Отчет по практике в «Қазгидромет»

Ғарыш сегменті, яғни спутниктер – ретронсляторлар және оларды орбитаға шығаратын құралдар және жер бетінен басқаратын құралдарды айтамыз. Спутниктер – ретронсляторлар 2 негізгі түйіндерден тұрады: ғарыштық платформа және борттық ретронслятор.

 

1-сурет. Спутниктік антеннаның құрылысы

Борттық ретранслятор жер стансасының сигналдарын қабылдайды, оларды күшейтеді және жерге тасымалдайды. Спутник арқылы берілетін борттыұ антенналардың көмегімен сигнал бір немесе бірнеше сәулелерге фокусталады да, қажетті қызмет көрсету аймағы қалыптасады [4].

2-сурет. Борттық ретранслятордың  сұлбасы (3 сабаы бар)

Радиожиіліктік арналар (ретрансляторлар) немесе сабақтарының саны әрбір сабақтағы таратқыштар қуаты, қызмет көрсету аймағының саны мен өлшемі байланыс спутниктерінің негізгі сипаттамалары болып табылады.

Өзара бөгеулерді азайту үшін спутниктен сигналдарды жиілік бойынша тасымалдау жүргізіледі. (Downlink). Ол жиілік сигналды жерден спутникке тсымалдайтын жиіліктен (Uplink) ерекшеленеді, сондықтан спутник ресрансляторының құрамында жиілікті түрлендіргіштер болады. Көбіне Downlink жиілігі  Uplink жиілігіне қарағанда төмен болады. Спутниктік байла

ныс жүйесі үшін белгілі бір жиілік аралықтары анықталған. Олардың көрсеу аймағының саны, өлшемі және пішімі антеннаның құрылымымен анықталады.

Жер бетінен басқаратын жынтықтар (ЖБЖ) спутник орбитасыны параметрлерін телеметрлік бақылау және өлшеу нәтижесі бойынша болған орбитаны түзетуге береді. Жер сегменті пайдаланушыларды орнатылған спутниктік байланыстың абоненттік стансасының желісін және сонымен қатар желіні басқару орталығын білдіреді. Абоненттік стансалар стационарлы және қозғалмалы болуы мүмкін.

3-сурет. Жер стансасының құрылымдық  сұлбасы

 

Бекітілген спутниктік байланыс (БСБ) жүйесінің типтік жер стансасы (ЖС) келесідей негізгі түйіндерден тұрады:

- ғарыштық байланыс стансасы (ҒБС);

- арна тудыратын аппаратура (АТА);

- шеткі (ақырғы) жаюдық;

- жалғайтын желі аппаратурасы.

Ғарыштық байланыс стансасы ақпаратты спутниктік арна бойынша қабылдауды және таратуды қамтамасыз етеді. Оның құрамына антенналық жүйе, қабылдағыш-таратқыш жабдық және жиілікті түрлендіргіштер кіреді. Антеннаның өлшемі мен таратқыштың қуаты спутниктің эквивалентті изотропты сәуленетін қуатымен және оның қабылдағышы антенналар санымен, сонымен қатар тасымалданатын сигналдың жиіліктік жолағымен анықталады.

Бұл аппаратураның ғарыштық байланыс стасасымен байланысты аралық жиілікте, көбіне асады. Жалғайтын желі аппаратурасы жер стасасын жер бетіндегі  байланыс желілері мен дәне пайдаланылуының аппаратурасымен байланыстыруға арналған.

4-сурет. Орбиталар

 

Кестеде әртүрлі орбиталдардың кейбір сипаттамалары көрсетілген

Айналу перилды (сағат)	Тәуліктег айналым саны	Айналма орбитаның биіктігі
4	6	6750
6	4	10750
8	3	14250
12	2	20325
24	1	35875

 

Геостационарлық орбиталар спутниктік байланыс жүйесін құрған кезде танымал болып табылады. Спутниктің геостанционарлық орбита айналу периодын тәулігіне 24 сағат құрайды, жер бетіндігі бақылаушы үшін ол қозғалмай тұрған тәрізді көрінеді. Бұл спутниктік байланыс үшін тиімділігі жоғары бекітілген бір жаққа бағытталған антеннларды пайдалануға рұқсат береді. Геостанционарлық спутниктің көріну аймағын шамамен жердің үштен бір бөлігін құрайды, олрадың көмегімен үлкен территорияларға қызмет көрсетуге болдаы. Барлық жер бетіне қызмет көрсетуүшін 3 геостанцонарлық спутник жеткілікті. Бұндай спутниктер арқылы жұмыс істейтін жер стансаларының арасындағы қашықтық бірнеше мыңдаған км болуы мүмкін. Спутник пен жер стансасының арасындағы үлкен қашықтық геостационарлық орбитаның кемшілігі болып табылады. Осының нәтижесінде жер-ғарыш желісінде сигнал қатты басылып қалады да, қабылдағыштың сезімталдығына және таратқыштың шығыс қуатына қойылатын талаптар қатаяды. Сонымен қатар бұндай құрайтын кезде кедергі айқын көрінеді.

Төменгі орбиталарда спутник пен жер стансасы арасындағы арақашықтық аз. Желідегі жоғалтулар мыңдаған есеге аз болады. Таратқыщтың қуаты мен қабылдағыштың сезімьалдығына қойылатын талаптарды едәуір азайтуға болады. Басқа жағынан қарасақ, қызмет көрсету аймағының диаметрі шамамен 50 км тең және әрбір спутник жер стансасының 15-20 минутқа жуық көріну аймағында орналасады. Сонымен қатар төмен ұшатын спутниктермен жұмыс істеу үшін не тиімділігі аз кең бағытталған антенналарды, не спутниктерді бақылау жүйесі күрделі бір жаққа бағытталған антенналрды қолдану керек [5].

Бекітілген спутниктік қызметтер (БСҚ) қозғалмайтын жер стансаларымен байланысты ұйымдастыруға арналған және көбінесе геостанционарлық орбитаға жіберілетін спутниктер-ретрансляторлардың негізінде құрастырылады.

Халықаралық жүйелер 48 «Глобслстар», 66 «Иридиум» спутниктердер тұрады.

Қазіргі спутниктік жүйелер байланыстың теледидарлық, радиобағдарламалық, аймақтық желілерінің таралуынан бастап ықшам спутниктік терминалдар көмегімен планетаның кез келген нүктесінен дербес байланысқв дейін қызметтердің кең спектрін ұсынады. Пайдалануылардың қажет етуіне байланысты әртүрлі жер бетіндегі және спутниктік жүйелерінің комбинациясы қолданылады. Көптеген жағдайда спутниктік байланыс жүйесінің бағасы арзан және олар жер бетіндегі жүйелерге қарағанда экономика тұрғысынан тиімді.

Globalstar – төменгі орбиталды спутниктерді қолдануға негізделген ғаламдық персоналды байланыстың цифрлық жүйесі. Globalstar жүйесін жасаған кезде OUALCOM  фирмасын арналардың кодтық бөлінуі бар ұялы байланыс жүйесінің үлгісін алынған. Globalstar сөздің, деректердің факсимильді тарату, қозғалып тұратын объектілердің координаталарын анықтау қызметтерін орындайды. Айта кететін бір жайт бұл жүйе тек қана ұялы байланыс абонентеріне ғана емес, сонымен қатар қарапайым байланыс абоненттеріне арналған.

 

3. Globalstar жүйесі және инфрақұрылымы

 

Globalstar жүйесі 3 негізгі сегменттен  тұрады: ғарыштық, жер үсті, қолданушы  сегменті.

Жобаға байланысты ғарыштық сегмент 48 негізгі жасанды жер спутниктерінен (ЖЖС) және 4 резервті спутниктерден тұрады. Ауытқыған экваторға шеңбер бойымен 52 градусқа, жүйенің қызмет ету аясының кеңдігін тарылтады. ЖЖС-ның орбитада айналу периоды 113 минут, орбианың биіктігі 1414 км. Орбитаның биікте болуы бір жағынан қызмет ету аясын кеңейтуге мүмкіндік береді және оның қызмет ету мерзімі үлкен-7,5 жыл. Екінші жағынан қарағанда сигналдың кешігуі, өшіп қалуына әсер етеді.

Ғарыштық сегмент орта кеңдіктегі қолданушыларға жақсы қызмет көрсетуді қамтамасыз ететіндей жасалынған.

Персоналды байланыс спутниктік жүйесінің ең бір маңызды сипаттамаларының бірі байланыс сапасына әсер ететін және жүйеге қол жеткізуге мүмкіндік беретін ЖЖС-ң минималды жоғарылау бұрышы. Жоғарылау бұрышы үлкен болғанда сигналдар спутниктен жерге барғанда жер атмосферасының сигналдың өшуіне әсер ететін жұқа қабатына өтеді және жердегі барлық мүмкін болатын кедергілер әсері төмен болады. Жүйедегі спутниктер саны минималды жоғарылау бұрышын анықтайды. Полярлы орбиталар үшін спутниктер сан экваторлы аймақты қамту қажеттілііне байланысты болады, себебі полюстердегі орбиталар қиылысқанда бұл жердегі жүйенің сыйымдылығының толып кетуінеалып келеді. Экваториалды аймақтағы Globalstar жүйесінің минималды жоғарылау бұрышы 15-20 градус болады, ол өз кезегінде қолданушыларға сапалы қызмет көрспетуге әсерін тигізеді.

Globalstar спутниктерінде үштік тұрақтандыру жүйесі қарастырылған. ЖЖС-ң салмағы 400-450 кг-ға жуық. Күн батареяларының қуаты 110 Вт. ЖЖС беру жүйесінің қуаты жуық шамамен 1 кВт-қа тең.

Жер станцияларымен (фидерлі байланыс желілері) байланыс құру үшін спутниктерде С-жиіліктер диапазонында істейтін 2 рупорлы антенналар орнатылады. ЖЖС бар байланыс желілерінің ұялы байланысты қолданушыларға экплуатациялау жиілігінің L диапазоны (1610-1626 МГц) жоғары желі абоненті және S диапазоны (2483-2500 МГц) төмен желісінің абоненті бойынша . L және S диапазонында антенналар 16 сәулесә бар активті антенналы ұяшықтардан тұрады.

Жер үсті сегменті Globalstar-ң жардің байланыс станцияларын және орбиталды топтарды бсқаратын, бақылайтын орталықтардан және жер үсті құралдарынан құралған. Рбиталды топтардың басқару және бақылау орталықтары тееметриялық ақпарат негізінде ЖЖС қазіргі жағдайын жіне олардың параметрлерін бақылайды [6].

Globalstar жүйесі негізінен жерждегі  телекоммуникациялық инфрақұрылымдармен  интеграциялауға бағытталған және ол жердегі байланыс станциялары ондаған негізгі элемент болып табылады. Жердегі байланыс станциялары қазіргі болашақтаға телекоммуникациялық жүйелерді интерфейспен қамтамасыз ететін шлюздер болып табылады. Барлық шақыртулар жердің  байланыс станциясында өңделіп және коммутациялануы керек. Мұнда жергілікті байланысты ұйымдастыр принципі бар әр абоненттің жақын байланыс станциясына (6-сурет) шығу міндетті, одан кейін басқа абонентермен байланыс ұйымдастырады.

 

5-сурет.

 

Жүйеде жердің байланыс станцияларының көп болуы жер үсті эелісіне тәуелді болып қалады. Жер бетін аламдық қамту үшін ұлттық шекаралар мен трафикті еске ала отырып Globalstar жүйесін кеңінен тарту мақсатында 150-210 жердің байланыс станциясы керек болады.

 

 

4 «Қазгидромет» РМК-ның  спутниктік антенналары

 

«Қазгидромет» РМК-да спутникті антеналар арқылы ақпараттарды қабылдап алып, оларды түрленіреді. Globalstar жүйесімен байланысқан антенналары үздіксіз ақпаратты беріп, байланыстың өте жоғары дәрежеде жұмыс істеуін қамтамасыз етеді.

 «Қазгидромет» Республикалық Мемлекеттік кәсіпорнында орнатылған антеннаның бір түрі GOLDEN INTERSTAR спутниктік антенна болып табылады. Антенна толықтай болаттан жасалған және де арнайы антикорозинді бояумен жабылған. Бұл антенна толықтай қапталған, әрі өте тез жиналатын болып келеді. Яғни, оны транспорттауға, жинап қайта орнатуға тиімді. Бұл антеннаның пішіні аналогты болып келеді, себебі сигналды қабылдау алу дәрежесі жоғары болып табылады. 

 

 

 

6-сурет. GOLDEN INTERSTAR спутниктік антенна

 

 

Техникалық сипаттамалары

 

Материал	болат
Айналық жүйе түрі	offset
Орналасу түрі	азимутты-бұрыштық
Жиілік диапазоны	10,7-12,75 ГГц
Орнатылған жердің бұрыш   дапазоны	10° - 45°
Азимут бойынша ауыстыру  дипазоны	0°-360°
11,5 ГГц/12,75 ГГц жиілігінде күшейту  коэффициенті	37.65dB/38.55dB
F/D	0.64
Рафлектор көлемі	795*845 мм
Айнаның қалыңдығы	0,7 мм
Фокус арақашықтығы	530 мм
Кронштейн диамерті	60 мм дейін
Жалпы салмағы	93 кг

7-сурет. «Қазгидромет» РМК-да орнатылған GOLDEN INTERSTAR спутниктік антеннасы

Спутниктік конвертер — күшейткін сигналды өзіне қосатын, спутниктан қабылдайтын қабылдағыш құрылғы. Электромагниттік толқындарды түрлендіру үшін коаксиалды кабель арқылы тұтынушыға аз жоғалтулармен таратату мақсатында қолданылады. Конвертер спутниктік антеннаның фокустық ортасында орналасады [7].

 

8-сурет. Bigsat компаниясының GOLDEN INTERSTAR антеннасының конвертері

9-сурет. Gilat компаниясының Channel Master антеннасы

 

Негізгі сипаттамалары:

• Антеннаның диаметрі: 1.2 м ;
• Жұмыс істеу жиілігі (ГГц): қабылдау жиілігі - 10.70 - 12.75 ГГц; тарату жиілігі - 13.75 - 14.50 ГГц ;
• Диапозон ортасындағы күшейту (± 0.2 дБ): қабылдау - 41.8 дБ; тарату - 43.3 дБ ;
• Антеннаның шулық температурасы: орын бұрышы 20° - 31K; орын бұрышы 30° - 24K;
• Кернеу арқылы тұрған толқынның коэффициенті: 1.3 : 1 (макс.).