Спутниковая радиосвязь

Федеральное агенство связи

Государственное общеобразовательное учреждение

«Сибирский  государственный университет

Телекоммуникаций  и информатики»

Кафедра Радиовещания и телевидения 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

по Основам  телекоммуникаций

тема: «Спутниковая радиосвязь». 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент I курса

          МРМ, Р-92

                           Леонов Н.И.

        Проверил: Катунин Г.П. 
 
 
 
 
 

Новосибирск-2009

     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.

                     2. Принципы построения и особенности ССС.

      Виды орбит. Спутник связи может находиться на круговой или на эллиптической орбите. Соответственно центр Земли совпадает с центром круговой орбиты либо с одним из фокусов эллиптической орбиты (рис. 1).

      Угол  i между плоскостью орбиты и плоскостью экватора называют наклонением. При i=0 орбита называется экваториальной, при i=90° – полярной, остальные – наклонными. Круговые орбиты различаются наклонением и высотой Н₃ над поверхностью Земли. Эллиптические орбиты – наклонением и высотами апогея А и перигея П над поверхностью Земли. Линия, соединяющая апогей и перигей, называется линией апсид. Поля тяготения Луны, Солнца, планет, магнитное поле Земли, несферичность Земли и другие возмущающие факторы вызывают изменение параметров орбиты во времени. Для наклонных эллиптических орбит эти изменения минимальны, если выбрать i=63,4°.

      В ССС нашли применение орбиты двух типов: высокая эллиптическая типа «Молния» и геостационарная орбита. Первая получила название от советского спутника связи «Молния». Ее параметры: высота апогея около 40 тыс. км, высота перигея около 500 км, i≈63,4°. Апогей орбиты находится над северным полушарием. Период обращения ИСЗ–12 ч. За сутки ИСЗ совершает два оборота. Поэтому каждые сутки он виден в одних и тех же районах Земли в одно и то же время. Орбита, для которой период обращения ИСЗ кратен земным суткам, называется субсинхронной. Согласно второму закону Кеплера в районе апогея высокой эллиптической орбиты ИСЗ движется гораздо медленнее, чем у перигея. Сеанс связи проводят, когда ИСЗ движется по части орбиты, прилегающей к апогею. Он может продолжаться около 8 ч, поскольку в течение этого времени спутник на орбите типа «Молния» виден на всей территории СССР. Разместив на орбите три ИСЗ, можно поддерживать связь круглосуточно. Эти спутники перемещаются относительно ЗС, поэтому на последних приходится устанавливать подвижные антенны, следящие за ИСЗ.

      Геостационарная орбита (ГО) – это экваториальная круговая орбита, для которой Н₃=35786 км. Спутник, движущийся по этой орбите, называют геостационарным. Он вращается с той же угловой скоростью, что и Земля, и поэтому наблюдателю на Земле кажется неподвижным. Точку на земной поверхности, над которой ИСЗ, находится в зените, называют подспутниковой. Для геостационарного спутника траектория подспутниковой точки вырождается в точку на экваторе. Долгота этой точки определяет положение геостационарного ИСЗ. Связь через такой ИСЗ можно поддерживать с помощью неподвижных антенн ЗС. На самом деле часто приходится принимать во внимание сравнительно небольшие колебания положения ИСЗ, вызванные перечисленными выше возмущающими факторами. Под их влиянием подспутниковая точка начинает совершать колебания с суточной периодичностью. Через некоторое время траектория движения подспутниковой точки за сутки приобретает вид «восьмерки», вытянутой в направлении север-юг, с центром на экваторе. Через год размах этой восьмерки составит около ±1°. Из-за этого приходится периодически корректировать положение спутника на орбите.