Российские низкоорбитальные системы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА

КАФЕДРА ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Информационные технологии на автомобильном транспорте

тема: Российские низкоорбитальные системы

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил      

 

 

 

 

 

 

Проверил      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тюмень 2012 

Оглавление

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1 НИЗКООРБИТАЛЬНЫЕ  СИСТЕМЫ СВЯЗИ 5

1.1 Система  спутниковой связи Iridium 5

1.2 Система  спутниковой связи Globalstar 9

1.3 Система  Orbcomm 12

1.4 Система  спутниковой связи «Сигнал» 13

1.5 Российская  низкоорбитальная система спутниковой  связи "Гонец" 15

2 ПЕРСПЕКТИВЫ  НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ  В РОССИИ 24

Заключение 26

Список  используемых источников 28

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Одним из новых направлений  развития спутниковой связи с  начала  90-х годов стали системы связи на базе низкоорбитальных космических аппаратов (далее КА). К низкоорбитальным спутникам LEO (Low Earth Orbit) относятся КА, высота орбит которых находится в пределах 700— 1500км. Низкоорбитальная группировка может содержать от одного до нескольких десятков малых спутников массой до 500 кг. Для охвата связью большой территории Земли применяют орбиты, на которых могут находиться несколько КА, лежащие в различных плоскостях.

Повышенный интерес к  низкоорбитальным системам спутниковой  связи объясняется возможностью предоставления услуг персональной связи, включая радиотелефонный  обмен, при использовании сравнительно дешевых малогабаритных спутниковых  терминалов. Низкоорбитальные системы  позволяют обеспечить бесперебойную  связь с терминалами, размещенными в любой точке Земли, и практически  не имеют альтернативы при организации  связи в регионах со слаборазвитой  инфраструктурой связи и низкой плотностью населения.

Одним из главных преимуществ, способствующих развитию низкоорбитальных систем спутниковой связи, является биологической фактор. Так, для обеспечения  требований биологической защиты человека от излучения СВЧ, рекомендуемый  уровень мощности непрерывного излучения  радиотелефона должен составлять не более 50 Мвт. Эффективный прием сигнала такой мощности, например, геостационарным спутником сопряжен со значительным усложнением КА, развертыванием больших антенн и точным их позиционированием. Для низкоорбитальных спутниковых систем длина радиолиний во много раз меньше, и проблема создания многолучевых антенн менее остра. К этим системам относятся, прежде всего, системы Iridium и Globalslar, создаваемые зарубежными консорциумами при ведущей роли таких крупных компаний-производителей, как Motorola/Lockheed и Oualcomm/Loral соответственно.

Низкоорбитальные системы  рассматривались специалистами  на заре становления спутниковой  связи, но до недавних пор не пользовались широкой популярностью. На то имелся ряд причин, среди которых не последнее  место занимает определенная инерция  взглядов и суждений, согласно которой  спутник «должен быть виден долго  и непрерывно», а лучше всего  «быть неподвижным для наблюдателя», т. е. находиться на геостационарной  орбите.

Правда, за последнее десятилетие  было создано несколько низкоорбитальных систем, но для ограниченного применения, связанного, главным образом, с передачей  коротких и относительно редких сообщений. И лишь заманчивая идея глобальной персональной связи, основанной на современной  технологии, возродила интерес к  низкоорбитальным спутниковым системам.

В проекте системы Iridium космический сегмент должен содержать в составе 66 спутников-ретрансляторов, размещенных на орбитах высотой 780 км. В системе Globalstar предусматривается 48 спутников-ретрансляторов находящихся на орбитах высотой около 1000 км. Такое число спутников необходимо для поддержания непрерывной связи, предоставляемой любому абоненту на территории земного шара, ибо каждый из низкоорбитальных спутников-ретрансляторов находится в зоне видимости абонента всего несколько минут. Благодаря следованию спутнике в одного за другим и расположению их орбит в разных плоскостях, обеспечивается полное покрытие земной поверхности зонами обзора и непрерывная видимость спутников с наземных станций. При этом переключен не с одного спутника на другой является делом техники, а увеличение их числа компенсируется снижением затрат на их выведение (несколько спутников за один раз) на заданную орбиту.

Ситуация на рынке телекоммуникаций в настоящее время такова, что  даже в странах с развитой инфраструктурой связи около 35% услуг предоставляется низкоорбитальными спутниковыми системами. В последнее время отечественными и зарубежными фирмами заявлено около 40 различных проектов по созданию низкоорбитальных систем, которые оцениваются как вполне реализуемые. Далее будут рассмотрены те проекты низкоорбитальных систем связи, которые находятся в стадии применения или развертывания.

 

 

1 НИЗКООРБИТАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

1.1 Система спутниковой связи Iridium

 

В 1987 г. компания Motorolа Inc. приступила к разработке проекта низкоорбитальной спутниковой системы связи Iridium. Проект Iridium основан на широком международном сотруднические. Партнерами компании Motorola Inc. в международном консорциуме Iridium Inc., организованном в 199 г. являются такие ведущие фирмы, как DDI (Япония), Sprint, Lockheed и Raythleon (США), Государственный космический научно-производственный центр им. М. В. Хруничева (Россия) и др. В разрабатываемом проекте вначале предполагалось использовать 77 спутников. Именно первоначально выбранному числу спутников проект обязан своим названием — 77-й элемент в таблице Менделеева как раз и есть иридиум. Правда, позже по ряду причин было решено уменьшить число спутников в орбитальной группировке до 66, но название проекта осталось прежним.

В орбитальной группировке  для обеспечения минимального расстояния между соседними КА выбрана оптимальная  разность углов (27°) между плоскостями орбит

Основные параметры орбитальной  группировки:

1. Орбиты квазиполярные с наклонением i = 86,4
2. Число плоскостей — 6
3. Число КА в одной плоскости— 11
4. Угловое расстояние между КА, находящимися в одной плоскости, — 32°
5. Высота орбит — 780 км
6. Период обращения КА вокруг Земли— 100мин

Система Iridium предназначена для глобальной подвижной персональной связи по принципу «каждый—каждому» на основе межспутниковой связи.

 Система Iridium предназначена для обеспечения следующих видов связи и услуг:

1. Дуплексная радиотелефонная связь
2. Факсимильная связь
3. Передача данных
4. Виды услуг:
5. Связь между абонентами имеющими персональные терминалы.
6. Связь абонентов общей телефонной сети с пользователями персональных спутниковых терминалов
7. Передача сигналов оповещения на пейджер
8. Определений местоположения (координат) абонентов

Для оказания перечисленных  видов услуг компания Motorola предлагает различные переносные малогабаритные (весом до 700 г) и мобильные (весом до 2,5 кг) персональные терминалы. Каждый пользовательский терминал регистрируется в национальной шлюзовой станции, где ему присваивается кодовый номер и оговаривается первоначальное территориальное размещение.

 

Диапазоны и полосы частот радиолиний

Любой КА орбитальной группировки  формирует 48 лучей излучения, образуя  каждым лучом на Земле соту диаметром 640 км. В совокупности 48 лучей создают подспутниковую зону диаметром примерно 4500 км. Вся орбитальная группировка формирует квазисплошную подспутниковуго зону, покрывающую всю поверхность Земли. Формирование подспутниковой зоны осуществляется с помощью расположенных на каждом КА шести антенных фазированиых решеток (АФАР), Каждая АФАР формирует восемь лучей. Благодаря применению многолучевых антенн и сотовой структуры обслуживаемой зоны, рабочие частоты в системе Iridium используются многократно. При этом в смежных сотах используются различные частоты, а в каждой восьмой соте, создаваемой орбитальной группировкой, возможно повторение частот. В результате частоты диапазона 1616,0— 1626,5 МГц используются в системе более 150 раз.

Частотный диапазон коммерческой радиолинии:

 «Абонент — КА»  содержит 64 частотных канала с  разносом между ними 160 Кгц (ширина полосы частот каждого канала 126 Кгц)

 «КА—абонент» содержит 29 каналов с разносом между  ними 350 Кгц (ширина полосы частот каждого канала 280 Кгц)

Таблица 1

 

Диапазоны частот радиолиний системы Iridium и используемые полосы частот.

 

Наименование диапазона	Радиолиния	Диапазон частот	Ширина частот полосы канала
L	«Абонент— КА»	1616,0—1625,5 МГц	126 Кгц
L	«КА—абонент»	1616,0-1626,5 МГц	280 Кгц
Ка Ка Кa	«КА—шлюзовая станция» Шлюзовая станция—КА» Межспутниковая связь «КА—КА»	19,6 ГГц 29,1-.29,3 ГГц 23,18-23,38 ГГц 29,1-29,3 ГГц	100 МГц 100 МГц 200 МГц

 
 
 
 

Методы доступа 

В радиолиниях «абонент —  КА» и «КА — абонент» применяется  временное разделение каналов, формат много станционного доступа сочетает временное разделение каналов для  каждой соты и частотное разделение для смежных сот (FDМА). При помощи фазовой Манипуляции ФМ-4 производится кодирование информации, которое  обеспечивает сжатие речевой информации в цифровом виде. Информация о сжатии, а также сигналы циклической  и тактовой синхронизации передаются по каналу управления, для чего в  радиолинии «КА—абонент» задействовано 4 радиоканала. Коэффициент сжатия. информации (2,2/1) позволяет обеспечить передачу в радиолинии «КА—абонент» 55 речевых каналов на 25 несущих  частотах. При передаче радиотелефонной  информации вероятность ошибки на бит  не выше 0,001, при передаче цифровых данных— 0,000001.

Орбитальная группировка  КА формирует на поверхности Земли  примерно 2150 сот при использовании 48 лучей АФАР каждого КА. Следовательно, при использовании полосы частот 1616,0— 1626,5 МГц пропускная способность  системы составляет 3835 дуплексных телефонных каналов связи.

 

Радиолиния межспутниковой связи.

Каждый КА орбитальной  группировки имеет радиолинии связи  с двумя соседними КА, находящимися в одной орбитальной плоскости  с ним, и двумя КА в соседних (слева и справа) орбитальных плоскостях.

Для поддержания меж спутниковой  связи на каждом КА имеются четыре щелевые антенные решетки с коэффициентом  усиления 36 дБ. Точность управления диаграммой направленности каждой антенны составляет ±5°. Используется полоса частот шириной 200 МГц в диапазоне 23,18-23,38 ГГц. Для  исключения взаимных помех в меж  спутниковых каналах связи полоса частот шириной 200 МГц разбита на 8 отдельных частотных полос, которые  образуют отдельные каналы связи. Скорость передачи информации в каждом канале 25 Мбит/с. Метод модуляции и кодирование  информации такие же, как в радиолинии КА—абоненты. Каждый канал межспутниковой линии связи поддерживает 600 телефонных каналов без сжатия (1300 каналов при коэффициенте сжатия информации 2,2/1).

 

Шлюзовые станции.

Шлюзовая станция состоит  из 3 приемопередающих комплексов. Каждый комплекс имеет быстродействующую  ЭВМ, в которой хранится банк данных о персональных терминалах, и коммутационное оборудование для связи телефонной сетью общего пользования. В работе постоянно наладятся два приемопередающих комплекса, которые поочередно поддерживают связь с КА, находящимися в прямой видимости. Третий приемопередающий комплекс—  резервный. При необходимости он может заменить 1-й или 2-й комплекс.

Несмотря на уникальность реализованных технологий, коммерческих успехов система Iridium не достигла. Свою роль сыграли ошибки в оценке требуемых объемов финансирования на создание орбитальной группировки с заявленными характеристиками (фактические затраты составили примерно 7 млрд долл.). Пропускная способность системы, даже при ее полной загрузке, не обеспечивала себестоимость услуги, позволяющую конкурировать с альтернативными системами подвижной связи и достичь окупаемости вложенных средств в экономически целесообразные сроки. Фактические показатели клиентской аудитории оказались в 15-20 раз ниже расчетных. Компания - оператор системы Iridium в 2000 г. прошла стадию банкротства, в настоящее время ее эксплуатация поддерживается государственными структурами США, коммерческие перспективы не ясны. Выход системы вновь на российский рынок сомнителен, так как владельцы Iridium отказались использовать наземную станцию ГКНПЦ им. Хруничева и лишились лицензии.

 

 

 

1.2 Система спутниковой связи Globalstar

 

Низко орбитальная глобальная спутниковая система персональной связи Globalstar разработана корпорациями Qualcomm и Loral, а также рядом других известных представителей индустрии телекоммуникационного оборудования.

 

Космический сегмент

В состав орбитальной группировки  системы Globalstar входят 48 низкоорбитальных спутников-ретрансляторов, размещенных на восьми круговых орбитах (по шесть спутников на каждой). Высота орбит над поверхностью Земля