37. Системы персональной спутниковой связи. Классификация орбит связных космических аппаратов.

Системы персональной спутниковой связи обладают рядом преимуществ по сравнению с рассмотренными ранее системами подвижной связи. Например, если пользователь находится за пределами зоны обслуживания местных со­товых систем, спутниковая связь играет ключевую роль, поскольку она не имеет ограничений по привязке к конкретной местности Земли.

Услуги, предоставляемые системами спутниковой связи

В зависимости от вида предоставляемых услуг спутниковые системы связи можно разделить на три основных класса:

• Системы пакетной передачи данных (доставки циркулярных сообще­ний, автоматизированного сбора данных о состоянии различных объек­тов, в том числе транспортных средств и т. д.)

• Системы речевой (радиотелефонной) связи

• Системы для определения местоположения (координат) потребителей

Системы пакетной передачи данных предназначены для передачи в цифровом виде любых данных (телексных, факсимильных сообщений, компьютерных данных и др.) Скорость пакетной передачи данных в космических систем,ix связи составляет от единиц до сотен килобайт в секунду. В этих системах, как правило, отказываются от непрерывности обслуживания и не предъявляют жестких требований к оперативности доставки сообщений. В таком режиме работает «электронная почта» (поступившая информация запоминается бор­товым компьютером и доставляется корреспонденту в заранее определенное время суток).

При радиотелефонной связи в спутниковых системах используют цифровую передачу сообщений, при этом обязательно должны выполняться общепри­нятые международные стандарты. В таких системах задержка сигнала на трас­се распространения не должна превышать 0,3 с и переговоры абонентов не должны прерываться во время сеанса связи. Обслуживание абонентов долж­но быть непрерывным и происходить в реальном масштабе времени. В этом случае при построении радиотелефонной спутниковой сети необходимо учи­тывать, что:

• Спутники должны оснащаться высокоточной системой ориентации для удержания луча их антенны в заданном направлении

• Количество спутников в системе должно быть достаточным для обес­печения сплошного и непрерывного покрытия зоны обслуживания

• Для обеспечения достаточного количества каналов связи должны при­меняться многолучевые антенные системы, работающие на высоких частотах (более 1,5 ГГц), что значительно усложняет конструкцию ан­тенн и космических аппаратов (КА)

> Для обеспечения непрерывности радиотелефонной связи через спут­ник, оснащенный многолучевыми антенными системами, требуется большое количество узловых (шлюзовых) станций с дорогим коммуни­кационным оборудованием

Во многих случаях абоненту необходимо знать свое местоположение (коор­динаты) на Земле. Для этих целей применяют аппаратуру двух типов:

Стандартную навигационную аппаратуру GPS систем ГЛОНАСС/НАВ-СТАР, которая обеспечивает очень высокую точность определения ко­ординат потребителя

Специальную навигационную аппаратуру, которая по сигналам спут­ников персональной связи и (или) шлюзовых станций позволяет опре­делять координаты потребителя, но с меньшей точностью

Используя аппаратуру второго типа, можно определять координаты абонен­та одним из следующих способов:

> По сигналам 4 спутников персональной связи

• По сигналам шлюзовых наземных станций

• По сигналам спутников и шлюзовых станций

Значительный прогресс в развитии спутниковых систем персональной связи достигнут благодаря внедрению новых технических решений, ключевыми из которых можно считать: обработку сигнала на борту спутника-ретранслято­ра, создание перспективных сетевых протоколов обмена информацией и при­менение недорогих портативных пользовательских терминалов с малым энергопотреблением.

Развитию систем персональной спутниковой связи способствуют большие успехи, достигнутые в микроминиатюризации функциональных узлов ком­муникационного оборудования. Применение арсенида галлия и фосфида ин­дия позволило создать мощные солнечные батареи небольших размеров, а внедрение различных композиционных материалов — уменьшить массу спут­ников. Значительный прогресс ожидается и в области разработки бортовых ЭВМ на специализированных БИС (больших интегральных схемах), обеспе­чивающих высокоскоростную коммутацию при ретрансляции информацион­ных потоков. Применение методов многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), который основан на использовании широко­полосных сложных сигналов, несомненно, способствует успешному разви­тию спутниковых систем связи.

В космических системах, решающих задачи персональной связи, использу­ются спутники, которые могут находиться на различных орбитах.

Классификация орбит связных КА

Орбиты КА классифицируются: по форме, периодичности прохождения над точками земной поверхности и по наклонению.

По форме различают следующие типы орбит:

• Круговые — трудно реализуемые на практике и требующие частой кор­рекции с помощью бортовых корректирующих двигателей КА

• Близкие к круговым. Это наиболее распространенный тип орбит в системах спутниковой связи. На таких орбитах высоты апогея и перигея различаются на несколько десятков километров

• Эллиптические. Высоты На (апогея) и Нп (перигея) могут значительно раз­ личаться (например, На = 38000 — 40000 км, Нп = 400 — 500 км). Данные ор­биты также широко применяются в системах спутниковой связи (рис. 4.2)

• Геостационарные. Это круговые экваториальные орбиты с периодом обращения спутника, равным периоду обращения Земли (Г=23ч56 мин). На такой орбите КА располагается на высоте Нa = Нп ~ 36000 км и нахо­дится постоянно над определенной точкой экватора Земли. Космиче­ские аппараты, находящиеся на геостационарной орбите, имеют боль­шую площадь обзора Земли, что позволяет с успехом использовать их в системах спутниковой связи

• Параболические и гиперболические. Применяются, как правило, при изучении планет Солнечной систем

По периодичности прохождения КА над точками земной поверхности разли­чают следующие типы орбит:

Синхронные. Они, в свою очередь, подразделяются на синхронные изо-маршрутные и синхронные квазиизомаршрутные. Изомаршрутные орбиты характеризуются тем, что проекции орбиты КА на земную по­верхность (трассы) совпадают ежесуточно. Квазиизомаршрутные ор­биты характеризуются тем, что проекции орбиты КА на земную повер­хность совпадают один раз в несколько суток

Несинхронные. Характеризуются тем, что трассы, соответствующие любым двум оборотам КА вокруг Земли, не совпадают

Под наклонением орбиты понимается угол между плоскостями экватора Зем­ли и орбиты КА (см. рис. 4.2). Наклонение отсчитывается от плоскости эква­тора до плоскости орбиты против часовой стрелки. Оно может изменяться от О до 180°. По наклонению различают следующие типы орбит:

> Прямые (наклонение орбиты /' < 90°) Обратные (наклонение орбиты /' > 90°) Полярные (наклонение орбиты i = 90°)

Экваториальные (наклонение орбиты равно 0 или 180°). При / = 0 КА движется по направлению вращения Земли с запада на восток, при г = 180° КА движется против направления вращения Земли с востока на запад. Углу наклонения i = 0 соответствуют геостационарные (кру­говые экваториальны орбиты