8. Зоны взаимодействия земных станций и космических ретрансляторов. Пространственные характеристики зс (слайд и формулы).

9. Зоны взаимодействия земных станций и космических ретрансляторов. Поверхностные характеристики зс (слайд и формулы).

При организации спутниковой связи необходимо оценивать геометрические характеристики взаимного положения земных станций и ретрансляторов. В связи с этим вводятся понятия областей (части пространства) и зон (части земной поверхности), в частности области радиообзора ЗС, области взаимной радиовидимости земных станций, зоны радиовидимости КА, зоны покрытия КА, зоны обслуживания спутника и др.

Областью радиообзора земной станции называется часть пространства, в которой обеспечивается прямая видимость между ЗС и спутником при угле возвышения антенны () не менее заданного минимального угла  (Слайд 7). Эта область определяется как конус с вершиной в точке A (точке размещения ЗС) с образующей, наклоненной к плоскости горизонта под углом возвышения . Угол возвышения - это минимальный угол, при котором на прямую радиовидимость не оказывают влияния излучаемые земной поверхностью шумы, а также крупногабаритные местные предметы, здания, холмы и т.п. При расчётах обычно полагают  = 7.

Зоны взаимодействия ЗС и КА-ретраслятора

Область взаимной радиовидимости земных станций через КА–ретранслятор представляет собой часть пространства, являющегося пересечением областей радиообзора данных ЗС. На Слайде 7 для ЗС, расположенных в точках A и B, она представляет заштрихованную часть пространства.

Очевидно, что при заданном  высота H_c точки C над поверхностью Земли является минимальной высотой спутника, при которой возможно установление связи между ЗС с расстоянием между ними, равным D.

Определим минимальное значение высоты орбиты ИСЗ H_cmin при заданной расстоянии между ЗС, равное D, и максимальную дальность связи d_max при заданной высоте орбиты КА , равной H_с.

При расчетах воспользуемся теоремой синусов:

.

Рассмотрим треугольник АОС. В соответствии с теоремой синусов

 .

Поскольку , , имеем:

( ) =  = .

Отсюда .

В окружности длина дуги связана с соответствующим этой дуге центральным углом и радиусом окружности следующим образом: 2 = D/R_З.

Тогда .

Задача определения D_max является обратной предыдущей, поэтому из того же треугольника AOC по той же теореме синусов можем определить:

.

Область радиообзора ЗС и область взаимной радиовидимости ЗС определяют возможности земных станций по связи с КА. Возможности КА по обслуживанию земных станций определяются зоной радиовидимости КА, зоной покрытия КА, зоной обслуживания спутника.

Зона радиовидимости спутника – часть поверхности Земли, с которой данный КА виден под углом возвышения антенны, превышающим минимальный угол  в определённый момент времени. Иными словами, это часть территории, на которой любая ЗС с углом возвышения  будет доступна для КА с высотой Н min. В идеале эта зона представляет собой круг с диаметром, равным длине дуги Dmax, при условии, что подспутниковая точка есть центр этого круга. Размеры этой зоны численно характеризуется длиной дуги D, проведённой через подспутниковую точку, или угловым размером 2.

При оценке возможности связи КА с ЗС учитывается не только высота КА, расположение ЗС и углы возвышения, но и ширина диаграммы направленности передатчика ретранслятора. Для этого введено понятие зоны покрытия.

Зона покрытия – часть зоны радиовидимости КА, в пределах которой обеспечивается значение плотности потока мощности передатчика КА, достаточное для качественного приёма сигнала от КА в отсутствие помех.

При круговой диаграмме направленности (ДНА) КА шириной _А, ось которой направлена в подспутниковую точку, зона покрытия ограничена окружностью диаметром D' (Слайд 7), центр которой совпадает с подспутниковой точкой. Ширина зоны покрытия D' и её угловые размеры 2' определяются из треугольника A'OC, при условии, что угол A'OC = _А/2:

.

Аналогично можно решить и обратную задачу, т.е. определить необходимую ширину ДНА луча бортовой антенны для покрытия территории заданного размера D' или ' = D/2R_З:

.

Следует отметить, что при отличии ДНА от круговой либо смещённой в сторону от подспутниковой точки, контуры зоны покрытия будут существенно отличаться от окружности.

Зона обслуживания – часть земной поверхности, на которой обеспечиваются необходимые условия электромагнитной совместимости (ЭМС) земных станций и достигается требуемое значение плотности потока полезной мощности. Другими словами, это зона, в которой расположены или могут быть расположены ЗС данной сети, для которых обеспечиваются нормальные условия работы в течение заданного интервала времени.

С точки зрения размеров зон обслуживания они совпадают с размерами зон покрытия при условии обеспечения ЭМС.

Для проведения энергетических расчетов в радиолиниях и определения задержек сигналов вводится понятие максимальной наклонной дальности.

Максимальная наклонная дальность r_Н max между КА и ЗС – это расстояние между КА и ЗС, находящейся на границе зоны радиовидимости.

, где .

Для оценки максимального значения ширины диаграммы направленности антенны вводится понятие угла радиообзора спутника  при заданных H_c и .

Угол радиообзора спутника  (при заданных H_c и ) - угол с вершиной в точке КА между направлениями на максимально удаленные друг от друга ЗС.

 =  – 2arccos , где .

Угол обзора служит ограничением при выборе ширины ДНА КА-ретранслятора. Очевидно, что _{А } , то есть, нет смысла выбирать ширину ДНА больше угла радиообзора КА.