Проект региональной спутниковой системы телевизионного вещания

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРБИТАЛЬНОЙ  ПОЗИЦИИ, НАИМЕНОВАНИЯ ИСЗ И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ  СВЯЗИ

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРБИТАЛЬНОЙ ПОЗИЦИИ, НАИМЕНОВАНИЯ ИСЗ И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ 

 

1.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРБИТАЛЬНОЙ ПОЗИЦИИ И НАИМЕНОВАНИЕ ИСЗ

 Классификация  орбит ИСЗ по наклонению

В общем  случае наклонение орбиты ИСЗ лежит  в диапазоне 0° < "i" < 90° (см. рис. 3.1). В зависимости от значение наклонения и высоты ИСЗ над поверхностью Земли, положение областей его видимости имеют различные границы широты, а в зависимости от высоты над поверхностью - и различный радиус этих областей. Чем больше наклонение, тем на более северных широтах может быть виден спутник, а чем он выше - тем шире область видимости. Таким образом, наклонение "i" и большая полуось "a" определяют перемещение по поверхности Земли полосы видимости ИСЗ и её ширину.

    Экваториальные орбиты

    Экваториальная орбита - крайний  случай орбиты, когда наклонение "i" = 0° (см. рис. 3.2).. Ширина полосы видимости спутника, которая расположена вдоль экватора, определяется его высотой над поверхностью Земли. Орбиты с малым наклонением "i" часто называют "около экваториальными".

Полярные  орбиты

Полярная  орбита - второй крайний случай орбиты, когда наклонение "i" = 90° (см. рис. 3.3). Поворот орбиты происходит в сторону, обратную относительно вращения ИСЗ, и не превышает 5°/сутки. Подобный полярный ИСЗ последовательно проходит над всеми участками поверхности Земли.

Солнечно-синхронные орбиты

Солнечно-синхронная орбита (ССО) - особый вид орбиты, часто используемый спутникам, которые производят съёмку поверхности Земли. Представляет собой орбиту с такими параметрами, что спутник проходит над любой точкой земной поверхности приблизительно в одно и то же местное солнечное время. Движение такого спутника синхронизировано с движением линии  по поверхности Земли - за счёт этого спутник может лететь всегда над границей освещённой и неосвещённой солнцем территории, или всегда в освещённой области, или наоборот - всегда в ночной, причём условия освещённости при пролёте над одной и той же точкой Земли всегда одинаковые. Для достижения этого эффекта орбита должна вращаться в сторону, обратную вращения Земли (т.е. на восток) на 360° в год, чтобы компенсировать вращение Земли вокруг Солнца. Такие условия соблюдаются только для определённого диапазона высот орбит и наклонений - как правило, это высоты 600-800 км и наклонение "i" должно быть порядка 98°, т.е. ИСЗ на солнечно-синхронных орбитах имеют обратное движение. При увеличении высоты полёта ИСЗ наклонение должно увеличиваться, из-за чего он не будет пролетать над полярными районами. Как правило, солнечно-синхронные орбиты близки к круговым, но могут быть и заметно эллиптичными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.1 Общий случай орбиты спутника с  наклонением  0° < "i" < 90°.

 

Рис. 3.2. Экваториальная орбита.

видимости спутника определяется его  высотой над поверхностью Земли, но спутник рано или поздно можно  увидеть из любой точки. Орбиты с  наклонением "i", близким к 90°, называют "приполярными".

Р Рис. 3.3. Полярная орбита. с. 5. Полярная орбита.

 

Рис. 3.4. Солнечно-синхронная орбита.

Рис. 6. Солнечно-синхронная орбита.

 

 

 

 

 

 

В соответствии с заданными  в [1] пунктами расположения земных станций (ЗСС)и  их географическими координатами: Хабаровск(135⁰47^’; 48⁰42^’) – Магадан(150⁰71’;59⁰45^’) соответственно, выбираем ИСЗ по своему расположению находящийся более близко к проектируемой ССВ.

В настоящее время все  КА( космические аппараты) универсальны то есть пригодны для передачи информации любого вида, поэтому для проектируемой ССВ можно использовать любой ИСЗ, рассмотренный в таблице 2.1, предыдущего раздела.

Итак, выбор спутника будет  осуществляться следующим образом. Поскольку у ИСЗ есть своя уникальная  позиция на орбите и она определяется  проекцией на точку на Земле под  этим спутником и характеризуется  географической координатой –долгота(угол, между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и плоскостью начального нулевого меридиана, от которого ведется отсчет долготы, при чем отсчет ведется от Гринвичского меридиана, в лево от него-западная долгота, в право-восточная  [4] ),то выбираем  КА, который  находится по долготе ближе всего к двум пунктам расположения  проектируемых земных станций.

В таблице 2.1 выберем спутник, координата орбитальной позиции, спроецированная  на поверхность Земли находится  между данными пунктами-Экспресс АМ-3 (140⁰ в.д).

Данный спутник находится  на геостационарной( экваториальной орбите), это означает, что он расположен над экватором Земли (0⁰ широты(угол между местным направлением зенита и плоскостью экватора, отсчитываемый от 0 до 90 градусов в обе стороны от экватора, если вверх-северная широта, вниз-южная [4])) и обращается вокруг планеты с угловой скоростью равной угловой скорости вращения Земли вокруг оси. В этом случае, период обращения КА строго равен суткам, поэтому для наземного наблюдателя они неподвижно «висят» на небосклоне.

Вследствие этого при  достижимых, на сегодняшний день точностях  удержания спутника в рабочей  точке на орбите и систем ориентации бортовых антенн на земных станциях нет  необходимости использовать достаточно дорогие и сложные следящие системы  наведения антенн. Это существенно  снижает стоимость наземного  сегмента ССС и затраты на его  эксплуатацию.

 

 

 

 

3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ  ПАРАМЕТРОВ ССС  

 

В  данном пункте необходимо рассчитать  угол места( угол возвышения), азимут и наклонную дальность.

Направление на спутник  определяется географическими координатами земной станции и местоположением  ИСЗ, и характеризуется двумя  координатами: азимут и угол места.

(Формулы и определения  из [1])

Угол места определяется как угол между направлением на спутник  и проекцией этого направления  на плоскость касательную к поверхности  Земли

Угол места определяется по формуле 3.1

                                                        (3.1)

Где (3.2)

 

 - географическая широта подспутниковой точки, в случае экваториальной орбиты=0;

 - географическая широта земной станции;

 –географическая долгота земной станции и подспутниковой точки;

R – радиус земли, равный 6371,21 км;

Z –  радиус геостационарной орбиты, равный 42246,21 км.

 

  Азимут – угол между проекцией направления на спутник на плоскость, касательную к поверхности земли и направлением на север. При расположении земной станции в северном полушарии западнее точки стояния спутника азимут определяется по формуле:

                                                                             (3.3),

А при  расположении ЗСС в северном полушарии  восточнее точки стояния спутника то  по формуле:

 

 

                                                                   _(3.4)

       Наклонная дальность – расстояние  между ЗС и КА. Определяется  по формуле:

                                                       (3.5)

Рис 3.5 изображение пространственных параметров ССС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как  у нас две земные станции, во-первых, расчеты  пространственных координат, будут рассчитываться для каждой станции, и обозначим что передающая ЗС у нас находится в Хабаровске, а приемная ЗС в Магадане, следовательно  у нас получается, что от передающей антенны на земной станции в Хабаровске до приемного транспондера на КА будет «линия вверх», а от передающего транспондера на КА до приемной антенны на земной станции в Магадане –«линия вниз».

Расчет  пространственных параметров для «линии связи вверх»

Координаты:

Хабаровск

Долгота 135⁰47^’=135,78⁰

Широта 48⁰42^’=48,7⁰

КА  Долгота=140⁰

Так как  у нас геостационарная орбита то ,

Произведем  расчет по формулам (3.1-3.5):

_(3.2)

_(3.1)

_{Так как Хабаровск  находится западнее точки стояния  спутника то Азимут находим по формуле( 3.3)}

_(3.3)

 

Определим наклонную дальность:

_(3.5)

Расчет  пространственных параметров для «линии связи  вниз»

Координаты:

Магадан

Долгота 150⁰71^’=151,18⁰

Широта 59⁰45^’=59,75⁰

КА  Долгота=140⁰

Так как  у нас геостационарная орбита то ,

Произведем  расчет по формулам (3.1-3.5):

   _(3.2)

_(3.1)

_{Так как Магадан  находится  восточнее точки  стояния спутника то Азимут находим  по формуле( 3.4)}

_(3.4)

 

Определим наклонную дальность:

_(3.5)