Спутниковые системы радиосвязи и радиовещания

• признаки достоверности ЦИ в кадре;
• время начала кадра tk;
• эфемероидную информацию ¾ координаты и производные координат НКА в прямоугольной геоцентрической системе координат на момент времени t0;
• частотно-временные поправки (ЧВП) на момент времени t0 в виде относительной поправки к несущей частоте навигационного радиосигнала и поправки к БШВ НКА;
• время t0.

Время t0, к которому “привязаны” ЭИ и ЧВП, кратны 30 мин от начала суток.

Альманах системы содержит:

• время, к которому относится альманах;
• параметры орбиты, номер пары несущих частот и поправку к БШВ для каждого штатного НКА в ОГ (24 НКА);
• поправку к ШВ системы относительно ШВ страны, погрешность поправки не более 1 мкс.

Альманах системы необходим в НАП для планирования сеанса навигации (выбор оптимального созвездия НКА) и для приема навигационных радиосигналов в системе (прогноз доплеровского сдвига несущей частоты). Оперативная ЦИ необходима в НАП в сеансе навигации, так как ЧВП вносятся в результаты измерений, а ЭИ используется при определении координат и вектора скорости потребителя. В системе НАВСТАР ЦИ в узкополосных навигационных радиосигналах структурирована следующим образом: строка имеет длительность 6 c, кадр содержит 5 строк (30 с), суперкадр ¾ 25 кадров (12,5 мин). Узкополосные навигационные радиосигналы в системе ГЛОНАСС обеспечивают более оперативный прием (обновление) альманаха за счет более короткой длительности суперкадров (2,5 мин) по сравнению с системой НАВСТАР (12,5 мин)

 

 

 

 

2.3.3 Спутник ГЛОНАСС

Спутник ГЛОНАСС конструктивно состоит из цилиндрического гермоконтейнера с приборным блоком, рамы антенно-фидерных устройств, приборов системы ориентации, панелей солнечных батарей с приводами, блока двигательной установки и жалюзи системы терморегулирования с приводами. На спутнике также установлены оптические уголковые отражатели, предназначенные для калибровки радиосигналов измерительной системы с помощью измерений дальности до спутника в оптическом диапазоне, а также для уточнения геодинамических параметров модели движения спутника. Конструктивно уголковые отражатели формируются в виде блока, постоянно отслеживающего направление на центр Земли. Площадь уголковых отражателей-0,25м2. 
 В состав бортовой аппаратуры входят:

• навигационный комплекс;
• комплекс управления;
• система ориентации и стабилизации;
• система коррекции;
• система терморегулирования;
• система электроснабжения.

Навигационный комплекс обеспечивает функционирование спутника как элемента системы ГЛОНАСС. В состав комплекса входят: синхронизатор, формирователь навигационных радиосигналов, бортовой компьютер, приемник навигационной информации и передатчик навигационных радиосигналов.  
Синхронизатор обеспечивает выдачу высокостабильных синхрочастот на бортовую аппаратуру, формирование, хранение, коррекцию и выдачу бортовой шкалы времени. Формирователь навигационных радиосигналов обеспечивает формирование псевдослучайных фазоманипулированных навигационных радиосигналов содержащих дальномерный код и навигационное сообщение. Комплекс управления обеспечивает управление системами спутника и контролирует правильность их функционирования. В состав комплекса входят: командно-измерительная система, блок управления бортовой аппаратурой и система телеметрического контроля. Командно-измерительная система обеспечивает измерение дальности в запросном режиме, контроль бортовой шкалы времени, управление системой по разовым командам и временным программам, запись навигационной информации в бортовой навигационный комплекс и передачу телеметрии. Блок управления обеспечивает распределение питания на системы и приборы спутника, логическую обработку, размножение и усиление разовых команд. Система ориентации и стабилизации обеспечивает успокоение спутника после отделения от ракеты-носителя, начальную ориентацию солнечных батарей на Солнце и продольной оси спутника на Землю, затем ориентацию продольной оси спутника на центр Земли и нацеливание солнечных батарей на Солнце, а также стабилизацию спутника в процессе коррекции орбиты. В системе используются прибор на основе инфракрасного построения местной вертикали (для ориентации на центр Земли) и прибор для ориентации на Солнце. Погрешность ориентации на центр Земли не хуже 3град., а отклонение нормали к поверхности солнечной батареи от направления на Солнце - не более 5град. Для минимизации возмущений на движение центра масс спутника разгрузка двигателей маховиков производится с помощью магнитопровода. В качестве исполнительного органа при осуществлении успокоения и стабилизации спутника во время выдачи импульса коррекции используется двигательная установка. Режим успокоения, в результате которого происходит гашение угловых скоростей, включается в зоне радиовидимости. В режиме начальной ориентации на Солнце осуществляется разворот спутника относительно продольной оси с помощью управляющих двигателей-маховиков до появления Солнца в поле зрения прибора ориентации на Солнце, который установлен на панели солнечных батарей. Режим ориентации на Землю начинается из положения ориентации на Солнце путем разворота спутника с помощью двигателей-маховиков вдоль оси, ориентированной на Солнце, до появления Земли в поле зрения прибора ориентации на центр Земли. В штатном режиме обеспечивается ориентация оси спутника вместе с антеннами на центр Земли с помощью управляющих двигателей-маховиков по сигналам с приборов ориентации на центр Земли, ориентация солнечных батарей на Солнце путем разворота спутника вместе солнечными батареями с помощью управляющего двигателя-маховика по одному каналу и разворотов панелей батарей относительно корпуса спутника с помощью привода вращения солнечных батарей по другому каналу по сигналам приборов ориентации на Солнце. В режиме ориентации перед проведением коррекции и стабилизации спутника во время выдачи импульса коррекции отслеживание ориентации на Солнце не производится. Система коррекции обеспечивает приведение спутника в заданное положение в плоскости орбиты и его удержание в данных пределах по аргументу широты. Система включает двигательную установку и блок управления ей. Двигательная установка состоит из 24 двигателей ориентации с тягой 10 г и двух двигателей коррекции с тягой 500 г.

Система терморегулирования обеспечивает необходимый тепловой режим спутника. Регулирование тепла, отводимого из гермоконтейнера, осуществляется жалюзи, которые открывают или закрывают радиационную поверхность в зависимости от температуры газа. Отвод тепла от приборов осуществляется циркулирующим газом с помощью вентилятора.

Система электроснабжения включает солнечные батареи, аккумуляторные батареи, блок автоматики и стабилизации напряжения. Начальная мощность солнечных батарей - 1600 Вт, площадь - 17,5 м2. При прохождении спутником теневых участков Земли и Луны питание бортовых систем осуществляется за счет аккумуляторных батарей. Их разрядная емкость составляет 70 ампер-часов. Для обеспечения надежности на спутнике устанавливаются по два или по три комплекта основных бортовых систем. Таким образом, на спутник ГЛОНАСС возложено выполнение следующих функций:

• излучение высокостабильных радионавигационных сигналов;
• прием, хранение и передача цифровой навигационной информации;
• формирование, оцифровка и передача сигналов точного времени;
• ретрансляция или излучение сигналов для проведения траекторных измерений для контроля орбиты и определения поправок к бортовой шкале времени;
• прием и обработка разовых команд;
• прием, запоминание и выполнение временных программ управления режимами функционирования спутника на орбите;
• формирование телеметрической информации о состоянии бортовой аппаратуры и передача ее для обработки и анализа наземному комплексу управления;
• прием и выполнение кодов/команд коррекции и фазирования бортовой шкалы времени;
• формирование и передача "признака неисправности" при выходе выжных контролируемых параметров за пределы нормы.

Управление спутниками ГЛОНАСС осуществляется в автоматизированном режиме. Выведение спутников ГЛОНАСС на орбиту осуществляется носителем тяжелого класса "ПРОТОН" с разгонным блоком с космодрома Байконур. Носитель одновременно выводит три спутника ГЛОНАСС.

Схема выведения включает:

• выведение космической головной части на промежуточную круговую орбиту с высотой ~200 км;
• переход на эллиптическую орбиту с перигеем ~200 км, апогеем ~19100 км и наклонением 64,3град.

Перевод каждого спутника в заданную точку орбитальной плоскости проводится с помощью спутниковой двигательной установки.

Точность приведения в рабочую точку орбиты:

• по периоду обращения - 0,5 с;
• по аргументу широты - 1град.;
• по эксцентриситету - ~0,01;
• по наклонению орбиты - ~0,3град.

3. Энергетический расчет линии Спутниковой связи

 

Произвести энергетический расчет линий «вверх» для спутниковой системы связи:

• определить значения мощностей передатчика и приемника на линиях «вверх», при которой спутниковый канал надежно работает в условиях помех и не содержит излишних энергетических запасов;
• построить диаграмму уровней сигнала на линии «вверх» для заданной спутниковой системы.

В расчетах необходимо учесть дополнительное ослабление энергии радиоволн на участках: поглощение в осадках – 0,8 дБ, поляризационные потери – 0,9 дБ, потери за счет рефракции – 0,2 дБ.

Коэффициент запаса для линии «вниз» b=1,2 дБ.

 

 

Таблица. 1 – Параметры передающих ЗС

 

Система	B
Координаты	36° в.д. 52,5° с.ш.
Диапазон f, ГГц	14/11
Диаметр антенны DA, м	10
Эффективная полоса частот Dfш, МГц	33
Спектральная плотность мощности S, дБВт/Гц	-33
Отношение сигнал/шум Рс/Рш, дБ	16,5
КПД АФТ	0,90

 

 

 

 

 

Таблица.2 – Параметры бортовых ретрансляторов КС

Система		B
Координаты		36° в.д.
Диапазон f, ГГц		14/11
Коэффициент усиления антенны G, дБ	Прием	35
	Передача	30
Спектральная плотность мощности S, дБВт/Гц		-53
Коэффициент шума приемника КШ		8
Шумовая температура антенны ТА, К		50
КПД АФТ		0,90
Шумовая температура СЛ ТΣЛ, К		95

 

Таблица.3 – Параметры приемных ЗС

Система	E
Координаты	36° в.д. 52,5° с.ш.
Диапазон f, ГГц	14/11
Диаметр антенны DA, м	6
Эффективная полоса частот Dfш, МГц	36
Коэффициент шума приемника К	7,1
Шумовая температура антенны ТА, К	90
КПД АФТ	0,85

 

Исходные данные: диапазон частот 14↑/11↓ ГГц. Параметры передающей земной станции: координата 36° в.д., 52,5° с.ш.; диаметр антенны 10м; коэффициент усиления антенны 16,5 дБ; КПДАФТ КС 0,9. Параметры приемной космической станции: координаты 36° в.д.; коэффициент усиления антенны 35 дБ; коэффициент шума приемника 8 дБ; эффективная полоса частот 36 МГц; КПДАФТ ЗС 0,9; шумовая температура антенны 90 К.

Расстояние между передающей (КС) и приемной (ЗС) антеннами

, (1)

где ;

xЗС – широта земной станции;

 – разность долгот земной и космической станциями.

  , .

Тогда км.

 

Ослабление сигнала

, (2)

где d – расстояние между КС и ЗС;

 – длина волны.

  ,

.

 

Дополнительное ослабление на трассе

В дополнительных потерях сигнала учитываются поглощение в атмосфере (осадки) , потери из-за несогласованности поляризации антенн и потери из-за рефракции

 

, (3)

  .

 

 

Суммарная шумовая температура приемного тракта

, (4)

где ТА – шумовая температура приемной антенны;

Т0»290 К;

 – собственная шумовая температура  приемника.

  К,

К.

 

Коэффициент усиления антенны ЗС

, (5)

где – коэффициент использования поверхности антенны (0,6…0,8);

 – диаметр антенны ЗС.

.

 

Мощность передатчика КС