Сайт радиолюбителей Волгограда RA4A.
Системы связи через ИСЗ
4 октября 1957 г. в СССР был осуществлен запуск ИСЗ. Этим запуском было положено начало освоению околоземного космического пространства человеком.
Одним из важнейших практических применений ИСЗ является осуществление дальней связи на УКВ, при котором ИСЗ играет роль ретрансляционной станции (рис. 1).
Рис.1
По своему принципу связь через ИСЗ подразделяется:
- активные СС;
- пассивные СС.
В пассивных СС на борту отсутствует аппаратура, а имеется только отражатель, с помощью которого отраженная волна попадает на земную станцию. Напряженность поля в этом случае будет мала и гораздо меньше, чем при активной ретрансляции.
В связи с малой напряженностью поля, приемо-передающее оборудование на земле становится значительно сложнее. Качественные показатели каналов также невелики.
Однако, отсутствие бортовой аппаратуры увеличивает надежность системы.
Ширина полосы частот пассивных СС практически не ограничена и можно организовать новые СС, когда спутник выведен на орбиту. Число корреспондентов, которые могут работать между собой через ИСЗ очень большое.
Перечисленные недостатки пассивных СС применима только при ТЛГ связи. Поэтому для передачи ТЛФ и ТВ используют активные ИСЗ.
Орбиты ИС при организации СС между пунктами А и Б
Траектория движения спутников Земли и, следовательно, время совместного видения ИСЗ с пунктов А и Б определяется орбитой.
Основные характеристики орбиты:
- наклонение плоскости орбиты к плоскости экватора;
- высота перигея (низшая точка орбиты);
- высота апогея (высшая точка орбиты).
Если орбита круговая, то высота перигея и апогея равны. Скорость обращения ИСЗ вокруг земли в этом случае равна U=630√r, где r радиус орбиты в км, отсчитанный от центра Земли. Период обращения вокруг Земли, согласно 3 закону Кеплера, равен Т=1,66·10-4·r3/2 мин . Этот период называют сидерическим или звездным, т.е. независящим от движения ИСЗ относительно Земли.
Если сидерический период равен 24 часам, то ИСЗ для наземного наблюдателя будет неподвижен. Такая орбита называется геостационарной. Высота ее над поверхностью Земли составляет порядка 36 тыс.км.
В бывшем СССР, а теперь в России на эту орбиту выводились спутники серии "РАДУГА" ("СТАЦИОНАР-I"), "СТАЦИОНАР-II", "Горизонт" и "ЗЕРКАЛО".
Зона видимости с ИСЗ на геостационарной орбите охватывает около 30% земной поверхности и поэтому 3 спутниками, отстоящими друг от друга на 120°, можно обеспечить связью почти весь земной шар.
Поскольку на ИСЗ находящейся на геостационарной орбите, кроме притяжения Земли действует притяжение Луны, Солнца и т.д., то для удержания спутника в заданной точке необходимо его корректировать, т.е. на спутнике иметь двигательные установки.
Недостатком геостационарной орбиты является сложность и невозможность обслуживания приполярных районов выше 81° северной или южной широты.
Для обслуживания этих районов в России используется другая орбита, орбита типа "Молния". Эта орбита эллиптическая с перигеем около 500 км и апогеем - 39000 км (рис. 2).
Рис.2
Наклонение орбиты к плоскости экватора примерно 63°. Апогей орбиты находится над Россией, а перигей над южным полушарием. Период обращения равен 12 часов. Находясь над территорией России он виден со всех точек. Длительность сеанса связи, например, между Москвой и Владивостоком составляет 9 часов. Для обеспечения круглосуточной связи на такую орбиту запускают одновременно не менее трех спутников. Через эти спутники в настоящее время осуществляются все виды связи в том числе ТВ распределительная сеть "Орбита".
Третий вид орбиты, это такой, когда спутник перемещается относительно земли и никогда не виден одновременно с пунктов А и Б. Эта так называемая низкая орбита и спутник на этой орбите работает как курьер. Пролетая над одним пунктом он принимает информацию и пролетая над другой передает ее (рис. 3)
Рис.3
Особенности систем связи через ИСЗ
1. Сложность запуска ИСЗ. Участвует в работе
большой комплекс оборудования.
2. Отсутствие замираний при связи через ИСЗ. Наблюдается только
колебание уровня сигнала во время осадков.
3. Уровень сигнала на входе земной станции очень слабый. Требуются
чувствительные приемники.
4. Система связи через ИСЗ охватывает большую территорию на поверхности
земли. Тремя спутниками можно охватить 90% поверхности Земли. При этом
возникают в системах помехи между станциями. Поэтому возникла
необходимость изучения электромагнитной совместимости связи или систем
связи.
5. Бортовая аппаратура (ВЧ) снабжена только одной антенной. Она смотрит
одновременно на обе станции А и Б.
6. В системах с ИСЗ, как правило, применяется 4-х частотная сетка
частот.
7. Надежность бортовой аппаратуры должна быть высокой (проводится
тщательный подбор всех элементов).
8. Имеет место запаздывание сигнала из-за больших расстояний (Н, t≈0,3
сек в одну сторону при стационарной орбите). Это запаздывание приводит
к эхо сигналам, которые возникают в дифференциальной системе. Для
борьбы используют эхо заградители.
9. Возникает эффект Доплера. Заключается он в том, что из-за движения
гетеродина приемника и гетеродина передатчика, частота принимаемого
сигнала изменяется. Для борьбы с этим явлением применяется АПЧ.
10. Возможен многостанционный доступ, что означает возможность
организации связи всех земных станций через один ИСЗ.
Выбор диапазона рабочих частот
Он определяется следующими соображениями:
1. Условиями распространения радиоволн в атмосфере
Известно, что атмосфере Земли радиопрозрачна в диапазоне 50 МГц- 10
ГГц. Ниже 50 МГц есть влияние ионосферы, а выше поглощение радиоволн
атмосферными осадками и газами.
2. Уровни шумов, принимаемых антенной земной станции.
Здесь основными источниками шумов являются излучения космического
пространства, тепловые шумы атмосферы и шумы Солнца. Наименьшие эти
шумы в диапазоне 1- 10 ГГц.
3. Интенсивное использование диапазона 1 - 10 ГГц другими службами,
которые существовали до появления ИСЗ.
Поэтому диапазон 1-10 ГГц регламентируется. Находятся также
радиосредства, которые могли бы быть наиболее совместимы со спутниковой
связью, и разрабатываются эффективные меры по взаимному ограничению
мощности и направлению излучения радиоволн.
Кроме указанного диапазона для систем с ИСЗ выделен дополнительный диапазон (несмотря на худшие условия распространения). Ряд полос в диапазоне 11 и 14 ГГц, а также в диапазонах 20 и 30 ГГц только для систем с ИСЗ.
Сайт радиолюбителей Волгограда RA4A.