کافی نت دی آموزشهای اینترنتی،دانلود مقاله،دانلود پایان نامه
سیستم های مخابرات ماهواره ای
پایان نامه جهت اخذ درجه مهندسی عنوان :
سیستم های مخابرات ماهواره ای
فرمت : ورد
تعداد صفحات: ۱۱۱صفحه
حجم: ۱ مگا بایت
فهرست مطالب
فصل اول : مقدمه و تاریخچه ماهواره ها ……………………………………………….. ۸
۱-۱- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………….. ۹
۱-۲- تاریخچه ماهواره ها …………………………………………………………………………………….. ۱۱
۱-۴- پرتاب نخستین ماهواره ……………………………………………………………………………….. ۱۷
۱-۵- نخستین قمر مصنوعی …………………………………………………………………………………. ۱۸
۱-۶- تاریخچه ارتباطات ماهواره در ایران …………………………………………………………….. ۲۱
۱-۷- نخستین پرتاب توسط کشورها ……………………………………………………………………. ۲۲
فصل دوم : مدار ماهواره ها ……………………………………………………………….. ۲۳
۲-۱- مدار ماهواره ها …………………………………………………………………………………………… ۲۴
۲-۱-۱- ماهواره های مدار پائین زمین ………………………………………………………………….. ۲۴
۲-۱-۲- ماهواره های مدار قطبی ………………………………………………………………………….. ۲۵
۲-۱-۳- ماهواره های مدار زمین …………………………………………………………………………… ۲۵
۲-۱-۴- ماهواره های مدار بیضی …………………………………………………………………………. ۲۶
۲-۲- استقرار ماهواره ها ………………………………………………………………………………………. ۲۷
۲-۳- مزایای و معایب مدار زئوسنکرون ………………………………………………………………. ۲۷
۲-۴- تقسیم بندی ماهواره ها از لحاظ وزن ………………………………………………………….. ۲۸
۲-۵- نقاط مداری و نهاد مدیریت آنها ………………………………………………………………….. ۲۹
۲-۶- پوشش ماهواره ها ………………………………………………………………………………………. ۳۰
فصل سوم : بررسی عملکرد ماهواره ها…………………………………………………. ۳۲
۳-۱- ماهواره ها چگونه به فضا می روند. …………………………………………………………….. ۳۳
۳-۲- قرار گرفتن ماهواره در مدار ………………………………………………………………………… ۳۴
۳-۳- امواج مایکروویو …………………………………………………………………………………………. ۳۷
۳-۴- چگونگی انجام مأموریت به وسیله ماهواره ها ……………………………………………… ۳۸
۳-۵- چگونگی ارسال و دریافت اطلاعات ……………………………………………………………. ۳۹
۳-۶- فرکانس های بالای فرکانس ماکروویو ………………………………………………………… ۴۱
۳-۷- عمر ماهواره ها …………………………………………………………………………………………… ۴۳
۳-۸- سقوط از مدار ……………………………………………………………………………………………… ۴۴
۳-۹- پیدا کردن موقعیت ماهواره ها در آسمان برای تنظیم آنتن ……………………………. ۴۴
فصل چهارم : تکنولوژی شبکه های ماهواره ای ………………………………………. ۴۹
۴-۱- خدمات سیستم های ماهواره ای …………………………………………………………………. ۵۰
۴-۲- تکنولوژی های شبکه های ماهواره ای ………………………………………………………… ۵۰
۴-۳- تکنولوژی i- Direct …………………………………………………………………………………. 51
۴-۴- مزایای تکنولوژی i- Direct ……………………………………………………………………… 52
۴-۵- تکنولوژی TDM. MF – TDMA ………………………………………………………… 52
۴-۶- آشنایی با سرویس های اینترنت ماهواره ای دو طرفه ………………………………….. ۵۳
۴-۶-۱- سرویسهای اشتراکی ……………………………………………………………………………….. ۵۳
۴-۶-۲- سرویسهای اختصاصی ……………………………………………………………………………. ۵۴
۴-۷- ویژگی های تکنولوژی i- Direct ……………………………………………………………… 55
فصل پنجم : ماهواره های مخابراتی ………………………………………………………. ۵۸
۵-۱- سیر تحولات ماهواره های مخابراتی ……………………………………………………………. ۵۹
۵-۲- ماهواره های مخابراتی ………………………………………………………………………………… ۶۲
۵-۳- اجزای سیستم ماهواره ای مخابرات …………………………………………………………….. ۶۶
۵-۴- ویژگیهای ماهواره های مخابراتی ………………………………………………………………… ۷۰
۵-۵- معرفی چند ماهواره مخابراتی ………………………………………………………………………. ۷۳
۵-۵-۱- ماهواره مخابراتی ANIKE …………………………………………………………………… 73
۵-۵-۲- ماهواره های اینتلست …………………………………………………………………………….. ۷۳
۵-۵-۳- ماهواره های ماری سنت …………………………………………………………………………. ۷۴
۵-۵-۴- سیستمهای ماهواره خانگی ……………………………………………………………………… ۷۵
فصل ششم : معرفی انواع ماهواره ها از لحاظ کاربرد ………………………………… ۷۸
۶-۱- انواع ماهواره ها از لحاظ کاربرد ………………………………………………………………….. ۷۹
۶-۲- ماهواره های ارتباطی …………………………………………………………………………………… ۷۹
۶-۲-۱- ماهواره های ارتباط تلفنی سیار ………………………………………………………………. ۸۰
۶-۲-۲- شبکه ماهواره ای تلفن ایردیوم ……………………………………………………………….. ۸۳
۶-۳- ماهواره های نظامی …………………………………………………………………………………….. ۸۶
۶-۳-۱- ماهواره های عکسبرداری اپتیکال ……………………………………………………………. ۸۷
۶-۳-۲- ماهواره های عکسبرداری راداری ……………………………………………………………. ۸۸
۶-۳-۳- ماهواره های جمع آوری الکترونیک (sigint) ……………………………………….. 89
۶-۳-۴- ماهواره های ارتباط نظامی ……………………………………………………………………… ۸۹
۶-۳-۵- تکنولوژی CCD ……………………………………………………………………………………. 91
۶-۳-۶- ماهواره جاسوسی LACROSSE ………………………………………………………… 91
۶-۴- ماهواره منابع زمینی …………………………………………………………………………………….. ۹۳
۶-۴-۱- تصاویر ماهواره های منابع زمینی ……………………………………………………………. ۹۴
۶-۴-۲- بعضی از ماهواره های منابع زمینی ………………………………………………………….. ۹۵
۶-۵- ماهواره های مخابرات دریایی ……………………………………………………………………… ۹۶
۶-۵-۱- ماهواره های نظارت دریایی ……………………………………………………………………. ۹۷
۶-۶- ماهواره های هواشناسی ………………………………………………………………………………. ۹۸
۶-۶-۱- ماهواره هواشناسی Meteosat ………………………………………………………………. 99
۶-۷- ماهواره های اکتشافی………………………………………………………………….۱۰۰
۶-۷-۱- فضاپیمای گالیله …………………………………………………………………..۱۰۱
۶-۸- ماهواره های نجومی …………………………………………………………………۱۰۲
۶-۸- تلسکوپ فضایی هابل…………………………………………………………….. ۱۰۳
۶-۹- ماهواره های جوشناسی ……………………………………………………………۱۰۶
۶-۹-۱- ماهواره جوشناسی POLAR ……………………………………………….106
منابع و ماخذ ………………………………………………………………………………..۱۰۹
فرمت : ورد
تعداد صفحات: ۱۱۱صفحه
حجم: ۱مگا بایت
فصل اول
مقدمه و تاریخچه ماهواره ها
۱-۱- مقدمه
واژه انگلیسی satelite از کلمه لاتین satelles به معنی همراه، دنباله رو یا محافظ شخصی گرفته شده است. ماهواره یک واژه ی فارسی به معنای «شبیه ماه» می باشد و واژه ی «قمر مصنوعی» نام دیگر آن است. زیرا همچون ماه به دور زمین می چرخند و یا زمین را همواره تعقیب می کنند.
انرژی زیادی برای قرار دادن یک ماهواره در مدار مورد نیاز است . این انرژی معمولاً با کاربرد راکت بدست می آید. به طوری که راکت ماهواره را با سرعت مورد نیاز بالا برده و در مدار رها کند در دوره کنونی ماهواره و فن آوری های وابسته آن چنان در تارو پود زندگی بشر نفوذ کرده و به پیش می تازد که نقش تعیین کننده آن در دگرگونی تمدن بشری قابل توجه است.
از این رو فن آوری ماهواره به عنوان شاخه ای مهم در پژوهش های فضایی، جایگاه ویژه ای در زمینه های مختلف ارتباطی پیدا کرده است. هم اکنون تمامی پهنه جهان از بزرگترین مناطق تا دور افتاده ترین جزایر زیر پوشش شبکه گسترده ماهواره های ارتباطی، مخابراتی و نظامی قرار دارد. فرستادن سیگنال های صدا و سیما ، اطلاعات چند رسانه ای و …بهترین روش و حداکثر سرعت از طریق همین شبکه ها صورت می گیرد. در واقع از میان فن آوری فضایی، ارتباط ماهواره بیشتر از همه مورد استفاده بوده. هر روز تعداد کشورهایی که برای ارتباطات داخلی از آن استفاده می کنند بیشتر میشود. ماهواره ها توانایی جدیدی برای انجام وظایف دشوار و بزرگ بشر در مقابل سامانه پیچیده اکولوژی در روابط بین موجودات و محیط پدید آورده اند.
بیشتر ماهواره های ساخته شده تاکنون حول کره زمین در حرکت هستند و در مواردی چون مطالعه کائنات، ایستگاه های هواشناسی، انتقال تماس های تلفنی از فراز اقیانوس، ردیابی و تعیین مسیر کشتی ها، هواپیماها و همین طور امور نظامی بکار می روند. ماهواره هایی نیز وجود دارند که دور ماه، خورشید، اجزام نزدیک به زمین و سیاراتی نظیر زهره، مریخ، و مشتری در حال گردش می باشند. این ماهواره ها اغلب اطلاعات مربوط به جرم آسمانی که حول آن در گردشند را جمع آوری می کنند به جز ماهواره های مصنوعی مذکور، اشیای در حال گردش دیگری نیز در فضا وجود دارند از جمله: فضاپیما، کپسول های فضایی و ایستگاه های فضایی که به آنها نیز ماهواره می گوییم. همچنین اجرام دیگری نیز به نام زباله های فضایی شامل بالابرنده ها مستهلک راکت ها، تانک های خالی سوخت و … که به زمین سقوط نکرده اند نیز در فضا وجود دارند.
ماهواره محفظه ای فلزی به شکل کره، استوانه یا مخروط است که پوشش فلزی آن بسیار مقاوم باشد، زیرا این وسیله نوسانات حرارتی شدیدی را باید تحمل کند. اگر ماهواره در سایه ی زمین قرار گیرد، چنان سرد می شود که قطعاتش به صدا در می آیند و برعکس.
در برابر خورشید، بدنه ی فلزی آن به شدت گرم می شود. بنابراین همیشه این خطر وجود دارد که ابزارهای موجود در ماهواره بیش از حد گرم.
۱-۲- تاریخچه ماهواره ها
پس از شناسایی و معرفی ویژگی های امواج رادیویی توسط افرادی چون ماکسول و هرتز و ساخته شدن نخستین دستگاه های بی سیم رادیویی توسط مارکونی، آزمایش های زیادی صورت گرفت تا ویژگی های امواج رادیویی بهتر شناخته شود. در ابتدای اختراع رادیو، مارکونی و تمامی کسانی که بر روی امواج کار می کردند، بسیار هیجان زده شده بودند و ارتباطات رادیویی در حد چند متر نیز برای آنها جالب بود. به تدریج مارکونی بر قدرت فرستنده های خود افزود و برد امواج رادیویی را در میحط افزایش داد. در آزمایشی که مارکونی توسط یک بادبادک به عنوان آنتن انجام داده توانست ارتباطی را بر فراز اقیانوس اطلس انجام دهد. به تدریج مشخص شد که امواج رادیویی تا حد افق رادیویی می توانند منتشر شده و مورد استفاده قرار گیرند، اما پس از آن از سطح زمین خارج شده و به فضای لایتناهی می روند. تنها راه برقراری ارتباط رادیویی بیش از افق رادیویی با استفاده از پدیده ی انعکاس جوی امکان پذیر بود، در این حالت امواج رادیویی پس از برخورد با لایه های گوناگون جو زمین در یونسفر بار دیگر به سوی زمین منعکس می شوند و این کار چندین بار می تواند رخ دهد و موجب برقراری ارتباط با فاصله های بسیار دور می شود.
ویژگی انعکاس امواج رادیویی از طبقه های جو زمین که به آن انتشار جوی گفته
می شود، به گونه ی گسترده توسط بشر برای ارتباط راه دور و حتی بین قاره ای مورد استفاده قرار می گیرد، اما پدیده انتشار امواج از راه لایه های یونسفر با اینکه می تواند مخابرات راه دور را امکان پذیر کند. دارای تنگناها و دشواری هایی می باشد که استفاده از آن محدود کند.
نخست اینکه پدیده ی انتشار یا در واقع بازتابش از جو تا حدود فرکانس های ویژه ای که در اصطلاح به آن حدود بحرانی یا فرکانس بحرانی می گویند، محدود می شود. این محدوده در حول و حوش فرکانس ۴۰MHZ قرار دارد. بنابراین مخابرات با فواصل دور در پیرامون این محدوده ی فرکانسی محصور می باشد. از آنجا که در بسیار از موردها همانند پخش برنامه های تلویزیونی و یا رادیویی و نیز انتقال داده ها در حجم زیاد به دلیل پهنای باند گسترده ی این سیگنال ها و نیز به دلیل عدم ایجاد تداخل با کانال های مجاور مخابراتی مجبور به استفاده از حدود فرکانسی بالاتر از محدوده ی بحرانی می شویم. بنابراین به نظر می رسید که هیچ راه حلی برای استفاده از امواج پرفرکانس برای ارتباطات راه دور وجود ندارد و بشر برای انتقال تصاویر ویدئویی و یا انتقال شمار زیادی کانال های تلفنی باید به کابل کشی در زیر اقیانوس ها و یا شبکه های کابل هوایی روی آورد. پس از اختراع رادیو و بی سیم و تا پیش از اختراع ماهواره ها نمی توانستیم تصاویر تلویزیونی کشورهای دیگر را در فاصله های دور دست دریافت کنیم و فقط قادر به شنیدن رادیوهای بین الملی بر روی امواج کوتاه بودیم. به نظر می رسید که رادیو، این وسیله ی ارزشمند ارتباطی، به دلیل محدودیت بازتاب جوی قادر نیست در محدوده ی فرکانس های بالا به صورت مستقیم و بدون تکرار کننده های بین راه پیام را مخابره کند و فرکانس های بالاتر از موج کوتاه تنها به درد ارتباطات راه نزدیک در حد افق رادیویی می خورد، اما می خواهیم دید که ماهواره این مشکل بزرگ پیش روی فن آوری رادیو را مرتفع کرد.
دوم اینکه در همان محدوده ی موج کوتاه نیز انتشار جوی پدیده ای دایمی و اطمینان پذیر نیست که بتوان به اتکای آن مخابرات در فاصله های دور را در تمام ساعت های شبانه روز انجام داد، زیرا انتشار و بازتابش جوی به عوامل بی شماری همچون تابش خورشید، تغییرات فصلی و آب و هوایی، توفان های خورشیدی و نیز سیکل فعالیت خورشید و لکه های آن وابستگی مستقیم و شدید دارد.
بنابراین بر روی باند رادیویی موج کوتاه ممکن است در یک روز ویَژه و یا یک فصل ارتباط خوبی داشته باشیم، اما در روز دیگر و یا هنگام شب نتوانیم از آن فرکانس استفاده کنیم و مجبور به تغییر فرکانس شده و حتی الامکان ارتباط را به گونه ی کامل از دست بدهیم . به همین دلیل است که شما در شب ها با رادیوی کوچک خود می توانید شمار زیادی رادیوی راه دور متعلق به فرستنده های کشورهای دیگر را بگیرید، اما در روز چنین امکانی را نخواهید داشت و یا شاید مشاهده کرده اید که رادیوهای جهانی با تغییر فصول، فرکانس پخش خود را تغییر می دهند. لزوم بکارگیری فرکانس های بالاتر در محدوده های UHF , VHF برای انتقال حجم زیادی از داده ها باعث شد تا کارشناسان مخابرات در اندیشه ی راه چاره برای مسئله عدم انعکاس در باندهای فرکانسی بالا باشند.
تنها راه حلی که به ذهن کارشناسان می رسید این بود که هیچ کاری با جو زمین و محدوده ی انعکاس از جو نمی توان انجام داد و باید در اندیشه ی منعکس کننده هایی در فضا به جز جو باشیم. یکی از این طرحها استفاده از قمر طبیعی زمین یعنی کره ماه بود، به موجب این طرح با فرستادن سیگنال های رادیویی در محدوده های ماکروویو به سمت کره ماه می توان انعکاس آن در نقاط دیگر کره زمین دریافت و پیام ها را مخابره کرد ارتش آمریکا و به ویژه نیروی دریایی به دلیل برخورداری از ناوگان گسترده در گوشه و کنار جهان بلافاصله از این طرح استقبال کرد و با نصب آنتن هایی در نقاط گوناگون و جهت گیری به سمت ماه توانست انعکاس امواج را در سایر نقاط دوردست کره زمین دریافت کند. این روش ارتباطی یعنی ارسال و دریافت امواج از راه انعکاس از سطح کره ی ماه که در اصطلاح Moon bouncing نامیده می شود، نخستین تجربه بشر در ارسال سیگنال های فرکانس بالا به نقاط دور دست می باشد.
این روش پس از مدتی به دلیل مشکلاتی که داشت، به کنار گذاشته شد که مهمترین دلایل توقف آن عبارت است از :
۱- ماه از کره زمین فاصله ی زیادی نزدیک به ۳۰۰ هزار کیلومتر دارد بنابراین امواج ارسالی از زمین باید دو بار این مسیر را طی کند (مسیر رفت و برگشت) و افزون بر این سطح ماه نیز درصدی از امواج را جذب می کند، به همین دلیل شدت امواج دریافتی بسیار ناچیز است و باید از فرستنده های پرتوان و نیز گیرنده های بسیار حساس با آنتن های مخصوص و پربهره استفاده کرد که چنین کاری در همه ی مکان ها و موقعیت ها امکان پذیر نیست.
۲- ماه یک جرم آسمانی است و به دلیل حرکت مداری خود همواره باید توسط سیستم های زمینی مجهز به آنتن های چرخان تعقیب شود.
۳- در برخی از ساعات شبانه روز ماه در آسمان محلی حضور ندارد بنابراین امکان مخابرات رادیویی از راه آن متوقف می شود.
۱-۳- نخستین ایده برای مخابرات ماهواره ای
آرتورسی کلارک کسی است که از او به عنوان پدر ماهواره های مخابراتی نام برده می شود، وی در سال ۱۹۱۷ میلادی در انگلستان به دنیا آمد. در سال ۱۹۳۶ عضو انجمن بین سیاره ای بریتانیا شد و اقدام به نوشتن داستان های علمی تخیلی کرد. چندین داستان معروف تخلیلی از جمله ادیسه فضایی از نوشته های او می باشد که بعدها باهمکاری فیلمساز سرشناس سینما استانلی کوبریک روی پرده ی سینماها به نمایش درآمد.
شهرت کلارک بی گمان در زمینه ی داستان های علمی و تخیلی بسیار بالاست، اما آن چه که باعث شهرت اصلی این نویسنده شده چاپ مقاله ای از او در یک نشریه تخصصی بی سیم به نام wireless world (دنیای بی سیم) در سال ۱۹۴۵ می باشد.
کلارک در این مقاله ی علمی توضیح می دهد که چگونه با قراردادن قمرهای مصنوعی در مدار زمین می توان امکان برقراری ارتباط رادیویی با تمام نقاط بر روی این کره را فراهم کرد. در این مقاله کلارک پیش بینی می کند با استفاده از تنها سه ماهواره در مدار زئوسنکرون زمین در بالای خط استوا می توان همه ی نواحی به غیر از قطب های شمال وجنوب را پوشش داد.
این ایده ی کلارک سال ها پیش از عملی شدن نخستین پرتاب ماهواره ای مطرح شد و به همین دلیل آرتورسی کلارک به عنوان پدر ماهواره های مخابراتی نامیده شد.
کلارک سالهای طولانی زندگی کرده است و از معدود دانشمندانی است که در زمان حیات خود توانسته است نتیجه ی علمی فرضیه خود را ببیند. امروزه انواع ماهواره های مخابراتی پیشرفته در حوزه های متنوع از جمله هواشناسی، نظامی، پخش دیجیتالی صدا و تصویر و … وجود دارد و آرتورسی کلارک در طول عمر خود به آرامی و در طول سال های طولانی از زمان پرتاب نخستین ماهواره تاکنون شاهد پیشرفت حیرت انگیز فن آوری ماهواره در تمام شئونات زندگی انسان بوده است.
۱-۴- پرتاب نخستین ماهواره
پس از پایان جنگ جهانی دوم و پیروزی متفقین برآلمان نازی، جنگ طولانی دیگری آغاز شد که اگرچه همانند جنگ های کلاسیک آتشبازی و حمله های مستقیم نظامی در آن خبری نبود، اما در طول نزدیک پنجاه سال و در پشت پرده، رقابت وستیز فراوانی بین دواردوگاه کمونیسم و سرمایه داری جاری بود که در اصطلاح جنگ سرد نامیدند. ابرقدرت ها و کشورهای هر دو اردوگاه کوشیدند تا در انواع مسائل از تکنولوژی تسلیحاتی گرفته تا دسترسی به فن آوری های فضا با یکدیگر رقابت کرده و بر رقیب پیشی بگیرند. این رقابت به تدریج به مسئله ای حیثیتی تبدیل شد و برای رقبا تحمل اینکه حریف در یک زمینه از دانش و تکنولوژی از آنان جلوتر باشد ناممکن شد.
در هر دو سنگر شرق و غرب بر روی انواع فن آوری ها و علوم گوناگون سرمایه گذاری زیادی انجام می گرفت. این موضوع باعث شد تا پول های زیادی به بسیاری از شاخه های دانش تزریق شده و دانشمندان از بودجه کافی برای پروژه های پژوهشی خود برخوردار شوند. از جمله فنونی که در آن زمان بر روی آن سرمایه گذاری هنگفتی صورت می گرفت، تکنولوژی موشک و فضا، لیزر، مخابرات و … بود. این سرمایه گذاری ها گرچه در ظاهر در راستای رقابت با دشمن و حفظ توانمندی های دفاعی و تهاجمی انجام می شد، اما در عمل به نفع دانش بشر تمام شد و باعث شد تا در سده ی بیستم پیشرفت دانش و علوم سرعت بسیار زیادی داشته باشد.
فرمت : ورد
تعداد صفحات: ۱۱۱صفحه
حجم: ۱ مگا بایت
