748

110

диаметром зеркала 10÷13 м и приемники с температурой шума 100 К.

∙Воздушная подвижная спутниковая служба − подвижная спутниковая служба, в

которой подвижные ЗС устанавливаются на борту воздушного судна; станции спасательных средств и станции аварийных радиомаяков − указателей места бедствия − также могут участвовать в этой службе.

Радиовещательная спутниковая служба − служба радиосвязи, в которой сигналы,

передаваемые или ретранслируемые космическими станциями, предназначены для непосредственного приема населением. Радиовещательной службе выделены полосы

620÷790, 2500÷2690 МГц, а также в областях 11÷12,7; 22,5÷23; 40,5÷42,5 и 84÷86 ГГц.

В радиовещательной спутниковой службе термин "непосредственный прием"

включает как индивидуальный, так и коллективный прием. Фактически это служба спутникового телевизионного вещания. Служба звукового спутникового вещания не имеет статуса в Регламенте радиосвязи, и полосы частот ей не распределены. Предусмотрена возможность организации в одном телевизионном канале нескольких каналов звукового вещания высокого качества.

Диаметр антенны ЗС равен 5 м, температура шума приемной системы космической станции 1800 К. Для полосы 14,5÷14,8 ГГц диаметр антенны ЗС − 6 м, температура шума приемной системы космической станции 1500 К. Минимальная ширина диаграммы направленности приемной антенны космической станции 0,6°, отклонение луча от номинальной позиции не более 0,2°; поворот не более ±1°. Защитное отношение в совпадающем канале 40 дБ, в соседнем − 21 дБ.

Спутниковая служба радиоопределения − служба радиосвязи для целей радиоопределения, использующая одну или несколько космических станций.

Число действующих систем в спутниковой радионавигационной службе невелико, они используют полосы частот ниже 40 ГГц и негеостационарные спутники.

∙Радионавигационная спутниковая служба − спутниковая служба радиоопределения,

используемая для целей радионавигации. Эта служба может включать также фидерные линии, необходимые для ее работы.

Спутниковая служба исследования Земли − служба радиосвязи между ЗС и одной

или несколькими космическими станциями, и в которой:

∙информация, касающаяся характеристик Земли и ее природных явлений, получается с помощью активных или пассивных датчиков, устанавливаемых на спутниках Земли;

∙аналогичная информация собирается с платформ, находящихся на Земле или в воздухе;

∙такая информация может быть распределена ЗС в пределах соответствующей системы;

111

∙может осуществляться запрос платформ.

Спутники исследования Земли работают главным образом на круговых солнечно-

синхронных орбитах и почти полярных орбитах на высотах между 500 и 1000 км. Такие орбиты обеспечивают систематически повторяющийся обзор Земли. На спутниках устанавливают активные и пассивные датчики. Активные датчики (радиолокаторы)

применяют для определения шероховатости больших поверхностей, в качестве высотомеров,

для формирования радиолокационных изображений местности. С их помощью определяют высоту волн в океане, толщину льда или снежного покрова, влажность почвы и т. д. Для активных датчиков много полос частот распределено на вторичной основе.

Пассивные датчики измеряют электромагнитную энергию, излучаемую Землей и ее атмосферой. Они представляют собой радиометры − приемники с малым уровнем собственных шумов. Мощность излучения, измеряемая датчиком, отмечается как приращение температуры шума антенны, она зависит от структуры поверхности Земли,

физической температуры, влажности и других физических характеристик. В зависимости от измеряемых характеристик выбирают ту или иную полосу частот, в которой излучение наиболее интенсивно. Например, влажность почвы измеряют на частотах около 1400 МГц,

температуру океана – на частотах около 6 ГГц, содержание озона в атмосфере – на частоте

110,8 ГГц.

В этой службе кроме низколетящих спутников используются и геостационарные спутники для четырех функций: сбор данных с платформ, находящихся на Земле; измерения с помощью пассивных датчиков; считывание данных с датчиков на геостационарных спутниках; ретрансляция данных с низколетящих спутников на Землю.

Метеорологическая спутниковая служба − спутниковая служба исследования Земли для нужд метеорологии. Ее можно считать составной частью спутниковой службы исследования Земли.

Служба использует несколько геостационарных спутников на международной основе,

расположенных на позициях, обеспечивающих оптимальный обзор для метеорологических служб администраций, участвующих в этой системе. Имеются также и низколетящие спутники. На спутниках установлены пассивные датчики для измерения температуры поверхности, вертикального зондирования атмосферы, фотографирования и формирования телевизионных изображений в видимом и инфракрасном спектрах. Полученные пассивными датчиками данные передаются на земные станции в полосах частот, распределенных этой службе для линий в направлении космос-Земля. В полосах частот для линий в направлении Земля-космос передаются команды управления.

Спутниковая служба стандартных частот и сигналов времени − служба радиосвязи,

112

использующая космические станции, установленные на спутниках Земли, для тех же целей,

что и служба стандартных частот и сигналов времени. Эта служба может включать также фидерные линии, необходимые для ее работы.

Служба космической эксплуатации − служба радиосвязи, предназначенная исключительно для эксплуатации космических кораблей, в частности, для космического слежения, космической телеметрии, космического телеуправления, а также определения параметров орбиты. Эти функции обычно обеспечиваются в рамках службы, в которой работает космическая станция.

Служба космических исследований − служба радиосвязи, в которой космические корабли или другие космические объекты используются для научных или технических исследований.

В этой службе геостационарные спутники используются как спутники-ретрансляторы для передачи данных с космического корабля или спутника на земную станцию. Службе космических исследований распределено несколько полос частот на первичной основе, в

том числе отдельные полосы, предназначенные для связи с космическими кораблями в дальнем космосе. Для пассивных датчиков службы космических исследований распределены те же полосы, что и для спутниковой службы исследования Земли.

Любительская спутниковая служба − служба радиосвязи, использующая космические станции, установленные на спутниках Земли, для тех же целей, что и любительская служба.

Эта служба использует спутники на различных орбитах, геостационарные спутники не применяются. Служба выполняет образовательную и научно-познавательную роль, имеет экспериментальный характер, быстро изменяющуюся структуру. Службой пользуются клубы радиолюбителей и отдельные радиолюбители многих стран. Полосы частот 7,0÷7,1; 14,0÷14,25; 18,068÷18,168; 21,0÷21,45; 24,89÷24,99; 28,0÷29,7; 144÷146 МГц, а также полосы

в районе 24 и 47 ГГц.

Радиоастрономическая служба − используется для нужд радиоастрономии.

Радиоастрономия − пассивная служба, осуществляемая с поверхности Земли или со спутников, которые могут быть и геостационарными. Служба принимает электромагнитные колебания, генерируемые внеземными источниками. Это тепловое излучение горячего ионизированного газа или твердого тела, нетепловое излучение, например излучение релятивистских электронов в магнитном поле, излучение плазмы, излучение пульсаров,

излучение спектральных линий, линий рекомбинации, когда атомы водорода, гелия,

углерода и другие получают или теряют энергию.

113

В тех полосах частот, которые распределены службе радиоастрономии совместно с другими активными службами, в Примечаниях к Таблице частот записано, что администрации при присвоении частот станциям должны принимать все практически возможные меры для защиты службы радиоастрономии от вредных помех.

Во многих космических радиослужбах применяются так называемые "фидерные линии", которые относятся либо к данной космической радиослужбе, либо к фиксированной спутниковой службе

Фидерная линия − радиолиния от ЗС в определенном фиксированном пункте до космической станции и обратно, передающая информацию в космической службе радиосвязи, отличной от фиксированной спутниковой службы.

4.1.3. Глобальные космические системы радиосвязи

Виды спутниковых орбит. Основные виды спутниковых орбит делятся на геостационарные и негеостационарные. Последние подразделяются на эллиптические,

средневысотные и низкие. Параметры этих орбит, за исключением сильно эллиптических,

представлены в табл. 4.1.1. В таблице для наглядности представлен вид орбит (в примерном масштабе). Эллиптические орбиты используются для спутников типа "Молния",

обеспечивающих радиовещание в субполярных районах, а также в службах исследования Земли и космических исследований.

Таблица 4.1.1. Параметры орбит спутников связи

Пользователь геостационарной спутниковой системы связи, находящийся на Земле в зоне пятна антенны может иметь непрерывную круглосуточную радиосвязь с другим абонентом, находящимся в той же зоне. Имея на геостационарной орбите три спутника,

114

которые охвачены между собой линиями связи, можно обеспечить радиосвязью практически всю территорию Земли, за исключением регионов, расположенными по широте более чем

70°. Однако, такие линии связи требуют увеличения мощности передающих устройств,

учитывая большие протяженности радиотрассы (более 36000 км). Кроме того, требуется

высокоточное наведение земной и спутниковой антенн.

При средневысоких орбитах для осуществления непрерывной круглосуточной связи в систему должно входить 8÷12 спутников. Спутники могут находиться на различных

орбитальных плоскостях.

Достоинством низкоорбитальной глобальной системы связи является значительное снижение мощности передатчика (до нескольких ватт) за счет малой протяженности радиотрассы. Но при этом требуется значительное увеличение числа спутников связи (см.

табл. 4.1.1). В этой системе спутники также могут находиться на орбитах с различным

наклоном к плоскости экватора.

Во всех рассмотренных глобальных системах связи должна быть также решена проблема организации связи между спутниками. Такая ретрансляция информации может осуществляться с помощью межспутниковой линии связи (см. рис. 4.1.2), либо через

специальные земные узловые станции сопряжения.

Таблица 4.1.2. Характеристики глобальных систем связи

Примеры космических систем связи. К 2001 г. на нашей планете уже действовало

около 50 космических систем связи. В табл. 4.1.2 представлены краткие характеристики

115

некоторых из них.

Система EUTELNRACS (рис. 4.1.3, а) включает космический сегмент со связным и навигационными спутниками и наземный сегмент: центральную станцию, диспетчерские пункты связи и n×105 мобильных абонентов. Такая система осуществляет двусторонний обмен текстовой информацией водителя с диспетчером и отслеживает местоположение автомобиля по всему маршруту. Весь информационный поток в сети связи замыкается на центральную станцию. Кроме того, в сети имеется несколько диспетчерских пунктов,

устанавливающих непосредственную связь с абонентом.

Рис. 4.1.3. Примерные схемы построения космических систем связи: а − EUTELNRACS; б − GLOBALSTAR; в – многостанционный доступ с пространственным разнесением стволов

В системе GLOBALSTAR (рис. 4.1.3, б) радиополе, создаваемое спутниками,

охватывает всю планету. Абонент системы, находясь в любой точке Земли, может за считанные секунды связаться с любым другим абонентом, расположенным в произвольной точке. Данная система составляет конкуренцию действующим системам сотовой связи,

которые в настоящее время охватывают только 3% земной территории. В системе отсутствует прямая связь со спутниками, а передача информации от одного спутника к другому осуществляется через земные узловые станции. На каждом спутнике установлен ретранслятор, обеспечивающий многостанционный доступ с разнесением по частоте, и

многолучевая антенна, создающая на Земле 16 одновременно перемещающихся сот диаметром 1600 км с временем радиовидимости в одном луче 2 мин (рис. 4.1.3, в). Через этот интервал связь с абонентом передается из одной соты в другую.

4.2.Проблемы ЭМС спутниковых систем связи с наземными системами

икосмических служб между собой

4.2.1. ЭМС наземных и космических радиослужб

Как правило, космические радиослужбы используют две полосы частот: одну для линии Земля-космос – fз-с, вторую для линии космос-Земля – fс-з. Совместно с космическими радиослужбами обычно эти полосы частот используют наземные радиослужбы. Поэтому в самом общем случае ЭМО для космических и наземных радиослужб характеризуется

116

четырьмя возможными путями возникновения взаимных помех:

∙передающие станции наземной службы создают помехи приемникам ЗС космической службы в полосе частот космос-Земля (fс-з);

∙передатчики космических станций космической службы создают помехи приемным станциям наземной службы в полосе частот космос-Земля (fс-з);

∙передающие станции наземной службы создают помехи приемникам космических станций космической службы в полосе частот Земля-космос (fз-с);

∙передатчики земных станций космической службы создают помехи приемным станциям наземной службы в полосе частот Земля-космос (fз-с).

Типичный пример этого общего случая для систем фиксированной (радиорелейная линия связи) и фиксированной спутниковой служб, работающих в общих полосах частот,

показан на рис. 4.2.1. Системы фиксированной службы в отличие от систем ФСС используют одну полосу частот, для двух направлений связи, так что в одной половине полосы работают передатчики, а в другой − приемники, чередуясь от станции к станции.

Рис. 4.2.1. Пути возникновения взаимных помех между системами ФС и ФСС. Сплошной линией отмечены пути прохождения основных сигналов, пунктиром − помеховых сигналов

Поскольку системы ФСС используют для двух направлений связи космос-Земля и Земля-космос разные полосы частот, возможны пути возникновения взаимных помех,

указанные рис. 4.2.1. При этом система ФСС может испытывать помехи на линиях Земля-

космос и космос-Земля от двух радиорелейных систем, работающих в этих полосах частот,

тогда как каждая радиорелейная система может испытывать помехи только от космической или только от земной станции ФСС.

Такие же четыре пути возникновения помех могут существовать при работе в общих полосах частот ФСС и наземной подвижной службы, подвижной спутниковой службы и наземных фиксированной и подвижной служб.

Полосы частот, которые распределены радиовещательной спутниковой службе,

совпадают с полосами частот наземных радиовещательной, фиксированной и подвижной

117

служб. Между системами наземного и спутникового радиовещания возможны два пути возникновения помех (рис. 4.2.2). Помехи от сигналов, излучаемых космической станцией,

могут поступать к приемникам наземной сети телевизионного вещания, принимающим сигналы местной телевизионной передающей станции. Помехи от сигналов, излучаемых местной телевизионной передающей станцией могут поступать к земным приемным установкам сети спутникового телевизионного вещания.

Рис. 4.2.2. Пути возникновения взаимных помех между системами радиовещательной спутниковой службы и наземными радиовещательной и фиксированными службами

Между системами спутникового телевизионного вещания и наземными радиорелейными линиями связи так же возможны два пути возникновения взаимных помех.

Помехи от сигналов космической станции поступают на приемники радиорелейных станций,

а передатчики радиорелейных станций создают помехи земным приемным установкам сети спутникового радиовещания.

Фидерные линии для радиовещательной спутниковой службы используют полосы частот, распределенные ФСС совместно с наземными фиксированной и подвижной службами. Здесь также возможны два пути возникновения взаимных помех. Помехи от сигналов передающих ЗС фидерных линий поступают на приемники наземных радиорелейных линий, а помехи от передатчиков наземных радиорелейных систем − приемникам космических станций радиовещательной спутниковой службы. Все пути распространения вышеперечисленных помех на рис. 4.2.2 показаны пунктирными линиями.

4.2.2. ЭМС спутниковых систем связи

При работе в общих полосах частот нескольких космических радиослужб,

118

использующих геостационарные спутники также существуют четыре пути возникновения взаимных помех. На рис. 4.2.3 показаны два геостационарных спутника КС А и КС В,

связанные с соответствующими земными станциями ЗС А и ЗС В, входящими в сети систем

А и В. Система А может создавать помехи системе В следующими путями. Сигналы,

излучаемые антенной спутника А на частотах направления космос-Земля, могут поступать на приемник ЗС В и создавать помехи полезным сигна-

лам, принимаемым этой станцией от своего спутника КС В. Сигналы, излучаемые антенной ЗС А на частотах направления Земля-космос, могут приниматься прием-

ником КС В и создавать помехи полезным сигналам,

принимаемым этой станцией от своей ЗС В.

Радиопередатчики системы В могут создавать помехи системе А совершенно аналогичными двумя путями.

В конце 70-х годов 20 века Регламентом связи

введены ограничения на плотности потока мощности,

Рис. 4.2.3. Пути возникновения

создаваемой на поверхности Земли излучениями КС

взаимных помех между сетями

радиовещательной спутниковой службы, для полос

космической службы

частот 620÷790 МГц, 2500÷2690 МГц и 11,7÷12,75 ГГц. Эти ограничения вводятся для защиты наземного телевизионного вещания. Величины предельных значений зависят от

углов прихода излучения на поверхность Земли.

4.2.3. Справочные диаграммы направленности антенн спутниковых систем связи

Для большинства спутниковых служб ЭМС обеспечивается путем межсистемной координации с последующей регистрацией в МКРЧ. Для определения необходимости координации используется метод, изложенный в Приложении 29 к Регламенту радиосвязи и в Отчете МККР 454-3. Этот метод основан на представлении, что по мере возрастания мешающего излучения увеличивается шумовая температура системы, испытывающей помеху.

Для оценки величины создаваемых помех необходимо знать значения коэффициента усиления (КУ) антенны по разным направлениям (см. подраздел 2.2). КУ бортовых антенн космических станций определяются из соответствующих заявочных характеристик,

представляемых администрациями радиослужб в МКРЧ.

КУ антенн ЗС могут определяться либо по реальным измеренным характеристикам,

119

либо на базе соответствующих Рекомендаций МККР. В тех случаях, когда такая информация отсутствует, в Регламенте радиосвязи рекомендуется пользоваться следующими справочными значениями диаграмм направленности:

а) D/l ³ 100 (максимальное усиление ³ 48 дБ):

Здесь D – диаметр антенны; l – длина волны; G1 = 2 + 15 lg D/l – усиление в первом боковом лепестке; угол j определяется из соотношений jm = (20 l/D) Gmax - G1 ; jr = 15,85 (D/l)−0,6;

б) D/l < 100 (максимальное усиление < 48 дБ):

Реальные характеристики современных антенн особенно в отдельных направлениях могут быть существенно лучше справочных. Согласно Рекомендации 465-2 МККР при координации систем ФСС и расчете помех на частотах от 2 до 30 ГГц усиление антенн, дБ,

для ЗС в зависимости от угла между максимумом усиления и рассматриваемым

направлением следует рассчитывать по формулам:

Согласно Рекомендации 580-1 МККР антенны новых ЗС должны обеспечивать следующие зависимости усиления от угла j для 90% пиков боковых лепестков диаграммы направленности.

При D/l > 150 для антенн, устанавливаемых после 1988 г.