Бортовой ретранслятор спутниковой системы связи

Основные данные о работе

Содержание

Введение.....................................................................................................................3

Основная часть...........................................................................................................5

          1 Принципы построения спутниковых систем передачи - ССП.........................5

2 Орбиты связных искусственных  спутников Земли........................................8

3 Принципы построения  спутниковых систем передачи  с многостанционным доступом………………………………………………………………………………….13

Заключение...............................................................................................................19

Глоссарий.................................................................................................................20

Список использованных источников.....................................................................26

Список сокращений……………………………………………………………….28

Приложение..............................................................................................................29

Введение

Стремительное развитие космонавтики, успехи в её изучении и исследовании выявило весьма высокую  эффективность использования околоземного космоса и космической техники в интересах многих наук о Земле. Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного прогнозирования погоды и гидрометеорологической обстановки, для навигации на морских путях и авиационных трассах, для высокоточной геодезии, изучения природных ресурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным.

В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование  космоса и космической техники, в различных областях хозяйства значительно возрастет.  Для нашей эпохи характерен огромный рост информации во всех сферах деятельности человека. Помимо прогрессирующего развития традиционных средств передачи информации—телефонии, телеграфии, радиовещания, возникла потребность в создании новых ее видов — телевидения, обмена данными в автоматических системах управления и ЭВМ, передачи матриц для печатания газет.

Традиционные средства связи в  отношении их видов, объема, дальности, оперативности и надежности передачи информации будут непрерывно совершенствоваться. Однако дальнейшее развитие их встречает немалые затруднения как технического, так и экономического характера. Уже теперь ясно, что требования, предъявляемые к пропускной способности, качеству, надежности каналов дальней связи, не могут быть полностью удовлетворены наземными средствами проводной и радиосвязи. Сооружение дальних наземных и подводных кабельных линий занимает много времени. Они сложны и дорогостоящи не только в строительстве, но и в эксплуатации, и в отношении дальнейшего развития. Обычные кабельные линии имеют к тому же сравнительно малую пропускную способность. Лучшие перспективы имеют широкополосные концентрические кабели, однако и они обладают рядом недостатков, ограничивающих их применение. Значительно большей пропускной способностью, дальностью действия, возможностью перестройки для различных видов связи располагает радио. Но и радиосигналы обладают определенными недостатками, затрудняющими во многих случаях их применение.

Сверх длинноволновые системы радиосвязи из-за ограниченности диапазона применяются обычно лишь для нужд транспорта, авиа навигации и для специальных видов связи. Длинноволновые радиолинии из-за ограниченной пропускной способности и сравнительно малого диапазона действия используются главным образом для местной радиосвязи и радиовещания. Коротковолновые радиолинии обладают достаточной дальностью действия и широко применяются во многих видах связи различного назначения. Новые пути преодоления свойственных дальней радиосвязи недостатков открыли запуски искусственных спутников Земли (ИСЗ). Практика подтвердила, что использование ИСЗ для связи, в особенности для дальней международной и межконтинентальной, для телевидения и телеуправления, при передаче больших объемов информации, позволяет устранить многие затруднения. Вот почему спутниковые системы связи (ССС) в короткий срок получили небывало быстрое, широкое и разностороннее применение.

Основная часть

1 Принципы построения спутниковых систем передачи - ССП

Спутниковые системы передачи обладают рядом существенных особенностей, отличающих их как от РРЛ прямой видимости, так и от дальних ТРРЛ. Так, функционирование ССП возможно при наличии ряда специальных подсистем. Ввиду этого ССП выделяют в самостоятельный вид систем передачи сообщений. Собственно ССП, называемая связной системой, включает в себя ряд подсистем:

1) космическую, в состав которой входит ракета-носитель и стартовый комплекс, обеспечивающую вывод ИСЗ на соответствующую орбиту;

2) командно-измерительную, имеющую земную и бортовую (установленную на спутнике) части, предназначенные для измерения параметров орбиты спутника и передачи с Земли команд управления;

3) телеметрическую, передающая часть которой находится на борту ИСЗ, а приемная на Земле, служащую для передачи данных о состоянии аппаратуры спутника, а  также о прохождении команд управления.

По способу ретрансляции сигнала  ССП делят на системы с пассивной и активной ретрансляцией.

Система, которая работает без бортовой аппаратуры, называется системой связи с пассивным спутником, или системой с пассивной ретрансляцией. В такой системе сигналы, посланные с Земли, отражаются поверхностью ИСЗ обратно без предварительного усиления. В качестве пассивных спутников могут использоваться как специальные отражатели различной формы (в виде сферических баллонов, объемных многогранников и др.), так и естественный спутник Земли - Луна.

При достаточном усилении земных приемных антенн и высокой чувствительности приемника земной станции (ЗС) этот метод радиосвязи находит применение в системах малой пропускной способности.

Система радиосвязи при наличии  бортовой аппаратуры называется системой с активной ретрансляцией сигнала, или системой с активным спутником. При этом энергоснабжение бортового ретранслятора (БР) осуществляется от солнечных батарей, находящихся на ИСЗ. Активная ретрансляция является основной в современных ССП. Примерная структурная схема дуплексной связи между двумя земными станциями (ЗС) при активной ретрансляции сигнала приведена в Приложении А.

Передаваемый в одном направлении сигнал U₁ подводится к модулятору земной станции (Мод ЗС), в результате чего осуществляется модуляция несущей частоты f₁. Эти колебания от передатчика земной станции (Пер ЗС) подводятся к антенне Ан1 и излучаются в направлении ИСЗ, где принимаются бортовой антенной БАн бортового ретранслятора (БР). Далее колебания с частотой f₁ поступают на направляющие фильтры (НФ), усиливаются первым приемником бортового ретранслятора (1-й ПР_БР), преобразуются в частоту f₂n и поступают к первому передатчику бортового ретранслятора (1-й ПЕР_БР). С выхода этого передатчика колебания с частотой f₂ через НФ подводятся к бортовой антенне БАн и излучаются в сторону Земли. Эти колебания принимаются антенной Ан2 и подводятся к приемнику земной станции (Пр ЗС) и детектору земной станции (Дет ЗС), на выходе которого выделяется сигнал U₁. Передача от противоположной ЗС сигнала U₂ происходит на частоте f₃ аналогичным образом, причем на бортовом ретрансляторе осуществляется преобразование колебаний с несущей частотой f₃ в колебания с частотой f₄.

Земные станции соединяются  с узлами коммутации сети связи, с  источниками и потребителями  типовых каналов и трактов, программ телевидения и звукового вещания  с помощью наземных соединительных линий.

Очень распространенным и экономически выгодным является использование связных ИСЗ для организации ТВ и радиовещания. В настоящее время под спутниковым ТВ и радиовещанием понимается как передача ТВ сигналов (со звуковым сопровождением), так и радиовещательных звуковых сигналов от одного или нескольких земных передатчиков, связанных с центрами формирования ТВ и радиопрограмм, через ИСЗ на сеть земных приемных установок и распределение этих программ с целью доведения их до абонентов (телезрителей или радиослушателей) с помощью наземных средств связи (ретрансляторов различной мощности, систем кабельного телевидения - СКТВ, средств коллективного и индивидуального приема). Как правило, в зоне обслуживания связных ИСЗ располагается сеть приемных ЗС различных типов.

В зависимости от типа ЗС и назначения систем спутниковой связи различают следующие службы радиосвязи:

- фиксированная спутниковая служба (ФСС) - служба радиосвязи между  ЗС, расположенными в определенных  фиксированных пунктах, при использовании одного или нескольких спутников;

- подвижная спутниковая служба - между подвижными ЗС с участием одного или нескольких ИСЗ;

- радиовещательная спутниковая  служба (РВСС) - служба радиосвязи, в  которой сигналы спутниковых  ретрансляторов предназначены для  непосредственного приема населением. При этом непосредственным считается как индивидуальный, так и коллективный прием на сравнительно простые и недорогие установки с соответствующим качеством.

2 Орбиты связных искусственных спутников Земли

Орбиты связных искусственных  спутников Земли - это траектории движения ИСЗ в пространстве. Они определяются многими факторами, основным из которых является притяжение спутника Землей.

Ряд других факторов – торможение спутника в атмосфере Земли, влияние  Луны, Солнца, планет и т.д. - также  оказывает влияние на орбиту спутника. Это влияние весьма мало и учитывается в виде так называемого возмущения орбиты спутника, т.е. отклонения истинной траектории от идеальной, вычисленной в предположении, что спутник движется только под действием притяжения к Земле. Поскольку Земля является телом сложной формы с неравномерным распределением массы, то вычислить идеальную траекторию сложно. В первом приближении считают, что спутник движется в поле тяготения шарообразной Земли со сферически-симметричным распределением масссы. Такое поле тяготения называется центральным.

Основные параметры, характеризующие  движение ИСЗ, могут быть определены с помощью законов Кеплера.

Применительно к спутникам Земли  законы Кеплера формулируются следующим  образом.

Первый закон Кеплера: орбита спутника Земли лежит в неподвижной плоскости, проходящей через центр Земли, и является эллипсом, в одном из фокусов которого находится центр Земли.

Второй закон Кеплера: радиус-вектор спутника (отрезок прямой, соединяющий спутник, находящийся на орбите, и центр Земли) в равные промежутки времени описывает равные площади.

Третий закон Кеплера: отношение квадратов периодов обращения спутников равно отношению кубов больших полуосей орбит.

В системах связи могут использоваться ИСЗ, движущиеся по орбитам, которые  отличаются следующими параметрами: формой (круговая или эллиптическая); высотой над поверхностью Земли Н или расстоянием от центра Земли; наклонением, т.е. углом φ между экваториальной плоскостью и плоскостью орбиты. В зависимости от выбранного угла орбиты подразделяются на экваториальные (φ = 0), полярные (φ = 90°) и наклонные (0 < φ < 90°). Эллиптические орбиты, кроме того, характеризуются апогеем и перигеем, т.е. расстояниями от Земли, соответственно, до наиболее удаленной и до ближайшей точки орбиты. Апогей и перигей орбиты являются концами большой оси эллипса, а линия, на которой они находятся, называется осью апсид. При высоте ор-биты 35 800 км период обращения ИСЗ будет равен земным суткам. Экваториальная круговая орбита с высотой 35 800 км при условии, что направление движения спутника совпадает с направлением вращения Земли относительно своей оси (с запада на восток), называется геостационарной орбитой (ГСО). Такая орбита является универсальной и единственной. Спутник, находящийся на ней, будет казаться земному наблюдателю неподвижным. Подобный ИСЗ называется геостационарным. В действительности ИСЗ, математически точно запущенный на ГСО, не остается неподвижным, а из-за эллиптичности Земли и по причине возмущения орбиты медленно уходит из заданной точки и совершает периодические (суточные) колебания по долготе и широте. Поэтому на ИСЗ должна быть установлена система автоматической стабилизации и удержания его в заданной точке ГСО.

Большинство современных ССП базируется на геостационарных спутниках. Однако в некоторых случаях представляют интерес сильно вытянутые эллиптические орбиты, имеющие такие параметры: угол наклонения φ = 63,5°, высота в апогее примерно 40 000 км, в перигее около 500 км. Для России с ее обширной территорией за Полярным кругом такая орбита является весьма удобной. Спутник, выведенный на нее, вращается синхронно с Землей, имеет период обращения 12 ч и, совершая за сутки два полных витка, появляется над одними и теми же районами Земли в одно и то же время. Длительность сеанса связи между ЗС, находящимися на территории России, при этом составляет 8 ч. Для обеспечения круглосуточной связи приходится выводить на эллиптические орбиты, плоскости которых взаимно смещены, 3-4 спутника, образующих систему спутников.