Спутниковая навигация

Одним из применений спутниковой связи стало создание систем определения координат. Первая спутниковая навигационная система начала разрабатываться еще в 1958 году и поступила в эксплуатацию в 1964. Она получила название Transit и состояла из 6 аппаратов. Сейчас по прямому назначению не используется. Наиболее известные современные системы – это GPS и ГЛОНАСС. Группировки состоят из 24 основных спутников на высоте порядка 20000 км. Кроме того, сейчас строятся системы GALILEO и BeiDou для работы в Европе и Китае.

Активное использование спутников привело к появлению спутниковых фотографий земной поверхности. Полученные фотографии используются в картографии, а также военными и экологами. У военных есть и специализированные системы, например, американская MILSTAR и Skynet, используемая силами НАТО.

Преимущества и недостатки спутниковой связи

Преимуществами спутниковой связи являются:

• высокая скорость развертывания наземных пунктов связи в отдаленных точках планеты;

• широковещание без дополнительных издержек;

• независимость от рельефа.

Скорость развертывания пункта связи – характеристика, интересующая в первую очередь военных. Действительно, только спутниковая связь позволит иметь высокую скорость передачи данных в местности, где нет проводных коммуникаций.

«Врожденное» широковещание – это важная особенность спутниковой связи. Ввиду удаленности спутников от земной поверхности диаметр зоны приема сигнала пропорционален нескольким километрам даже в случае узконаправленного сигнала. Это очень выгодно в сфере спутникового телевидения и радио.

Независимость от рельефа также связана с простотой развертывания.

Недостатками спутниковой связи являются:

• сложное и мощное приемо-передающее устройство;

• большая задержка сигнала;

• вынужденное широковещание;

• высокая стоимость вывода и практически полная невозможность обслуживания спутников.

Чем мощнее передатчик, тем он более громоздкий. Это весьма нежелательное качество для клиентского терминала. Именно для того, чтобы упростить клиентские приемопередатчики была придумана концепция систем VSAT (very small aperture terminal). Системы VSAT работают в диапазонах C и Ku, что позволяет использовать антенны сравнительно небольшого радиуса (менее 2,5 метров). Система состоит из трех компонент: клиентского терминала, центральной земной станции и спутника. Благодаря наличию земной станции можно удешевить оборудование спутников и терминалов, так как она способна усиливать сигнал терминалов, однако, при этом удваивается задержка сигнала. Скорости передачи данных достигают нескольких мегабит в секунду. Пример: сети Банкир-1, Банкир-2, используемые для взаимодействия филиалов банка России.

Одним из недостатков спутниковой связи являются большая задержка сигнала (120 мс в одну сторону в случае геостационарного спутника). Кроме того необходимо наличие достаточно мощного передатчика. Если спутники не геостационарные, то передатчик должен быть снабжен механизмом слежения за спутником. В системах VSAT или других системах с наземной ретрансляцией (например, GlobalStar) задержка будет больше в несколько раз.

Широковещание полезно не всегда. Во-первых, сигнал со спутника легко перехватить, что приводит к необходимости шифрования сигналов и увеличению объема передаваемой информации. Во-вторых, на один спутник может приходиться несколько тысяч одновременных соединений, в то время как диапазон используемых частот ограничен. Из-за относительного малого отношения сигнал/шум в спутниковой связи используется только цифровой сигнал. Поэтому используются различные методики множественного доступа, в том числе:

• множественный доступ с частотным разделением — при этом каждому пользователю предоставляется отдельный диапазон частот;

• множественный доступ с временным разделением — каждому пользователю предоставляется определенный временной интервал (таймслот), в течение которого он производит передачу и прием данных;

• множественный доступ с кодовым разделением — при этом каждому пользователю выдается кодовая последовательность, ортогональная кодовым последовательностям других пользователей. Данные пользователя накладываются на кодовую последовательность таким образом, что передаваемые сигналы различных пользователей не мешают друг другу, хотя и передаются на одних и тех же частотах.

Высокая стоимость создания и вывода спутников на орбиту приводят к быстрому устареванию установленного на них оборудования. В связи с этим появилось понятие поколения спутников. В группировке Iridium до сих пор есть спутники, запущенные в 1998 году. Они имеют пропускную способность порядка 10 Мбит/с. Для сравнения: спутник KA-SAT, входящий в состав EUTELSAT, запущенный в 2010 году имеет пропускную способность каналов в 70 Гбит/с.

Важно также заметить, что скорость передачи данных прямо пропорциональна используемой частоте сигнала. С другой стороны, начиная с диапазона Ku и выше, длина волны становится соразмерна каплям воды в атмосфере, что приводит к помехам и потерям сигнала в условиях облачности, дождя и тумана. Для повышения доступности сигнала необходимо строить наземные сети приемников. Можно сделать вывод, что надежная высокоскоростная спутниковая система связи не может обойтись без наземной аппаратуры.