6.2.3 Частотный диапазон спутниковой связи

Одним из основных требований к мобильной аппаратуре, размещенной в железнодорожном вагоне и обеспечивающей работу в движении, является требование к габаритам ее антенной системы, которые должны вписываться в габариты транспортного средства. Уменьшение геометрических размеров антенны при увеличении ее электрических размеров может быть достигнуто за счет работы в более высокочастотном частотном диапазоне. Однако при этом увеличиваются энергетические потери в атмосфере, что требует повышения ее коэффициента усиления, а, следовательно, и размеров.

Диапазоны частот 0,235 - 3 ГГц характеризуются практически полным отсутствием влияния невозмущенной атмосферы на распространение радиоволн. В случаях появления ионизированных образований в атмосфере потери при распространении радиоволн существенно возрастают.

Диапазон 4 - 9 ГГц также мало подвержен естественным возмущениям в атмосфере и наличие ионизированных образований незначительно влияет на распространение радиоволн.

Диапазон 10 - 18 ГГц подвержен влиянию атмосферных осадков. Для обеспечения надежной связи в условиях естественных климатических изменений атмосферы необходим энергетический запас в 6-12 дБ, но в случае искусственной запыленности атмосферы потери резко возрастают.

Диапазон 20 - 30 ГГц подвержен влиянию атмосферных осадков и требует энергетического запаса уже в 20 дБ. В случаях искусственной запыленности атмосферы этот и более высокочастотные диапазоны неработоспособны, поскольку потери в атмосфере растут экспоненциально росту частоты.

Более высокочастотный (миллиметровый) диапазон использовать пока нецелесообразно, поскольку окружающие предметы (контактная сеть, опоры и др.) будут оказывать существенное влияние на характеристики антенны. Это объясняется тем, что электрические размеры элементов контактной сети и опор могут быть не только соизмеримы с рабочей длиной волны, но и значительно превосходить ее.

Учитывая изложенное выше можно сделать вывод, что рабочая частота ССС не должна превышать 9ГГц. При этом электрические размеры антенны при фиксированном значении коэффициента усиления уменьшаются с ростом частоты. Так, антенна с коэффициентом усиления 35 дБ на частоте 0,7 ГГц должна иметь диаметр 9 м, на частоте 4 ГГц всего 1,7 м, а на частоте 8 ГГц уже 0,85 м.

Представляется целесообразным использовать группировку спутников, расположенных на высокоэллиптической орбите типа «Молния», а с учетом минимума потерь при распространении радиоволн и минимальных геометрических размеров антенны предпочтительным является диапазон 7 - 8 ГГц.

6.2.4 Классификация спутниковых систем связи

Системы управления и контроля различаются методами определения координат объектов, способами обмена информациеймежду диспетчерским центром и объектами контроля, логикой построения и т.д.

Однако наиболее удобно классифицировать такие системы по зоне предполагаемой работы и оперативности получаемой информации:

• системы глобального покрытия, работающие в реальном масштабе времени (L-дальние системы);

• системы локального покрытия, работающие в реальном масштабе времени (L- ближние системы);

• системы получения информации в режиме пост-обработки (L- черный ящик).

Спутниковые системы связи, как известно, подразделяются на две принципиально различные системы на базе геостационарныхспутников (Inmarsatи Eutelsat) и низкоорбитальных спутников(Iridium, Globalstar, Orbcomm). Установлено, что низкоорбитальныесистемы имеют большие перспективы, но в полной мере они начнут эксплуатироваться, очевидно, через несколько лет.

В мировой практике наиболее широкое применение находят системы, построенные с использованием связи стандарта Inmarsat-C с передачей цифровых сообщений определенной длины. Следует отметить, что эти системы позволяют осуществлять обмен информацией между ДЦ и объектом на всей территории земного шара, за исключением Приполярных областей, со временем доставки сообщения адресату не более 3-7 минут.

1 Системы глобального покрытия (L- дальние системы) используются для контроля международных и междугородных перевозок, когда расстояние между ДЦ и объектами составляет десятки тысяч километров. Для таких систем наилучшим решением в качестве среды связи являются спутниковые каналы и сотовая телефония. Однако применение сотового канала связи не всегда возможно из-за ограниченной зоны покрытия.

Объектный комплект контроля состоит из спутниковой станции, совмещенной спутниковой и навигационной антенн, бортового компьютера и набора различных датчиков. Бортовой компьютер обеспечивает передачу информации о местоположении транспортного средства через заданный промежуток времени либо по запросу с ДЦ. Кроме этого, на ДЦ может передаваться информация о состоянии всех датчиков транспортного средства. Персонал мобильного объекта и диспетчер могут обмениваться между собой текстовыми сообщениями произвольной формы, что практически полностью заменяет голосовую связь, которая является достаточно дорогой услугой на большие расстояния. Информация в ДЦ отображается на электронной карте той местности, по которой проходит маршрут движения транспортных средств. Вся поступающая и исходящая информация архивируется и в любой момент может быть представлена для анализа как в графическом, так и в табличном виде.

2 Системы локального покрытия (L-ближние системы) предназначены для контроля и управления парком транспортных средств в городских условиях и сложных технологических комплексах. На незначительных расстояниях применение спутниковой связи экономически нецелесообразно и поэтому в системах такого типа используются следующие виды радиосвязи: выделенный УКВ канал, транкинговые сети и сотовая телефония.

Преимущество L-ближних систем - это оперативность доставки информации, а также поддержка голосовой связи или формализованных текстовых сообщений. Скорость обмена информацией между ДЦ и объектами контроля может достигать 10 объектов/с с приоритетной передачей тревожных сообщений, а также специальных данных о состоянии дискретных и аналоговых датчиков.

Бортовой транспортный комплект ближней системы состоит из бортового контроллера со встроенным или отдельным навигационным приемником, бортовой радиостанции или сотового телефона, навигационной антенны и комплекта датчиков. Функции управления бортовым комплектом возлагаются на контроллер, который обрабатывает информацию, поступающую от всех источников информации, и передает сформированный пакет в диспетчерский центр.

В обычных системах точность определения местоположения составляет менее 60 м, но в случае использования дифференциального режима точность определения местоположения транспортного средства составляет несколько метров. На ДЦ принятая информация помещается в базу данных и отображается на электронной карте города или той местности, где проходят маршруты. При необходимости может автоматически осуществляться архивирование поступающих сведений и их анализ.

3 Системы с получением информации в режиме пост-обработки используются для контроля перевозок, не требующих оперативного вмешательства в движение транспортного средства с неограниченной зоной движения. На транспортном средстве устанавливается бортовой комплект, включающий в свой состав GPS-прибор. С его помощью осуществляется определение текущих координат места нахождения, скорости, курса и получение информации от датчиков объекта.

Сведения, полученные с помощью этой системы, могут использоваться для определения отклонений от графика, режимов и маршрутов движения.

Использование ССН в современных системах ИРДП экономически целесообразно, так как направлено на развитие АСУ с оптимизационными упреждающими решениями и на минимизацию дорогостоящего напольного оборудования, что соответствует требованиям Европейской системы управления обеспечения безопасности ETCS.