Системы спутниковой связи

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «средства связи  и информационная безопасность»

 

 

 

 

 

Реферат

На тему: «системы спутниковой связи»

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                      Проверила:

Г.Н.Лобова

                                                                                      Выполнил:

В.С.Панфёрова

студент группы ИТ - 112

 

 

                                              Г.Омск 2013

Содержание

Введение ………………………………………………………………..

1. Спутниковая связь ………………….................................................... 
2. История спутниковых систем связи ……………………………….. 
3. Системы спутниковой связи ………………...................................... 
4. Недостатки спутниковой связи………………………………….....

5. Преимущества спутниковой связи ....................................................

6. Услуги, предоставляемые системами спутниковой связи .............

7. Тенденции развития современной спутниковой связи..................

 
Заключение……………………………………………………………... 
Список использованной литературы………………………………….. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Спутниковая связь широко распространена в мире и используется для создания международных и национальных сетей  связи, передачи данных на основе малых  земных станций, установленных непосредственно  у потребителя, многопрограммного  телевизионного вещания с индивидуальным приемом.

Вообще, системы спутниковой связи  дороже наземных. Необходимо подчеркнуть, что проблема спутниковой связи  и вещания имеет несколько  важных аспектов. В первую очередь - технический аспект, который предусматривает  создание и вывод на орбиту многоствольных спутников - ретрансляторов с узконаправленными  антеннами, создание земных передающих пунктов, производство простых приемных устройств массового пользования. Решение таких технических задач  требует применение самых современных  технологий и средств космической  техники.

Важную роль играет экономический  аспект. Поскольку средства связи  и вещания являются массовыми  и в зависимости от размеров зоны обслуживания могут содержать миллионы наземных приемных устройств. Поэтому  важное значение придается экономической  оптимизации, которая позволяет  сделать земные средства связи и  распределения телевизионных программ наиболее эффективными и недорогими и таким образом снизить затраты  на создание всей системы.

Третий аспект - международный. При создании практически любой  национальной системы спутниковой  связи (вещания) не удается локализовать ее деятельность только внутри зоны обслуживания. Наиболее важна и необходима международная  координация спутниковых систем, которая предусматривает четко  спланированное использование геостационарной  орбиты и регламентация ряда параметров искусственных спутников Земли  и земных станций, которые влияют на электромагнитную совместимость  с другими службами системы.

Сегодня растут потребности в телекоммуникациях. Наземные радиорелейные линии не могут в полной мере удовлетворить  обмен радиовещательных и телевизионных  программ, особенно если они сильно удалены друг от друга. Между ретрансляторами  не может быть больших расстояний, поэтому размещение наземных ретрансляторов связано со значительными техническими и экономическими сложностями, а  связь через океаны и труднодоступные  территории просто невозможна. От этих недостатков свободны спутниковые  системы связи (ССС). Они могут  ретранслировать сигналы с высоты в десятки тысяч километров. ССС  обладают высокой пропускной способностью и позволяют обеспечить экономичную  круглосуточную связь между любыми оконечными пунктами, обмен радиовещательными  и телевизионными программами, одновременную  работу без взаимных помех большого числа линий.

В настоящее время у  многих ведомств и организаций возникает  необходимость оперативного слежения за местоположением и состоянием подвижных объектов, а также передачи на них оперативной информации.  
Практически все заинтересованные диспетчерские службы в настоящее время имеют в своем распоряжении те или иные технические средства, позволяющие осуществлять контроль/слежение за передвижением своих объектов. Однако существующие средства не являются совершенными, обладают малой степенью автоматизации и имеют малую достоверность. 
В последние годы настоятельно ставится задача о внедрении новых надежных технических средств, которые позволили бы осуществлять автоматизированный сбор диспетчерской информации с подвижных объектов, а также передавать информацию на объекты. Технически эта задача может быть выполнена целым рядом средств, как традиционных, так и спутниковых. На практике, однако, ни одна из возможных систем так и не была реализована на территории России. 
Создание такой системы позволит обеспечить автоматизированный сбор информации о дислокации подвижных объектов, обслуживаемых в рамках данной системы вне зависимости от их местоположения на Земном шаре, т.е. в глобальном режиме. При этом средства системы будут автоматически вычислять географические координаты местоположения объектов и направлять их в соответствующие диспетчерские пункты пользователей. Информация может быть также запрошена с объекта по инициативе диспетчера из диспетчерского пункта и имеется возможность передать на объект необходимую информацию. 
Средства системы позволяют не только решать коммерческие цели управления, но и обеспечат повышение безопасности движения объектов и будут способствовать охране человеческой жизни. Данные о дислокации аварийных объектов могут быть переданы в соответствующие поисково-спасательные службы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История спутниковых  систем связи

Спутниковая связь — один из видов  радиосвязи, основанный на использовании  искусственных спутников земли  в качестве ретрансляторов. Спутниковая  связь осуществляется между земными  станциями, которые могут быть как  стационарными, так и подвижными.

Спутниковая связь является развитием  традиционной радиорелейной связи  путем вынесения ретранслятора  на очень большую высоту (от сотен  до десятков тысяч км). Так как  зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает - в большинстве случаев  достаточно и одного.     

 Космическая или спутниковая связь по существу является разновидностью радиорелейной (тропосферной) связи и отличается тем, что ее ретрансляторы находятся не на поверхности Земли, а на спутниках в космическом пространстве.     

  Впервые идею спутниковой связи представил в 1945 году англичанин Артур Кларк. В радиотехническом журнале он опубликовал статью о перспективах ракет, подобных «Фау-2», для запуска спутников Земли в научных и практических целях. Знаменателен последний абзац этой статьи: «Искусственный спутник на определенном расстоянии от Земли будет совершать один оборот за 24 ч. Он будет оставаться неподвижным над определенным местом и в пределах оптической видимости почти с половины земной поверхности. Три ретранслятора, размещенные на правильно выбранной орбите с угловым разнесением на 120°, смогут покрыть телевидением и УКВ радиовещанием всю планету; я боюсь, что те, кто планирует послевоенные работы, не сочтут это дело простым, но я считаю именно этот путь окончательным решением проблемы».      

  4 октября 1957 г. в СССР  был осуществлен запуск первого в мире искусственного спутника Земли, первого космического объекта, сигналы которого принимались на Земле.  Этот спутник положил начало космической эры. Излучаемые спутником сигналы использовались не только для пеленгации, но и для передачи информации о процессах на спутнике (температура, давление и пр.).  Эта информация передавалась путем изменения длительности посылок, излучаемых передатчиками (широтно-импульсная модуляция). 12 апреля 1961 г. в Советском Союзе впервые в истории человечества осуществлен полет человека в космическое пространство. Космический корабль «Восток» с летчиком-космонавтом  Ю. А. Гагариным на борту был выведен на орбиту спутника Земли. Для измерения параметров орбиты корабля-спутника и контроля работы его бортовой аппаратуры на нем была установлена многочисленная измерительная и радиотелеметрическая аппаратура. Для пеленгации корабля и передачи телеметрической информации использовалась радиосистема «Сигнал», работавшая на частоте 19,955 МГц. Двусторонняя связь космонавта с Землей обеспечивалась радиотелефонной системой, работавшей в диапазонах коротких (19,019 и 20,006 МГц) и ультракоротких (143,625 МГц) волн. Телевизионная система осуществляла передачу на Землю изображения космонавта, что позволяло иметь визуальный контроль за его состоянием. Одна из телевизионных камер передавала изображение пилота в анфас, а другая – сбоку.   

   Достижения отечественной науки в области освоения космического пространства позволили осуществить предсказания Артура Кларка. В конце 50-х годов прошлого века  в СССР и США  начали проводиться экспериментальные исследования  возможностей использования искусственных спутников Земли в качестве радиоретрансляторов (активных и пассивных) в наземных системах связи. Теоретические разработки в области энергетических возможностей линий спутниковой связи позволили сформулировать тактико-технические требования к устройствам спутникового ретранслятора и наземных устройств, исходя из реальных характеристик технических средств, существовавших в то время.     

  Учитывая идентичность подходов, экспериментальные исследования в области создания линий спутниковой связи представим на примере США. Первый активный радиоретранслятор «Score» был запущен 18 декабря 1958 года на наклонную эллиптическую орбиту с высотой апогея 1481 км, перигея 177 км. Аппаратура спутника состояла из двух приемопередатчиков, работавших на частотах 132.435 и 132.095 МГц. Работа производилась в режиме замедленной ретрансляции. Запоминание сигнала, посланного наземной передающей станцией, производилась путем записи на магнитную ленту. В качестве источников питания применялись серебряно-цинковые аккумуляторы емкостью 45 ампер – час при напряжении 18 вольт. Продолжительность связи составляла приблизительно 4 мин за 1 оборот спутника. Производилась ретрансляция 1 телефонного или 7 телетайпных каналов. Срок службы спутника равнялся 34 дням. Спутник сгорел при входе в атмосферу 21 января 1959 года.   Второй активный радиоретранслятор «Курьер» был запущен 4 октября 1960 года на наклонную эллиптическую орбиту с высотой апогея 1270 км и перигея 970 км. Аппаратура спутника состояла из 4 приемопередатчиков (частота 150 МГц для передачи команд и 1900 МГц для связи), устройства магнитной памяти и источников питания – солнечных элементов и химических батарей. В качестве первичного источника питания использовались кремниевые солнечные элементы в количестве 19 152 штук. В качестве буферного каскада применялись никель-кадмиевые батареи емкостью 10 ампер – час при напряжении 28-32 вольта. Продолжительность сеанса связи составляла 5 мин за один оборот спутника. Срок службы спутника составил 1 год. 10 июля 1962 года на наклонную эллиптическую орбиту с апогеем 5600 км и перигеем 950 км был запущен активный ретранслятор «Телстар», который предназначался для активной ретрансляции радиосигналов в реальном масштабе времени. Одновременно он ретранслировал или 600 симплексных телефонных каналов, или 12 дуплексных телефонных каналов, или один телевизионный канал. Во всех случаях работа производилась по способу частотной модуляции. Частоты связи: на линии спутник – Земля 4169,72 МГц, на линии Земля – спутник 6389,58 МГц. Продолжительность сеанса связи на линии США – Европа через этот спутник составляла около 2 часов в сутки. Качество передаваемых  телевизионных изображений менялось от хорошего до отличного. По проекту предусматривался весьма значительный срок службы спутника –2 года, однако после четырех месяцев успешной работы отказала командная линия. Было установлено, что причинной отказа явились поверхностные повреждения вследствие действия радиации при прохождении спутником внутреннего радиационного пояса.     

  14 февраля 1963 года был запущен первый синхронный спутник системы «Синком» с параметрами орбиты: высота апогея 37 022 км, высота перигея 34185, период обращения 1426,6 минут. Рабочая частота на линии Земля – спутник равна 7360 МГц, на линии спутник – Земля 1820 МГц. В качестве первичного источника питания на спутнике использовались солнечные элементы в количестве 3840 штук общей мощностью 28 Вт при напряжении 27,5 вольт. Связь со спутником поддерживалась только 20 077 секунд, после чего наблюдения велись астрономическими методами.     

23 апреля 1965 г. в СССР  был запущен первый спутник  связи «Молния-1». С запуском  второго спутника связи «Молния-2»  14 октября 1965 г. началась регулярная  эксплуатация линии дальней связи  через ИСЗ. Позднее была создана  система дальней космической  связи «Орбита». Она состояла  из сети наземных станций и  искусственных спутников Земли  «Молния», «Радуга», «Горизонт». Ниже, в главе 7, будет показано, что  модификации спутников «Горизонт»  продолжают функционировать и  в XXI веке. Это говорит о  высокой надежности отечественной техники по сравнению с зарубежной.      

 Первые станции спутниковой  связи были построены, испытаны  и введены в эксплуатацию в  подмосковном г. Щелково и в  Уссурийске. Кабельными и релейными  линиями связи они соединялись  соответственно с телецентрами  и телефонными междугородными  станциями Москвы и Владивостока.  

 Наиболее подходящей  для оборудования земных станций  спутниковой системы оказалась  аппаратура тропосферной связи  ТР-60/120, в которой, как известно, использовались передатчики большой  мощности и высокочувствительные  приемные устройства с малошумящими  параметрическими усилителями. На  ее основе разрабатывается приемно-передающий комплекс «Горизонт», устанавливаемый на наземных станциях первой линии спутниковой связи между Москвой и Владивостоком.    

  Специально были разработаны передатчики для связной и командно-измерительной линии, параметрические усилители с температурой шума 120 К для установки в подзеркальной кабине антенны, а также совершенно новое оборудование, обеспечивающее стыковку с местными телецентрами и междугородными телефонными станциями.    

   В те годы проектировщики земной станции, боясь влияния мощных передатчиков на приемники, устанавливали их на разных антеннах и в разных зданиях (приемном и передающем). Однако опыт использования одной общей антенны для приема и передачи, полученный на линиях тропосферной связи, позволил в дальнейшем перенести приемное оборудование на передающую антенну,  что значительно упростило и удешевило эксплуатацию станций спутниковой связи.