Выбор метод модуляции и поляризации.

Эффективность использования орбиты и спектра в большой степени зависит от вида и параметров модуляции. В настоящее время в ССС чаще всего применяется частотная модуляция. С увеличением индекса ЧМ увеличивается полоса частот, занятая каждым сигналом при неизменном числе передаваемых каналов, и следовательно, падает пропускная способность ИСЗ в некоторой занятой им полосе частот. Но при этом растет помехоустойчивость приема сигналов в данной СС; кроме того, падает спектральная плотность излучаемого сигнала, вследствие чего уменьшается помеха другим ССС..

Итак, основываясь на такое преимущество ЧМ, как повышенная помехоустойчивость по отношению к тепловым шумам и радиопомехам за счет занятия более широкой полосы частот и следовательно меньшие требования к линейности передачи сигналов, будем использовать в разрабатываемой нами системе именно ЧМ.

В системе используется одна антенна на прием и передачу, для разделения сигналов приема и передачи используется ортогональная поляризация. В данной работе применяется круговая: на передачу – левая, на прием – правая. Круговая поляризация выбирается исходя из того, что на частотах ниже 10 ГГц поляризационные потери малы как по абсолютному уровню, так и по сравнению с потерями при круговой поляризации. Разделение сигналов производиться при помощи поляризационного волноводного фильтра, который обеспечивает защиту цепей приемника от сигнала передатчика, в тоже время обеспечивая малое затухание сигнала на частоте приема.

Энергетический расчет ссс

Исходя из того, что спутниковая система предназначена для обслуживания южной части России, угол наклонения спутниковой орбиты относительно экваториальной плоскости примем 65⁰.

Расстояние до космической станции изменяться во время прохождения через зону радиовидимости земной станции. – спутник виден под различными места.

Для определения максимальной дальности зададимся минимально возможным углом места β=5^0.

Наклонная дальность зависит от геоцентрического угла γ, который определяется:

(1)

где R_з=6 350 км – радиус Земли

h=600 км – радиус орбиты спутника

β=5⁰– минимально возможный угол места

Наклонная дальность вычисляется по формуле:

(2)

Таким образом, подставляя в (2) значения R₃,hи γ получаем:

км

Расчет затухания сигнала на линии

Потери сигнала на распространение , где (3)

(4)

(5)

Подставляя в (3), получим:

Дополнительные потери на трассе: L_доп =L_A +L_Д +L_H +L_П (6)

L_A↓=0,23дБ,L_A↑=0,24 дБ - потери сигнала в атмосфере (рис 3.23, стр 121 [1])

L_Д↓=0,8 дБ,L_Д↑=0,82 дБ – потери сигнала в осадках (рис 3.24, стр 122 [1] )

L_H– потери в результате неточности наведения антенны земной станции на спутник, не поддающиеся оценке. При практических расчетахL_H= 1 дБ.

L_П- поляризационные потери. Складываются из потерь, вызванных несогласованностью поляризаций и потерь, обусловленных эффектом Фарадея :

L_П=L_П1+L_П2, где (7)

L_П1= -20lg(cosψ₁) – потери из-за эффекта Фарадея, где ψ₁– угол поворота (8)

плоскости поляризации.

(9)

Тогда подставляя в(8), получим:

L_П1= -20lg(cos 31,92)=1,42 дБ

L_П2= -20lg(cosψ₂) – потери из-за расхождения плоскостей поляризации передающей и приемной антенн. При практических расчетахL_П2=1 дБ.

Полные поляризационные потери, согласно (7):

L_П=1,42+1=2,42 дБ

Тогда дополнительные потери на трассе, исходя из (6):

L_доп↓ =0,23+0,8+1+2,42=4,45 дБ

L_доп↑ = 0,24+0,82+1+2,42=4,48 дБ

Полные потери на трассе:

дБ (10)

дБ (11)

Энергетические параметры спутниковой линии.

Коэффициент усиления антенны ( в дБ):

, гдеD– диаметр зеркала антенны в метрах, (12)

f– частота сигнала в ГГц.

Возьмем диаметр антенны земной станции 0,7 м, а космической станции – 1,8 м, т.е D_ЗС=0,7 м,D_КС=1,8 м

Тогда коэффициенты усиления антенн, сведены в таблице 1:

Таблица 1 Значения коэффициентов усиления антенн на частотах приема и передачи

	f↑=1,5425 ГГц	f↓=1,542 ГГц
GЗС	19,11 дБ	19,11 дБ
GКС	27,3 дБ	27,31 дБ

Коэффициент передачи фидера примем η=0,85

Расчет шумовой температуры

- суммарная шумовая температура, где (13)

T₀=290⁰К

T_пр – эквивалентная шумовая температуры приемника. T_прЗСопределяется шумовой температурой МШУ.T_прЗС=100⁰К (рис3,28 стр 126 [1] ). Т_прКСпринимаем равным 1500⁰К.

T_aн– эквивалентная шумовая температуры антенны.

T_aн = T_к + T_a + T_з + T_аз + T_ша + T_об , обусловлена следующими факторами: (14)

T_к – приемом излечений космоса

T_a – излучение атмосферы с учетом влияния гидрометеоров

T_з – излучением атмосферы, принимаемого через боковые лепестки

T_аз – приемом излучения атмосферы, отраженного от Земли

T_ша – собственными шумами антенны из-за наличия потерь в её элементах

T_об – влиянием обтекателя антенны (если он иметься)

Для упрощения расчетом вводиться понятие яркостной температуры, и формула эквивалентной шумовой температуры принимает вид:

Для земной станции: (15)

Для космической станции: , где (16)

с – коэффициент, учитывающий интегральный уровень энергии боковых лепестков,с=0,25.

T_ЯК(β=5⁰)=80⁰ К–яркостная температура космоса (рис 4.19, стр 109 [2])

T_ЯА(β=5⁰)=40⁰К – яркостная температура атмосферы (рис. 4.20, стр. 109 [2])

Т_ЯЗ+Т_ЯАЗ≈290⁰К – для углов места β ≥ 5⁰

Т_ША=0.05⁰К – яркостная температура приемной антенны (табл. 4.9, стр. 111 [2])

Таким образом, исходя из (15) и (16): Т_анЗС=192,55⁰К, Т_анКС=160,05⁰К

Суммарная шумовая температура, согласно (13):

Т_∑ЗС= 295,02К,Т_∑КС=1679,54⁰ К

Тогда мощность шумов

(17)

, (18)

Где П=40 МГц – эффективная (шумовая) полоса приемника.

Расчет мощности передатчика и чувствительности приемника.

Мощность передатчика:

для земной станции:(19)

для космической станции: , где (20)

=15 дБ - суммарное отношение сигнал/шум на линии.

a,b– коэффициенты распределения отношения сигнал/шум на линии Земля-спутник и спутник- Земля.a=b/(b-1) и b=a/(a-1). Примем a=1,26, тогда b=5

Тогда, согласно (13) и (14), получим мощности передатчиков:

P_перЗС=86,42 Вт ( 19,37 дБВт),

Р_перКС=60,67 Вт (17,83 дБВт)

Эквивалентная изотропная излучаемая мощность:

(21)

(22)

Мощность сигнала на входе приемника:

(23)

(24)

Если взять уровень хорошего приёма равным 10-15дБ, то можно определить чувствительность приёмника:

Р_{Ч КС} = 110дБВт – чувствительность приёмника космической станции.

Р_{Ч ЗС} = 115дБВт- чувствительность приёмника земной станции

Расчет периода обращения спутника по орбите

В условиях невозмущенного движения спутника, влияние геомагнитного поля Земли определяется законами Кеплера. В этом случае на ИЗС действует сила тяготения Земли: , где (25)

m– масса ИЗС

М – масса Земли

K=6.6720∙10^-11Н∙м²/кг²– постоянная тяготения

r =R₃+h= 6350+600=6950 км

На ИЗС также действует центробежная сила:

, где (26)

V– круговая скорость;

Спутник удерживается на круговой орбите, когда эти силы взаимоуравновешены:

F_m=F_ц (27)

где V₀=7.9∙10³ м/с – первая космическая скорость

Подставим в (27):

V=7,55 км/с

Период обращения спутника:

(28)

Таким образом для круглосуточного обслуживания необходимо не менее спутников.