Cистемы подвижной спутниковой связи. Классификации ССС

Лекция 9.

Cистемы подвижной спутниковой связи (ССС)

Концепция спутниковой связи проста и заключается в обеспечении соединения наземных станций (рис.1), находящихся на большом расстоянии друг от друга, с помощью ретрансляционной аппаратуры, которая расположена на борту космического аппарата (КА), или спутникового ретранслятора (СР).

Рисунок 1

(КА движется по околоземной орбите почти без затрат энергии на это движение. Энергообеспечение бортового ретрансляционного комплекса осуществляется от солнечных батарей (СБ) и подзаряжаемых от них аккумуляторов, которые питают бортовую аппаратуру в периоды затенения Солнца Землей. Данные особенности делают ИСЗ в значительной степени автономной системой, которая способна работать в течение длительного времени, порядка 10-15 лет).

1. Классификации ССС

          Все спутниковые службы (ССл) связи по назначению сети и типу земных станций делятся на три категории:

·  Фиксированная ССл (ФСС);

·  Подвижная (или мобильная) ССл (ПСС);

·  Широковещательная ССл (ШСС).

Сети ФСС предназначены для обеспечения связи между стационарными станциями, организации магистральных каналов большой протяженности и региональной (зоновой) связи, построения корпоративных сетей. (Наиболее значительные коммерческие системы ФСС – Intelsat, Intersputnik, Eutelsat, Arabsat и AsiaSat. Наиболее мощной (на 2004 год) являлась система Intelsat).

Сети ПСС появились значительно позднее систем ФСС, в середине 70х годов. В зависимости от типа станций они подразделяются на морскую, воздушную и сухопутную сети. Первоначально подвижные наземные станции разрабатывались для систем в основном военного назначения. (Наиболее известные системы ПСС – Inmarsat, Iridium, GlobalStar, Гонец, Esat и др.).

ШСС предназначена для приема телевизионных и радиовещательных программ и является главной службой систем непосредственного телевизионного вещания (таких, как НТВ), спутникового телевизионного и радиовещания. (Наиболее известные системы ШСС –DirecTV, EchoStar, USSB).

2. Классификация ССС по орбитам, на которых располагаются КА

          Разновидности орбит СР, которые применяются в ССС, удобно представить в виде следующей схемы (рис.2).

Рисунок 2

          (В англоязычной литературе для описания орбит ССС вводят следующие обозначения GEO, LEO, MEO и EEO, соответственно Geostationary, Low, MediumandEllipticalEarthOrbits).

Прежде чем перейти к описанию особенностей каждой из типов орбит, рассмотрим вопрос о высотах, на которых располагаются описанные орбиты.

Высоты КА определяются расположением радиационных поясов Земли или поясов Ван Аллена. Пребывание КА в радиационных поясах Земли существенно снижает надежность и долговечность главным образом, первичных источников питания (солнечных батарей), а также радиоэлектронной аппаратуры.

          Существует три пояса Ван Аллена (рис. 3).

Рисунок 3

Высоты их расположения следующие:

1.  внутренний пояс – от 1500 до 9000 км над поверхностью Земли;

2.  внешний пояс – от 13000 до 19000 км;

3.  самый внешний – от 55000 до 75000км.

Таким образом, высоты наиболее пригодных орбит должны находиться между радиационными поясами. Поэтому для ССС, использующих LEO, лучшими круговые орбиты на высотах 700-1400 км, для систем на основе MEO – орбиты на высоте 10000 и 20000 км. Подходящей является и геостационарная орбита, которая располагается на высоте 35 875 км.

          Для определения параметров эллиптических орбит рассмотрим следующую схему (рис. 4):

EEО характеризуется высотами таких точек, как апогей и перигей, а также наклонением орбиты.

Апогей – точка орбиты КА, обращающегося вокруг Земли, наиболее удалённая от ее центра.

Перигей – ближайшая к Земле точка орбиты КА, обращающегося вокруг Земли.

Наклонение орбиты – угол между плоскостью орбиты и плоскостью экватора.

В качестве примера приведем параметры высокоэллиптической орбиты типа «Молния». Ее апогей находится в северном полушарии на высоте около 40000 км, перигей – в южном полушарии на высоте 500 км. Плоскость орбиты имеет наклонение 63,5 град.

  

Рисунок 4

3. Особенности ЕЕО

К особенностям ЕЕО можно отнести тот факт, что КА на высокоэллиптической орбите (например, того же типа «Молния») вращается синхронно с Землей, имеет период 12 часов и появляется над одними и теми же районами Земли в одно и то же время. В силу закона сохранения энергии угловая скорость СР в апогее значительно меньше, чем в перигее. Поэтому СР может находиться в зоне видимости определенного региона в течение более длительного времени, чем негеостационарный спутник с круговой орбитой. В частности СР типа «Молния» может обеспечивать длительность сеансов связи на территории России около 8-10 часов. Для глобальной круглосуточной связи достаточно группы из 3 таких КА.

4. Особенности GEO

КА, работающие на данной орбите, выводятся в восточном направлении на круговую орбиту с нулевым наклонением. На орбите данного типа угловая скорость движения СР совпадает по величине и направлению с угловой скоростью вращения Земли и теоретически КА оказывается неподвижным относительно точки на экваторе. (Отсюда и название орбиты). Такая точка на поверхности Земли носит название подспутниковой и определяется пересечением перпендикуляра из точки размещения СР к земной поверхности с поверхностью Земли.

          Достоинства и недостатки GEO:

·  возможность обеспечения непрерывной круглосуточной связи и практически полное отсутствие допплеровского сдвига частот;