Спутниковая связь

Спутниковая связь

Спутниковая связь. Орбиты искусственных  спутников Земли – ИСЗ(геостационарная  и вытянутые эллиптические орбиты). Определения основных понятий, относящихся  к спутниковой связи

Спутниковая связь — один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

 Спутниковая связь используется для организации высокоскоростных микроволновых протяженных линий. Так как для таких линий связи нужна прямая видимость, которую из-за кривизны Земли невозможно обеспечить на больших расстояниях, то спутник как отражатель сигнала является естественным решением этой проблемы

Идея задействовать искусственный спутник Земли для создания линий связи родилась задолго до запуска в 1957 году первого спутника Советским Союзом. Писатель-Фантаст, ученый и изобретатель Артур Кларк продолжил дело Жюля Верна и Герберта Уэллса, которым удалось описать множество технических изобретений еще до их появления. Кларк в 1945 году описал геостационарный спутник, который висит над одной точкой экватора и обеспечивает связью большую территорию Земли.

Спутник-1 — первый искусственный спутник Земли, запущенный на орбиту в СССР 4 октября 1957 года.

Эхо-1 был  выведен на орбиту Земли 12 августа 1960 г

Telstar -1— американский искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту 10 июля 1962. Стал первым активным спутником связи. Поддерживал 600 голосовых каналов

Основной принцип создания спутниковых систем связи заключается  в размещении ретрансляторов на ИСЗ. Следовательно, спутниковая система  связи представляет собой РРЛ  с одной промежуточной станцией, размещенной на ИСЗ. При построении спутниковых систем связи используются идеи и принципы, реализуемые в  РРЛ.

Системы с  пассивной ретрансляцией –

 

Система, которая  работает без бортовой аппаратуры

 

Системы с  активной ретрансляцией –

 

Система радиосвязи при наличии бортовой аппаратуры

 

По  способу ретрансляции сигнала спутниковые  системы делят на:

Спутник как отражатель сигнала

В зависимости  от типа земных станций и назначения системы спутниковой связи различают  следующие  службы радиосвязи:

 

• Фиксированная спутниковая служба(ФСС)
• Подвижная спутниковая служба
• Радиовещательная спутниковая служба(РВСС)

Частотные диапазоны  спутниковой связи

 

Диапазон	Нисходящая частота, ГГц	Восходящая частота, ГГц	Применение
L	1,5	1,6	Подвижная спутниковая связь
S	1,9	2,2	Подвижная спутниковая связь
C	3,7-4,2	5,925-6,425	Фиксированная спутниковая связь
Ku	11,7-12,2	14,0-14,5	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
Ka	17,7-21,7	27,5-30,5	Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

Орбиты спутников  связи

 

 Орбита – это траектория движения ИСЗ в пространстве. 

  В системах связи могут использоваться ИСЗ, движущиеся по орбитам, которые отличаются следующими параметрами:

 

• Формой (круговой или эллиптической)
• Высотой над поверхностью Земли или расстоянием от центра Земли
• Наклонением

 

В зависимости от выбранного угла наклонения i (угол между экваториальной плоскостью и плоскостью орбиты), орбиты подразделяются на:

 

• Экваториальные(i=0)
• Полярные(i=90)
• Наклонные(0<< i <90)

Эллиптические орбиты характеризуются:

 

•  апогеем (расстояние от Земли до наиболее удаленной точки орбиты)
• перигеем (расстояние от Земли до наиболее ближайшей точки орбиты)

Искусственные спутники Земли вращаются вокруг нее в соответствии с законами, открытыми Йоханесом Кеплером (Johannes Kepler). Орбита вращения спутника в общем случае

является  эллиптической, но для сохранения постоянной высоты над Землей спутники могут переходить на почти круговую орбиту.

Сегодня используют три группы круговых орбит, отличающихся высотой над Землей

 

• геостационарная  орбита (Geostationary Orbit, GEO) — 35 863 км;

• средневысотная орбита (Medium Earth Orbit, MEO) — 5000-15 000 км;

• маловысотная орбита (Low Earth Orbit, LEO) — 100-1000 км.

 

Геостационарная орбита

 

Геостационарная орбита – круговая орбита, находящаяся в экваториальной плоскости (i=0) и удаленная от поверхности Земли на расстояние около 36 000 км.

Геостационарный спутник «висит» над определенной точкой экватора, в точности следуя скорости вращения Земли. Такое положение выгодно по следующим обстоятельствам:

 

• Четверть поверхности Земли оказывается с такой высоты в зоне прямой видимости, поэтому с помощью геостационарных спутников просто организовать широковещание в пределах страны или даже континента.
• Спутник неподвижен для наземных антенн, что значительно облегчает организацию связи, так как не нужно автоматически корректировать направление наземной антенны.
• Спутник находится за пределами земной атмосферы и меньше изнашивается, чем низкоорбитальные и средневысотные спутники

Недостатки геостационарных  спутников

 

• Большое удаление спутника от поверхности Земли. Это приводит к большим задержкам распространения сигнала — от 230 до 280 мс.
• На таких расстояниях потери сигнала высоки, что означает необходимость применения мощных передатчиков и тарелок больших размеров.
• Принципиальным недостатком геостационарного спутника с его круговой орбитой является также плохая связь для районов,  близких к Северному и Южному полюсам. Сигналы в таких районах проходят большие расстояния, чем в районах, расположенных в экваториальных и умеренных широтах, и,  естественно, больше ослабляются

 

 

Среднеорбитальные спутники

 

Обеспечивают  диаметр покрытия от 10 ООО до 15 ООО км и задержку распространения сигнала 50 мс. Наиболее известной услугой, предоставляемой спутниками этого класса, является глобальная система навигации (Global Positioning System, GPS), известная также под названием NAVigation Satellites providing Time And Range (NAVSTAR)

GPS — это всеобщая система определения текущих координат пользователя на поверхности Земли или в околоземном пространстве. GPS состоит из 24 спутников — это то минимальное число спутников, которое необходимо для 100 процентного покрытия территории Земли.

 

Первый тестовый спутник GPS был запущен в 1974 году, первый промышленный спутник — в 1978 году, а 24-й промышленный — в 1993 году. Спутники GPS летают на орбите высотой около 20 ООО км

В СССР была разработана  и реализована система аналогичного назначения под названием ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система). Первый спутник ГЛОНАСС был запущен в октябре 1982 года, а в сентябре 1993 года система была официально ведена в эксплуатацию. В 1995 году количество спутников достигло плановой цифры 24.

Низкоорбитальные спутники

 

Достоинство:

Близость к Земле, а значит, пониженная мощность передатчиков, малые размеры антенн и небольшое время распространения сигнала (около 20-25 мс)

 

 

Недостаток:

Малая площадь покрытия, диаметр которой составляет всего около 8000 км. Период оборота такого спутника вокруг Земли составляет 1,5-2 часа, а время видимости спутника наземной станцией — всего 20 минут. Это значит, что постоянная связь с помощью низкоорбитальных спутников может быть обеспечена, только когда на орбите находится достаточно большое их количество. Кроме того, атмосферное трение снижаетсрок службы таких спутников до 8-10 лет

Основное назначение геостационарных спутников является широковещание и дальняя связь.

 

Низкоорбитальные спутники рассматриваются как важное средство поддержания мобильной связи.

 

1