00
d
(t t )
dt
ω
ω=Ω + −
(2.15)

Cn nh rng qu đo không phi là mt thc th vt lý và chính các lc do qu đt dt
gây ra tác dng lên v tinh làm thay đi các thông s qu đo. Vy khác vi vic bay theo mt
qu đo elip khép kín trong mt mt phng c đnh, v tinh b trôi do dch lùi các đim nút và v
đ ca đim gn nht (cn đim) thay đi do s quay c
a đng các đim cc. Hiu đc điu
này cho phép ta nhìn nhn v tinh bay theo mt qu đo elip khép kín nhng vi qu đo chuyn
đng tng đi so vi mt đt do s thay đi ca Ω và ω. Nh đã nói  trên, chu k P
A
là thi
gian cn thit đ v tinh bay t cn đim đn cn đim mc dù cn đim đã dch chuyn so vi
qu đt.
 làm thí d, gi thit rng góc nghiêng bng 90
0
sao cho dch lùi các nút bng không (t
phng trình 2.12) và tc đ quay ca đng các đim cc là -K/2 (t phng trình 2.13) ngoài ra
xét trng hp cn đim ti thi đim quan trc ban đu nm ngay trên nút lên. Mt chu k sau,
cn đim s  góc -KP
A
/2 so vi nút lên hay nói mt cách khác nó s  phía Nam so vi xích đo.
Thi gian gia hai ln đi qua nút lên s là P
A
(1+K/2n), đây s là chu k đc quan sát t trái đt.
Nhc li rng K s có cùng đn v nh n, ngha là radian trên giây.

Thí d 2.5
. Xác đnh tc đ dch lùi và tc đ quay ca đng các đim cc cho các thông s cu
v tinh đc đc t  bng 2.1. S dng các kt qu tính toán  thí d 2.2.

Gii. T bng 2.1 và thí d 2.2 ta có:
i=98,6328

0
e=0,0011501
n=14,23304826/ngày a=7192,3km
K
1
=66063,1704.km
3

n=2π.n đi thành rad/sec


1
222
n.K
K
a(1 e)
=
−
K=6,544
0
/ngày


d
Kcosi
dt
Ω
=−
= 0,982
0

/ngày


2
d
K(2 2,5 sin i)
dt
ω
=−
= -2,903
0
/ngày

Thí d 2.6
. Tính cho thí d 2.5, các giá tr mi cho Ω và ω ti mt chu k sau k nguyên.

Gii. T thí d 2.5:

Chng 2. Các qu đo v tinh


22

d
dt
Ω
=
0,982
0
/ngày

d
dt
ω
= -2,903
0
/ngày
T bng 2.1:
n= 14,23304826/ngày ω
0
=113,5534
0
Ω
0
=251,5324
0


Chu k s là:

A
1
P
n
=

0A
d
P
dt
Ω

Ω=Ω +
Ω=251,601
0


0A
d
P
dt
ω
ω=ω +
ω=113,394
0


Ngoài vic phình ra ca xích đo, trong mt phng xích đo trái đt không hoàn toàn là
hình tròn, nó có mt đ lch tâm rt nh bc 10
-5
.  lch này đc gi là tính elip xích đo
(equatorial ellipcity). nh hng ca tính elip xích đo là nó s to ra mt gradien hp dn gây
nh hng đáng k lên các v tinh trên qu đo đa tnh. Nói mt các ngn gn, lý tng v tinh
trên qu đo đa tnh phi c đnh so vi trái đt. Gradien hp dn gây ra do tính elip xích đo s
làm cho các v tinh trên qu đo đa tnh trôi đn mt đ
im n đnh, đim này trùng vi trc ph
ca elip xích đo. Hai đim này phân cách nhau bi mt góc 180
0
trên xích đo nm vào khong
kinh đ 75
0
E và 105

0
W.  tránh cho các v tinh đang phc v b trôi các thao tác gi trm đc
thc hin (Station Keeping Maneuvers). Vì các v tinh c dn dn b trôi vào các đim này nên
chúng đc gi là "ngha trang v tinh".
Lu ý rng nh hng tính elip xích đo là không đáng k đi vi hu ht các qu đo v
tinh khác.

2.6.2. S kéo khí quyn

i vi các v tinh gn trái đt, nh hng ca s
 kéo khí quyn (Atmospheric Drag) là
đáng k. Do lc kéo ln nht ti cn đim và s kéo này làm gim tc đ v tinh ti đim này nên
v tinh không đt đn cùng đ cao vin đim  các vùng tip theo. Kt qu là bán trc chính và đ
lch tâm gim. S kéo hu nh không thay đi các thông s khác ca qu đo bao gm c đ cao
cn đim. Biu th
c gn đúng đ xác đnh s thay đi bán trc chính nh sau:


2/3
0
0
00 0
n
aa
nn(t t )
=
+−
⎡⎤
⎢⎥
⎢⎥

⎣⎦
(2.16)

 d thng trung bình cng thay đi. Biu thc gn đúng xác đnh s thay đi này nh
sau:

2
0
0
n 
(t t )
2
δ= −
(2.17)