自建學生衛星地面站開發及測試 (一)

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姓名

王唯訓(Wei-shiung Wang) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

自建學生衛星地面站開發及測試 (一)
(Development of a TT&C Ground Station for Student Satellites)

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摘要(中)

本研究自主建立了學生衛星地面無線通訊遙傳與追蹤與控制站(TT&C)，並且成功接收到衛星摩斯碼。整個地面站包含了三個主要的次系統：追蹤次系統、發射次系統、接收次系統。在架設完成後也做了整體性能的測試，驗證地面站整體實際能力。
在追蹤次系統上使用了伺服馬達提升了追蹤速度及精準度，在發射與接收次系統上完成了三個頻帶：UHF、VHF、S-band的架設，在系統操作上則完成了人機介面的軟體整合，提高操作順暢性。在整個架設過程中留下了完整的規劃與紀錄，提供未來地面站架設參考。
本論文對於進行地面站架設與研究所需了解的相關知識做了初步的介紹，對於地面站架設的具體實現有完整的規劃，針對建立完成的地面站也進行了性能的校正與測試的實驗，相信這些經驗可以做為未來進一步研究的基礎。

摘要(英)

In this research we constructed a student satellite Telemetry, Tracking and Command (TT&C) ground station, and we have successfully tracked and received signals from a Morse code transmitting satellite. The ground station consists of three main sub-system: tracking sub-system, radio signal transmitting sub-system, radio signal receiving sub-system. We conducted calibration tests to verify the system functionality and performance specifications.
In the tracking sub-system, we used servo motor to achieve the tracking speed and accuracy requirements. A three-band: UHF, VHF, S-band radio transmission and reception subsystem was constructed. The subsystems are integrated by software for appropriate user interface for operation as well as testing and calibration. This experiences and know-how learned in the process of construction are documented as a reference for further ground station development in the future.

關鍵字(中)

★ S-band
★ VHF
★ UHF
★ 摩斯碼
★ 學生衛星地面站

關鍵字(英)

★ S-band
★ Student Satellite Ground Station
★ VHF
★ UHF
★ Morse Code

論文目次

中文摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究構想 5
1.4 論文章節 6
第二章理論基礎 7
2.1 無線電通訊原理 7
2.1.1 無線電傳輸頻率 7
2.1.2 無線電傳輸能量與增益(decibel) 10
2.2 無線電數學模型 (Mathematic Analysis Model) 11
2.2.1 等效均向性發射能量模型(Equivalent isotropically radiated power EIRP) 11
2.2.2 路徑減損估算模型 (Path loss) 12
2.2.3 駐波比(Standing wave ratio SWR) 14
2.2.4 訊雜比 (S/N ratio SNR)及雜訊指數(noise figure NF) 15
2.3 衛星軌道參數Orbital elements 16
2.4 衛星通訊調變模式 18
第三章系統架構與實現流程 21
3.1 系統組成與規格 21
3.2 功能方塊圖及狀態機圖 27
3.2.1 系統總功能方塊 27
3.2.2 追蹤次系統功能方塊 28
3.2.3 發射次系統功能方塊 29
3.2.4 發射次系統狀態機 30
3.2.5 接收次系統功能方塊 31
3.2.6 接收次系統狀態機 32
3.2.7 訊號放大狀態機 33
3.3 架設步驟規劃與實現 33
3.4 人機介面規劃與實現 59
第四章分項性能量測實驗 69
4.1 低雜訊放大器性能測試 69
4.2 同軸纜線衰減量測 72
4.3 天線系統SWR量測 74
第五章追蹤及接收能力量測及驗證 78
5.1 天線場型量測 78
5.2 天線追蹤能力驗證 80
5.3 實際追蹤衛星實驗 84
第六章結論與未來展望 91
參考文獻 92

參考文獻

[1] Kaupo Voormansik(2009), “Satellite Signal Strength Measurements with the International Space University Ground Station and the University of Tartu Ground Station,” International Space University Master’s Thesis, Tartu
[2] UAVER 碳基科技股份有限公司網址：http://www.uaver.com/ct/home.php
[3] NSPO 國家太空中心網址：http://www.nspo.org.tw/tw/
[4] Daniel G. Kuester, Pradeep Narayan P Radhakrishna(2008), “A 2.4 GHz High Speed Communications System for Cubesat Applications,” Colorado Space Grant Consortium University of Colorado at Boulder
[5] James W. Cutler, Christopher A. Kim (2005), “A Satellite Ground Station Control System,” Space Systems Development Laboratory Durand Building, Room 250 Stanford University, Stanford, CA
[6] Dylan Ichikawa, “CUBESAT-TO-GROUND COMMUNICATION AND MOBILE MODULAR GROUNDSTATION DEVELOPMENT,” Department of Electrical Engineering University of Hawaii at Manoa Honolulu, HI 96822
[7] 陳奕志（民98）, 學生衛星地面站接收及發送次系統, 國立中央大學光機電工程研究所碩士論文，未出版，台灣桃園
[8] 涂文化微波電路課程講義 Chapter 2 Transmission Line Theory
[9] 維基百科網址：
http://en.wikipedia.org/wiki/Equivalent_isotropically_radiated_power#cite_note-0
[10] Friis Transmission Formula 網址：http://www.antenna-theory.com/basics/friis.php
[11] 維基百科網址：http://en.wikipedia.org/wiki/Path_loss
[12] 維基百科網址：http://en.wikipedia.org/wiki/Signal-to-noise_ratio#cite_note-1
[13] 維基百科網址：http://en.wikipedia.org/wiki/Noise_figure
[14] 維基百科網址：http://en.wikipedia.org/wiki/Two-line_element_set
[15] NORAD Two-Line Element Set Format 網址：
http://celestrak.com/NORAD/documentation/tle-fmt.asp
[16] 維基百科網址：http://en.wikipedia.org/wiki/Morse_code
[17] 維基百科網址：http://en.wikipedia.org/wiki/FM
[18] 戚禎庭（民99）, 探空八號回收艙半雙工無線電系統, 國立中央大學光機電工程研究所碩士論文，未出版，台灣桃園
[19] AMSAT 網址：http://www.amsat.org/amsat-new/satellites/satInfo.php?satID=116

指導教授

葉則亮、江士標
(Tse-Liang Yeh、Shyh-Biau Jiang)

審核日期

2011-6-30

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