лекция 4_конспект

Высокоэллиптическая группировка спутников связи (тип орбиты «Молния»)

Эллиптические орбиты с Т 12 ч и i = 64,3 в течение длительного периода эволюционируют по аргументу широты перигея, по долготе восходящего узла орбиты, периоду обращения вследствие нецентральности гравитационного поля Земли лунно-солнечных возмущений, по воздействию негравитационных сил (торможение в атмосфере).

Однако существуют устойчивые гринвичские долготы восходящего узла орбиты Э* =68 в.д. и 112 з.д.

Для связных КА «Молния» были выбраны следующие оптимальные параметры орбиты на дату запуска:

1)драконический период обращения – 11ч 57мин 45с;

2)эксцентриситет 0,7;

3)аргумент перигея 260 -290 ;

4)гринвичская долгота восходящего узла 68 в.д.;

5)большая полуось 26555 км.

Кроме орбит типа «Молния» достаточно широкое применение получили также орбиты типа «Тундра». Они отличаются периодом обращения – 24 часа, то есть ВЭО типа

«Тундра» относится к геосинхронным орбитам, –

и меньшим эксцентриситетом: от 0,25 до 0,4.

Апогей такой орбиты может находиться на

высотах 45000-52000 км, а перигей – на высотах

19000-26000.

В настоящее время на ВЭО типа «Тундра» работает спутниковая система радиовещания

«Sirius-FM» (США).

11

Геостационарная группировка спутников связи

1945 год – Артур Чарльз Кларк публикует статью «Внеземные ретрансляторы»

(Clarke, Arthur C. "Extra-Terrestrial Relays: Can Rocket Stations Give World-wide Radio Coverage?" Wireless World, October 1945, p. 306)

Сидерический период обращения КА на геостационарных орбитах синхронизирован с периодом вращения Земли (звездные сутки – 23ч 56мин 04с), а плоскость орбиты лежит в плоскости экватора (движение спутника в восточном направлении), что обеспечивает определенную неподвижность положения спутника относительно подспутниковой точки на Земле. Геостационарные орбиты наиболее пригодны для организации региональной связи в полосе широт 70 .

Ввиду привлекательности геостационарных орбит, в международных документах («Регламент радиосвязи») оговорены точки стояния геостационарных спутников, их государственная принадлежность и требования по точности удержания на орбите ±0,1° (для экспериментальных КА ±0,5°), точности наведения антенн с КА на наземную станцию (±0,3°).

Для России выделены следующие позиции на геостационарной орбите: 14°, 11° западной долготы и 40°, 53°, 80°, 90°, 96,5°, 99°, 103°, 140°, 145° восточной долготы.

12

Расположение КА на ГСО

2000 год

90°Е

90°W

2010 год

90°Е

90°W

14

Расчёт одностороннего радиоканала связи

Епер – эквивалентная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ);

Lо – затухание энергии в свободном пространстве;

Lдоп – дополнительные потери;

Wc – плотность потока мощности в районе размещения пользователя;

Рш – мощность шума на входе приемного устройства;

Sэ – эффективная площадь апертуры приемной антенны.

В общем случае процесс односторонней передачи сигнала выглядит следующим образом:

1.Передатчик повышает мощность сигнала относительно того уровня, который необходим абоненту для устойчивого приёма и который на диаграмме принят за нулевой уровень.

2.Поскольку любое сложное устройство несовершенно, реальное превышение мощности меньше расчётного на величину КПД передатчика.

3.Передающая антенна дополнительно усиливает мощность сигнала в выбранном направлении на величину, пропорциональную коэффициенту усиления антенны.

4.При прохождении сигналом атмосферы Земли он затухает и его мощность снижается ниже нулевого уровня.

5.Мощность сигнала восстанавливается в обратном порядке в приёмном тракте абонента.

15

Расчёт двустороннего радиоканала связи

16

Расчёт мощности шума

Ретранслятор КА

Для наземных приемников ТА = 100 ÷ 200 К Для спутниковых приемников ТА = 200 ÷ 300 К

При работе необходимо избегать прямого попадания солнечного излучения в диаграмму антенны приёмного тракта.

На структурной схеме бортового, то есть установленного на борту КА, ретранслятора (БРТР) изображены основные элементы системы ретрансляции КА: антенно-фидерные устройства (АФУ), фильтры (Ф), собственно приёмники (ПРМ) и передатчики (ПРД) и оконечное устройство (ОУ), которое управляет сигналами и перераспределяет потоки мощности.

17

Ретранслятор КА с многолучевой антенной

потребителями является разделение по частоте. Частотный ресурс КА ограничен, однако зона обслуживания одной антенны геостационарного КА гораздо больше зоны, в которой размещены абоненты, работающие на одной частоте. В связи с этим возможна схема нарезки зоны «полосами» – когда формируется множество лучей сигнала таким образом, чтобы сигналы с одной частотой не перекрывались. Лучи с разными частотами сигнала перекрываться могут, это позволяет увеличить плотность покрытия зоны обслуживания.

Для гарантированного приёма сигнала абонентами необходимо, чтобы одна антенна генерировала лучи с сигналами минимум в трёх частотах.

18

Характеристики радиоканала

Пропускная способность:

[бит/с] – формула Шеннона;

[бит/с] – непрерывный сигнал;

–сигнал/шум на входе приемника;

–сигнал/шум на выходе приемника;

– вероятность ошибки дискретного сигнала;

L, Т – число уровней и длительность дискретного сигнала.

Эффективность:

– эффективность использования полосы;

– эффективность использования мощности;

– коэффициент использования пропускной способности.

Помехоустойчивость:

Закономерность, описываемую формулой Шеннона, можно сформулировать следующим образом: прирост информации равен утраченной энтропии. Таким образом,

чтобы пропустить через канал связи максимум информации, необходимо «причесать» сигнал, то есть упорядочить колебания мощности и уменьшить пространственные параметры волны: длину и амплитуду.

Для непрерывного сигнала пропускная способность определяется отношением мощности сигнала к мощности шума, для дискретного – длительностью сигнала: чем короче сигнал и, соответственно, ниже вероятность ошибки, тем выше пропускная способность.

Эффективность использования полосы определяется отношением используемой ширины к максимально возможной, эффективность использования мощности – отношением эффективности использования полосы к отношению сигнал/шум.

19

Эффективность космической системы связи

Пропускная способность космической системы связи – это объединение пропускных способностей отдельных связных КА с учетом коэффициента загрузки каждого КА .

Коэффициент загрузки каждого КА определяется как произведение коэффициента плановой загрузки в течении суток и на более длинных интервалах (KT) и коэффициента готовности КА к целевому функционированию ( ).

Коэффициент плановой загрузки может меняться во времени в диапазоне

0,3-1,0.

Пропускная способность связного КА ( JКА ) – количество стволов ( nСТ ) )

связного ретранслятора стандартной пропускной способности ( JСТ ) или количества каналов связи ( mКАН ) стандартной пропускной способности ( JКАН ).

JКА = JСТ nСТ , JCT = mКАН JКАН

Для выбранной орбиты и зоны обслуживания заданная пропускная

способность стандартного канала связи КА определяется:

1)в радиолинии «космос-Земля» – эффективной изотропной излучаемой мощностью передатчика ЕПЕР=РПЕР ПЕР GПЕР ;

2)в радиолинии «Земля-космос» – отношением коэффициента усиления антенны приемного устройства () к эквивалентной температуре шума

( ТΣ ):

20