Параметры и характеристики геостационарных спутников связи

Характеристики орбит средних высот.

Характеристики геостацинарных орбит.

Орбиты спутников связи и телерадиовещания.

Системы спутниковой связи нашли широкое применение во всем мире. Они состоят из двух основных сегментов - космического и земного. Под космическим сегментом обычно понимаются спутники-ретрансляторы, а также средства выведения их на орбиту и наземные комплексы управления. Спутники-ретрансляторы состоят из двух основных узлов: космической платформы и бортового ретранслятора. Бортовой ретранслятор принимает сигналы земных станций, усиливает их и передает на землю. С помощью бортовых антенн, передаваемый спутником сигнал фокусируется в один или несколько лучей, чем обеспечивается формирование необходимой зоны обслуживания. Основными характеристиками спутников связи являются количество радиочастотных каналов (ретрансляторов) или стволов, мощность передатчиков в каждом стволе (обычно представляемая как эквивалентная изотропно излучаемая мощность или ЭИИМ), количество и размеры зон обслуживания.

Для уменьшения взаимных помех передача сигнала со спутника (Downlink) ведется на частоте, отличной от частоты передачи сигнала с земли на спутник (Uplink). Поэтому ретрансляторы спутника имеют в своем составе преобразователи частоты. Обычно частота Downlink ниже, чем линии Uplink. Для систем спутниковой связи выделены определенные диапазоны частот, каждый из которых имеет свои особенности. Количество, размеры и формы зон обслуживания определяются конструкцией антенн. Под влиянием гравитационных сил спутник отклоняется от заданной орбиты, из-за чего необходимо периодически проводить ее коррекцию, используя специальные реактивные двигатели, установленные на спутнике.

Поэтому значительную долю веса геостационарных спутников составляет вес двигательной установки и горючего для корректирующих двигателей. Наземный комплекс управления (НКУ) по результатам телеметрического контроля и измерения параметров орбиты спутника передает на него команды по коррекции орбиты и управлению бортовой аппаратурой. Земной сегмент представляет собой сеть абонентских станций спутниковой связи, устанавливаемых у пользователей, а также центр управления сетью (при необходимости его использования). Абонентские станции могут быть как стационарными, так и подвижными.

Рис 1. Схема узлов спутника

Рис 2. Упрощенная схема бортового ретранслятора (3 ствола)

Типовая земная станция (ЗС) системы фиксированной спутниковой связи (ФСС) состоит из следующих основных узлов:
- станция космической связи (СКС)
- каналообразующая аппаратура (КОА)
- оконечное оборудование
- аппаратура соединительных линий

Станция космической связи обеспечивает прием и передачу информации по спутниковому каналу. Она включает в себя антенную систему, приемо-передающее оборудование и преобразователи частоты. Размеры антенны и мощность передатчика определяются ЭИИМ спутника и качеством его приемных антенн, а также частотной полосой передаваемого сигнала.
Каналообразующая аппаратура формирует и обрабатывает модулирующий сигнал, обеспечивает процедуру многостанционного доступа (мультиплексирование/ демультиплексирование сигналов), кодирование и декодирование сигналов, их модуляцию-демодуляцию. Связь каналообразующей аппаратуры с СКС осуществляется на промежуточной частоте, обычно 70 Мгц, иногда - 140 Мгц. Аппаратура соединительных линий предназначена для сопряжения земных станций с наземными линиями связи и аппаратурой пользователей. В космическом сегменте используются спутники-ретрансляторы, находящиеся на различных околоземных орбитах в зависимости от назначения системы:

- Геостационарная орбита (радиус около 36 000 км)
- Средневысотная орбита (радиус от 5 000 до 20 000 км)
- Низкая орбита (радиус от 500 до 1500 км)

Рис 3. Структурная схема земной станции

Рис 4. Орбиты

В таблице приведены некоторые характеристики различных орбит.

Период обращения (час)	Число витков в сутки	Высота круговой орбиты

Геостационарные орбиты являются наиболее популярными при создании систем спутниковой связи. Период вращения спутника на геостационарной орбите составляет 24 часа в сутки, и для наблюдателя на земле он кажется неподвижным. Это позволяет использовать для связи со спутником высокоэффективные фиксированные узконаправленные антенны. Зона видимости геостационарного спутника составляет почти треть поверхности земли, что позволяет с их помощью обслуживать большие территории. Для обслуживания практически всей земной суши достаточно трех геостационарных спутников. Расстояние между земными станциями, работающими через такой спутник, может достигать нескольких тысяч километров. Недостатком геостационарной орбиты является большое расстояние между спутником и земной станцией. В результате этого происходит сильное затухание сигнала на линии земля-космос, что ужесточает требования к чувствительности приемников и выходной мощности передатчиков. Кроме того, на таких расстояниях становится заметной задержка при распространении сигнала, составляющая около 0,25 сек при одном скачке (линия земля- космос-земля).

Низкие орбиты привлекают разработчиков тем, что за счет малого расстояния между спутником и земной станцией потери на линии более чем в тысячу раз меньше, что позволяет значительно снизить требования к мощности передатчиков и чувствительности приемников. С другой стороны, диаметр зоны обслуживания составляет около 500 км, и каждый спутник находится в зоне видимости земной станции около 15-20 минут. Поэтому для организации непрерывной связи необходимо использовать целый флот низкоорбитальных спутников (не менее 48). Кроме того, для работы с низколетящими спутниками необходимо использовать либо малоэффективные широконаправленные антенны, либо узконаправленные антенны со сложными системами слежения за спутниками.

Средние орбиты занимают промежуточное положение между геостационарными и низкими и предлагают некоторое компромиссное решение между двумя этими системами.
Фиксированные спутниковые службы (ФСС) предназначены для организации связи с неподвижными земными станциями и обычно строятся на базе спутников-ретрансляторов, запускаемых на геостационарную орбиту. Из-за большой высоты орбиты и связанных с этим значительных потерь сигнала на линии космос-земля, для работы с геостационарными спутниками связи используются узконаправленные параболические антенны ("тарелки") с диаметром зеркала от 60 см до 12 и более метров, в зависимости от характеристик бортовых ретрансляторов.

Мобильные спутниковые службы (МСС) используются для связи с подвижными объектами. Дальнейшим развитием МСС является создание систем, способных работать с небольшими, размером с сотовый телефон, абонентскими станциями, что требует использования специализированных спутников, обычно размещаемых на низких орбитах (500-1500 км). Относительно малая высота их орбиты позволяет существенно сократить размеры и мощность абонентских устройств. Международные системы состоят из 48-ми ("Глобалстар"), 66-ти ("Иридиум") спутников.

Современные спутниковые системы предлагают широкий спектр услуг связи от распределения телевизионных и радиопрограмм, региональных, корпоративных и глобальных сетей связи и обмена данными до персональной связи с любой точкой планеты с помощью портативных спутниковых терминалов. В зависимости от потребностей пользователей, используются различные комбинации наземных и спутниковых систем связи. Во многих случаях системы спутниковой связи оказываются наиболее дешевым и экономически выгодными в сравнении с наземными системами.

Основная литература: 1осн[387-410]

Дополнительная литература:10доп[210-218], 11доп[13-20].

Контрольные вопросы

1. Какие типы орбит спутников связи и телерадиовещания вы знаете?
2. Охарактеризуйте геостационарную орбиту.
3. Охарактеризуйте средневысотные орбиты.
4. Охарактеризуйте орбиты на низких высотах.
5. Укажите параметры и характеристики геостационарных систем спутниковой связи.

Лекция 7. Диапазоны частот. Системы связи и телерадиовещания Инмарсат, Глобалстар, Иридиум, Турайя.

План:

Дата добавления: 2014-11-08