Реферат: Спутниковая радиосвязь

Содержание

1. Искусственные спутники Земли в качестве ретрансляторов для систем

связи .………………………………………………………………….………….3

2. Принципы построения и особенности ССС…………………………………….7

3. Тенденции технологии…………………………………………………..………11

4. Космические станции……………………………………………………………12

5. Земные станции………………………………………………………………….16

1. Искусственные спутники Земли в качестве ретрансляторов для систем связи

Задачи увеличения дальности и пропускной способности систем связи всегда были осново­полагающими проблемами данной области техники. К сожалению, соответствующие харак­теристики, как правило, оказываются альтернативными: мероприятия по увеличению про­пускной способности приводят к сокращению дальности, и наоборот. В частности, повыше­ние пропускной способности требует перехода на все более высокочастотные диапазоны волн, сигналы которых могут быть непосредственно переданы практически лишь на рас­стояния прямой видимости- Как средство разрешения этого противоречия, могут быть ис­пользованы ретрансляторы, поднятые достаточно высоко нал поверхностью Земли.

Успехи развития космонавтики позволили использовать в качестве таких ретрансляторов ИСЗ. Поскольку они могут располагаться практически сколь угодно высоко над Землей, их область обслуживания может охватывать не только отдельные страны или моря, но и целые континенты и океаны. В общем случае спутники движутся по эллиптическим орбитам, в од-ном из фокусов которых располагается центр Земли. Спутник перемещается относительно наземного наблюдателя, а вместе с ним и область обслуживания перемещается по темной поверхности. В результате следует либо увеличивать число спутников в системе, либо со­гласиться с тем, что круглосуточная связь обеспечиваться не будет.

Улучшение ситуации может быть достигнуто, если орбиту спутника выбрать так, чтобы период обращения спутника вокруг Земли находился в простом соотношении с периодом ее обращения вокруг своей оси (синхронные орбиты). Использование таких орбит приводит к постоянному расписанию возможных сеансов связи, поскольку для любого наземного на­блюдателя спутник-ретранслятор (СР) появляется в данной точке небесной сферы периоди­чески, постоянно в одно и то же время.

Дальнейшие упрощения спутниковых систем связи наступают если:

-орбита спутника является круговой и лежит в плоскости экватора;

-период обращения спутника по орбите составляет ровно одни сутки. Такой спутник вообще остается неподвижным относительно любого наземного наблю­дателя. Соответствующая орбита именуется геостационарной (ГСО), а движущийся по ней спутник — стационарным. ГСО имеет радиус приблизительно 42,3 тыс. км. Она уникаль­ная и единственная, поэтому размещение спутников на ней жестко контролируется между народными организациями во главе с действующим пол эгидой ООН Международным союзом электросвязи (МСЭ). Той же организации поручена международная координация и других спутниковых систем связи с целью рационального ограничения взаимного влияния между ними.

Хотя в настоящее время подавляющая часть используемых СР являются стационарным и, они не лишены существенных недостатков. Именно такие спутники лучше всего приспо­соблены для обслуживания тропических и субтропических регионов. По мере продвижения наблюдателя на поверхности Земли от подспутниковой точки вдоль меридиана к полюсам Земли, угол места направления на стационарный космический аппарат (КА) уменьшается, достигая нулевого значения для широты 82^й (северной или южной). Для более близких к полюсам точек подспутникового меридиана видимость спутника вообще отсутствует. Легко понять, что граница геометрической видимости стационарного КА при отклонении наблю­дателя от подспутникового меридиана опускается в направлении к экватору. Кроме того, работа радиолиний в направлениях с малыми углами места вообще резко затрудняется как за счет приема отраженных от Земли сигналов, так и за счет экранирующего действия раз­личных возвышений, леса, строений или других препятствии. Поэтому стационарные КА практически неспособны обслуживать территории, лежащие севернее северного и южнее южного полярных кругов. Между тем эти территории часто представляют значительный интерес, например для России. Даже территория Северного полюса представляет значитель­ный интерес, прежде всего в связи с тем, что через нее пролегают наиболее выгодные трас­сы ряда важнейших авиалиний.

Орбиты СР можно выбирать так, чтобы обеспечить преимущественное обслуживание тех или иных регионов на поверхности Земли. Так, а России была предложена эллиптиче­ская орбита, специально приспособленная для обслуживания северных регионов нашей пла­неты. Апогей этой орбиты находится над северным полушарием на расстоянии приблизи­тельно 40 тыс. км от поверхности Земли, а перигей лежит на высоте в несколько сотен километров над южным полушарием. Плоскость орбиты наклонена к экватору примерно на 65°. Период обращения спутника по этой орбите составляет половину суток, так что это синхронный спутник. За сутки он совершает два витка' первый из них, называемый основ­ным, достигает апогея над Сибирью (в точке с географическими координатами 63»5° с.ш. и 81° в.д.), а второй — сопряженный — в точке с той же широтой, но сдвинутой по долготе на 180°, т.е. 99° з.д. (над Канадой). Параметры этой орбиты выбраны так, что & примыкающей к апогею части орбиты скорость углового перемещения спутника в направлении «восток-запад» совпадает с таковым для Земли. Это условие приблизительно выполняется на всем рабочем участке орбиты (от трех-четырех часов до достижения апогея до трех-четырех часов мосле его прохождения) и обеспечивает отсутствие перемещения спутника по отно­шению к любому наблюдателю на Земле в направлении «восток-запад».

На рабочем участке орбиты сравнительно небольшим оказывается и перемещение в на­правлении «север-юг». Эллиптическая орбита обеспечивает обслуживание северного полу­шария Земли, включая и область Северного полюса с достаточно большими углами места. Недостатком ее является необходимость использования системы из трех-четырех спутни­ков для поддержания непрерывности связи в течение суток, что удорожает космический сегмент системы; также существенно, что при использовании эллиптических спутников на ЗС приходится обеспечивать слежение антенной за перемещениями КА, что удорожает и земной комплекс системы.

Спутник-ретранслятор (СР) должен принимать сигналы от земных станций (ЗС) систе­мы связи, усиливать их и вновь передавать на те ЗС, которым очи предназначены. Таким образом, СР содержит приемное и передающее оборудование для ретрансляции сигналов.

Поскольку сквозное усиление приемопередающего тракта СР должно быть достаточно большим, необходимо вести прием и передачу на разных частотах (в противном случае не удастся избежать самовозбуждения тракта). Таким образом, обязательным элементом трак­та ретрансляции являются также преобразователи частоты.

Особенность ретрансляторов вещательной службы в том, что для них основным явля­ется передающий тракт, через который собственно и осуществляется вешание. На веща­тельных СР устанавливается и приемное оборудование, используемое для приема пода­ваемых на борт вещательных программ. Радиолиния подачи программ на борт именуется фидерной.

Спутник-ретранслятор, как всякий активный КА, кроме собственно тракта ретрансля­ции, именуемого по отношению к этому аппарату, полезной нагрузкой (ПН), содержит также и целый ряд вспомогательных систем, таких как система электропитания, система ориента­ции и стабилизации, система терморегулирования и управления. Последняя включает сис­темы формирования и передачи телеметрической информации. КА за вычетом полезной нагрузки именуется космической платформой (КП). Такая платформа может использоваться в сочетании с различными ПН для создания ряда различных КА.

В настоящее время в интересах фиксированной и вещательной служб чаще всего исполь­зуются стационарные СР. Типовые параметры платформ таких спутников:

- энерговооруженность до 5-7 кВт, причем для питания полезной нагрузки выделяется 1,5-2 кВт;

- масса порядка 2-3 т. в том числе полезной нагрузки 0,5-0,8 г;

- точность ориентации и стабилизации порядка 0,1 ;

- срок активного существования 12-15 лет.

Наряду с типовыми КА в настоящее время считается перспективным использование в интересах фиксированной службы малых КА (МКА) с массой 500-800 кг (в том числе ПН 100-200 кг) и энерговооруженностью 1,8-2,5 кВт. Достоинство МКА — возмож­ность группового или попутного (вместе с типовым КА) запуска, что существенно снижает расходы на выведение. МКА могут запускаться в те точки, где уже расположены другие СР и обеспечивать необходимое дополнение работающих на них стволов или замену стволов, вышедших из строя. На них могут строиться также национальные системы спутниковой связи сравнительно небольших или небогатых стран.

В зависимости от состава пользователей СР делятся на международные и национальные. Наиболее известные международные СР фиксированной службы Intelsat и Eutelsat. Сущест­венными ресурсами владеет также международная компания Интерспутник. СР Eutelsat содержат также стволы, чаще всего используемые европейскими странами для телевизион­ного вещания. Специально для этих целей используется спутниковая система Astra.

Национальная система спутниковой фиксированной службы России в настоящее время использует СР типа «Экспресс», а также «Ямал» различных модификаций.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--