N_emax

Рис.11.2. Характер искривления

Траектории на разных участках атмосферы

Хотя угол δ_тр невелик и для тра­екторий с ∆ ≥ 5° оценивается значением не более 10', на космических линиях он может быть соизмерим с шириной диаграммы на­земной приемной антенны. Поэтому при из­менении условий рефракции в процессе изме­нения приземного значения коэффициента преломления могут наблюдаться колебания уровня сигнала на входе приемника. Мерой борьбы с этим явлением служит введение те­кущих поправок в ориентацию антенн, рас­считанных на основании измерений в районе расположения земной стан­ции. На регулярную рефракцию налагаются случайные флуктуации угла рефракции, связанные со случайными флуктуациями коэффициента пре­ломления. Однако обычно среднеквадратическое значение угла нерегу­лярной рефракции на порядок меньше среднеквадратического значения угла регулярной рефракции.

Флуктуации уровня сигнала. На трассах Земля-ИСЗ при углах возвышения более 5° прием сопровождается быстрыми неглубокими за­мираниями интерференционного происхождения. Точки приема, помимо прямой волны, достигает множество волн слабой интенсивности, рассеян­ных на локальных неоднородностях в тропосфере и ионосфере. На часто­тах, обычно используемых на космических линиях, в основном, проявля­ются тропосферные мерцания, характеризующиеся следующими законо­мерностями. Глубина флуктуации увеличивается с уменьшением угла воз­вышения траектории и при укорочении длины волны. Чем короче волна, тем шире спектр размеров рассеивающих неоднородностей. На более по­логих траекториях путь, проходимый волной в тропосфере, увеличивается и все большее число неоднородностей участвует в рассеянии. Амплитуда флуктуации несколько увеличивается с расширением диаграммы направ­ленности антенны. Измерения при углах ∆ ≥ 5° в диапазоне частот 4...6 ГГц на антеннах с диаметрами 20...40 м показали, что распределение мгновенных значений амплитуд подчиняется нормально-логарифмическому закону и стандартное отклонение не превышает 0,5...0,6 дБ. На очень пологих траекториях, когда спутник находится вбли­зи линии горизонта, наблюдаются глубокие замирания за счет интерфе­ренции соизмеримых по амплитудам прямой и отраженной от земли волн, так как при ∆→0° коэффициент отражения от земли стремится к единице при любом виде шероховатости земной поверхности и любой поляризации волны. При перемещении ИСЗ или связи геостационарного спутника с подвижным объектом, например кораблем, разность хода между интерфе­рирующими волнами меняется и амплитуда результирующего сигнала испытывает замирания, глубина которых может превышать 10...15 дБ. Это явление наряду с некоторыми другими приводит к необходимости работы с углами возвышения ∆ ≥ 5°.

Внешние шумы, влияющие на работу радиолиний. На работу кос­мических линий существенное влияние оказывают внешние шумы, в отли­чие от наземных систем, работающих в тех же частотных диапазонах, где условия приема лимитируются внутренними шумами аппаратуры. Объясняется это тем, что на космических линиях низкий уровень прини­маемого сигнала приводит к необходимости использовать земные прием­ники с параметрическими или молекулярными усилителями высокой час­тоты, часто охлаждаемые азотом или гелием. При этом внутренние шумы приемника в диапазоне 1...10 ГГц снижаются до 10...300 К и космические шумы, шумы атмосферы и Земли становятся соизмеримы, а в неблагопри­ятных случаях значительно превосходящими по уровню внутренние шумы приемника. Энергетика космических линий обычно рассчитывается с уче­том только протяженных источников внешних шумов. Излучение точеч­ных (дискретных) источников попадает на вход приемника в течение очень малого процента времени, определяемого моментами совпадения ориентировки диаграммы направленности антенны с направлением на точечный источник в процессе слежения за перемещающимся спутником.

Суммарный уровень шумов космического излучения и нагретой ат­мосферы имеет четко выраженное «окно», расположенное в диапазоне 1...10 ГГц. Нижняя граница «окна» лимитируется космическим излучени­ем, которое на частотах ниже 1 ГГц достигает яркостной температуры в сотни градусов, чем ограничивает диапазон применимых частот при рабо­те с малошумящими приемниками. Верхняя граница закрывается шумами атмосферы, которые на частотах больше 10 ГГц быстро возрастают и достигают максимальной температуры 200...300 К на частотах 20...25 ГГц. При оценке атмосферных шумов необходимо учитывать, что их уровень на входе приемника понижается по мере подъема диаграммы направлен­ности приемной антенны над линией горизонта. При увеличении угла ∆ уменьшаются длина пути, проходимая волной в атмосфере, и соответст­венно объем, в пределах которого заключены излучающие молекулы ат­мосферного газа, что и является причиной уменьшения шума на входе приемника. Уровень атмосферного шума резко возрастает при углах ∆<5...7°. При малых углах на входе приемника велики также шумы земли, в приеме которых в этом случае участвуют не только боковые, но и глав­ный лепесток диаграммы направленности антенны. Для уменьшения на входе приемника шумов атмосферы и земли рекомендуют работать при углах возвышения более 5...7°, что согласуется с требованиями минималь­ных флуктуации уровня полезного сигнала.

При средних метеорологических условиях, узкой диаграмме направленно­сти антенны, углах возвышения больше 5°, в диапазоне частот 4...6 ГГц суммарная шумовая температура от внешних источников оценивается зна­чением 30...50 К. Температура возрастает при наличии осадков. Для бор­тового приемника основным внешним источником помех, когда бортовая антенна ориентирована в направлении на Землю, является радиоизлучение нагретой поверхности Земли.

Запаздывание сигналов. Особенностью трасс Земля - ИСЗ - Земля является большое время распространения (запаздывания) сигналов между корреспондирующими пунктами, обусловленное большой протяженно­стью трасс. Определение времени запаздывания t₃ ведут без учета неодно­родности среды, принимая скорость распространения на всем пути равна скорости света с₀. По международным нормам ограничивается максимально допустимое время запаздывания, которое для телефонного канала от абонента не должно превышать примерно 400 мс. На спутниковых линиях связи максимально возможное запаздывание соответствует расположению, спутника на линии горизонта относительно обоих оконечных земных пунктов приема. Для геостационарной орбиты t_3mах = 300 мс и нормы на запаздывание могут быть выполнены при одной ретрансляции через спутник. Изменение времени запаздывания по мере перемещения ИСЗ относительно наземных пунктов вызывает трудности в системах, требующих высокой степени синхрониза­ции сигналов станций, работающих через один космический ретранслятор.

ЛЕКЦИЯ 12. ВЗАИМНЫЕ ПОМЕХИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ