Ретрансляція сигналів телебачення через штучні супутники Землі. Штучні супутники землі - визначення

23 квітня 1965 був запущений на високу еліптичну орбіту перший вітчизняний супутник зв'язку "Блискавка-1", який ознаменував становлення в нашій країні супутникового радіозв'язку. Майже одночасно США був запущений на геостаціонарну орбіту перший супутник комерційного зв'язку Intelsat-1.

Таким чином, було реалізовано ідею різкого збільшення дальності радіозв'язку завдяки розміщенню ретранслятора високо над поверхнею Землі, що дозволило забезпечити одночасну радіовидимість розташованих у різних точках великої території радіостанцій. Перевагами систем супутникового зв'язку(СС) є велика пропускна здатність, глобальність дії та висока якістьзв'язку.

Конфігурація систем СС залежить від типу штучного супутника Землі (ІСЗ), виду зв'язку та параметрів земних станцій. Для побудови систем СС використовуються в основному три різновиди ШСЗ(рисунок 9.1) - на високій еліптичній орбіті (ВЕО), геостаціонарній орбіті (ДСО) та низьковисотній орбіті (НПО). Кожен тип ШСЗ має свої переваги та недоліки.

Прикладом ШСЗ з ВЕО можуть бути вітчизняні супутники типу "Блискавка" з періодом обігу 12 годин, нахилом 63 °, висотою апогею над північною півкулею 40 тисяч км. Рух ШСЗ в області апогею уповільнюється, при цьому тривалість радіовидимості становить 6..8 год. Перевагою цього типу ШСЗ є великий розмір зони обслуговування при охопленні більшої частини північної півкулі. Недоліком ВЕО є необхідність стеження антен за повільно дрейфуючим супутником і їх переорієнтування з супутника, що заходить, на висхідний.

Унікальною орбітою є ДСО - кругова орбіта з періодом обігу ШСЗ 24 години, що лежить у площині екватора, з висотою 35875 км від Землі. Орбіта синхронна з обертанням Землі, тому супутник виявляється нерухомим щодо земної поверхні. Переваги ДСО: зона обслуговування становить близько третини земної поверхні, трьох супутників достатньо майже глобального зв'язку, антени земних станцій мало вимагають систем стеження. Однак у північних широтах супутник видно під малими кутами до горизонту і не видно у приполярних областях.

Площина низьковисотних орбіт нахилена до площини екватора (полярні та квазіполярні орбіти) з висотою близько 200...2000 км над поверхнею Землі. Запуск легкого ШСЗ на низьку орбіту можна здійснити з допомогою недорогих пускових установок.

Принцип здійснення системи зв'язку з використанням штучних супутниківЗемлі показано малюнку 9.2. Тут через а і б позначені земні станції (ЗС), між якими встановлюється зв'язок, а прямі і дотичні до поверхні Землі в точках а і б є лініями горизонту цих пунктів. Тому супутник ИСЗ 1 , що рухається по орбіті MN, може одночасно спостерігатися зі станцій а і б при русі його дільницею орбіти і . Отже, електромагнітні коливання, випромінювані антеною ЗС в точці а напрямку ІСЗ 1 , можуть бути прийняті бортовий радіоапаратурою супутника і після їх посилення і перетворення по частоті направлені в бік Землі, де будуть прийняті антеною ЗС в точці б. Антени ЗС завжди мають бути орієнтовані на ШСЗ. Отже, при рухомих ШСЗ антени повинні повертатися, здійснюючи безперервне "стеження" за переміщенням супутника у просторі.

Система радіозв'язку за наявності бортової апаратури називається системою з активною ретрансляцією сигналу або системою з активним супутником.

Розглянемо структурну схемудуплексного зв'язку між ЗС, розміщеними в точках а б при активній ретрансляції сигналу (рисунок 9.3). Тут повідомлення 1 підводиться до модулятора М станції ЗС а, в результаті чого здійснюється модуляція коливань з несучою частотою f 1 . Ці коливання від передавача П підводяться до антени А1 і випромінюються у бік ШСЗ, де приймаються бортовою антеною А ретранслятора. Потім коливання з частотою f 1 надходять на розділовий фільтр (РФ), посилюються приймачем Пр 1 перетворюються до частоти f 2 і надходять до передавача П 1 . З виходу передавача коливання з частотою f 2 через РФ підводяться до бортової антени А та випромінюються у бік Землі. Ці коливання приймаються антеною А б2 станцією ЗС б підводяться до приймача (Пр) і детектора (Діт), на виході якого виділяється повідомлення З 1 . Передача від ЗС до станції ЗС а повідомлення З 2 відбувається за частотою f 3 аналогічним чином, причому на бортовому ретрансляторі здійснюється перетворення коливань з несучою частотою f 3 коливання з частотою f 4 .

Для передачі повідомлень можна запропонувати й інший метод, коли на борту супутника радіоапаратура відсутня. У цьому випадку сигнали, надіслані з пункту А, відображаються поверхнею ШСЗ 1 у бік Землі (у тому числі і до пункту б) без попереднього посилення. Тому сигнали, прийняті станцією б, будуть значно слабкішими, ніж за наявності бортової апаратури. Як пасивні супутники можуть використовуватися як спеціальні відбивачі різної форми (у вигляді сферичних балонів, об'ємних багатогранників та інших), так і природний супутник Землі – Місяць. Пропускна здатність подібних систем зв'язку за сучасного рівня техніки не перевищує двох-трьох телефонних повідомлень.

У випадку, коли супутник ИСЗ 2 рухається по орбіті m-n (рисунок 9.2) з висотою настільки малою, що не може одночасно спостерігатися антенами станцій ЗС а та ЗС б (висота орбіти нижче точки перетину ліній горизонту і ), і тому сигнал, що приймається бортовий апаратурою на ИСЗ 2 може бути відразу переданий станцію б. Робота системи в цьому випадку може бути побудована наступним чином: ІСЗ 2 пролітаючи над ЗС а приймає повідомлення які після посилення подаються на ботову апаратуру пам'яті (наприклад, записуються на магнітофонну стрічку). Потім коли ШСЗ 2 пролітатиме над ЗС б, включається в ботовий передавач і відбувається передача інформації, прийнятої від ЗС а. Включення передавача може здійснюватися подачею спеціального командного сигналу, що випромінюється ЗС б у момент появи ШСЗ в зоні видимості цієї станції, або за допомогою ботового програмного пристрою, що враховує швидкість руху супутника по орбіті, її висоту та відстань між станціями. Така система називається системою зв'язку з пам'яттю чи системою із затриманою ретрансляцією. Система з активною ретрансляцією сигналу в залежності від висоти орбіти та відстані між станціями може бути виконана як система з миттєвою (не затриманою) ретрансляцією сигналу (система в реальному масштабі часу) та як система із затриманою ретрансляцією.

Особливий інтерес представляє геостаціонарна орбіта – кругова орбіта, що у екваторіальній площині (i=0) і віддалена від Землі з відривом близько 36000 км. У тому випадку, коли напрям руху супутника по такій орбіті збігається з напрямком обертання Землі, супутник буде нерухомим щодо наземного спостерігача (геостаціонарний супутник). Ця особливість, а також те, що ШСЗ знаходиться від Землі на великому віддаленні, призводить до наступних важливих переваг зв'язку через геостаціонарний супутник: по-перше, стають можливими передача та прийом сигналів за допомогою нерухомих антенних систем (тобто більш простих та дешевих, ніж рухливі) і, по-друге, здійснення цілодобового безперервного зв'язку на території, що дорівнює приблизно третині земної поверхні. Однак через геостаціонарний ШСЗ важко здійснювати зв'язок з приполярними районами, розташованими на широтах вище 75 º ... 78 º, так як при цьому суттєво зростають шуми на вході земних приймачів.

У нашій країні на геостаціонарну орбіту виведені супутники зв'язку типу "Райдуга" та "Горизонт".

Під час руху ШСЗ за іншими орбітами (не геостаціонарною) супутники переміщатимуться щодо наземного спостерігача. В цьому випадку необхідні рухомі антенні пристрої і спеціальна апаратура, що забезпечує стеження і наведення антени на супутник, що рухається. Системи зв'язку з рухомими ШСЗ при відповідному виборі орбіт дозволяють забезпечити зв'язок з будь-якими районами земної кулі, у тому числі з приполярними. При використанні рухомих ШСЗ зв'язок між станціями, розміщеними в точках а і б (рисунок 9.2), може здійснюватися лише протягом часу, поки ШСЗ рухається ділянкою орбіти .

Забезпечення тривалого безперервного зв'язку при порівняно невисоких орбітах можливе лише при збільшенні числа ШСЗ (рисунок 9.4, а). У цьому випадку на кожній земній станції повинні бути встановлені дві антени (А 1 та А 2), які можуть здійснювати передачу та прийом сигналів за допомогою одного з супутників, наприклад ИСЗ 1 , що у зоні взаємного зв'язку . Коли ШСЗ 1 виїде з цієї зони, зв'язок відбуватиметься через ШСЗ 2 за допомогою антен А 2 . При виході ШСЗ 2 із зони передача та прийом сигналів повинні здійснюватися за допомогою ШСЗ 3 та антен А 1 , спрямованих на цей супутник і так далі. Для отримання безперервного зв'язку між станціями а і б відстань між сусідніми супутниками має бути меншою за зону. Число ШСЗ за такого методу залежить від відстані між пунктами зв'язку та параметрів орбіти.

При використанні ШСЗ можна застосувати ретрансляцію сигналів не тільки через один, але через кілька супутників. При цьому у разі низьких орбіт для безперервної передачі сигналів на земних станціях необхідно мати дві антени.

На малюнку 9.4 б показані ШСЗ, що рухаються за годинниковою стрілкою по одній низькій орбіті, частина якої показана у вигляді дуги mn. Сигнал від станції через антену А 1 надходить на ШСЗ 4 і ретранслюється через ШСЗ 3 , ШСЗ 2 , ШСЗ 1 до приймальної антени А 1 станції б. Таким чином, у цьому випадку для ретрансляції сигналу використовуються антени А 1 та сегмент орбіти, що містить ШСЗ 4 - ШСЗ 1 . При виході ШСЗ 4 із зони, що лежить ліворуч від лінії горизонту , передача і прийом сигналу буде вестися через антени А 2 і сегмент, що містить ШСЗ 5 - ШСЗ 2 . Потім передача та прийом сигналів буде здійснюватися антенами А 1 і сегментом, що складається з супутників ШСЗ 6 - ШСЗ 3 і так далі.

Рисунок 9.4. Система зв'язку з декількома ШСЗ

Використання ШСЗ, що рухаються по орбітах з малою висотою, спрощує апаратуру земних станцій, тому що при цьому можливе зниження посилення земних антен, потужності передавачів та робота з приймачами, що мають дещо більшу еквівалентну шумову температуру, ніж у випадку геостаціонарних супутників. Однак у цьому випадку збільшується кількість супутників, і потрібне управління рухом по орбіті.

Інший варіант використання для ретрансляції сигналів кількох ШСЗ наведено на малюнку 9.4, ст. У цьому випадку з одного з групи супутників, що рухаються по одній орбіті, наприклад ШСЗ 4 сигнал, випромінюваний А 1 станції "а", ретранслюється до геостаціонарного супутника ШСЗ г, а потім приймається антеною станції А "б". При виході ШСЗ 4 з області, що лежить лівіше лінії горизонту , безперервний зв'язок станції "а" з ШСЗ г здійснюватиметься через антену А 2 та ШСЗ 5 потім через А 1 і ШСЗ 6 і так далі. На станції "б" у цьому випадку достатньо мати лише одну антену, спрямовану на ШСЗ р.

Оскільки ІСЗ може спостерігатися з великої території на Землі, можна здійснити зв'язок між декількома ЗС через один загальний ШСЗ. І тут супутник виявляється " доступним " багатьом земним станціям, тому така система називається системою з багаторазовим доступом (МД). У системах МД можуть бути організовані як циркулярний зв'язок між станціями (передача повідомлень від однієї станції кільком станціям), так і одночасний дуплексний зв'язок між усіма ЗС, що використовують один загальний бортовий ретранслятор, розміщений на ШСЗ. Система зв'язку через ШСЗ з МД складається з кількох земних станцій, що знаходяться в зоні взаємного зв'язку через ШСЗ та використовують для зв'язку один з одним або для зв'язку однієї станції з декількома станціями у будь-яких поєднаннях загальний ретранслятор на ШСЗ (рис. 9.5). Зазначимо, що у системі з МД то, можливо організована одночасна зв'язок ні з усіма станціями, лише з групою станцій. І тут доцільно використання бортових антен, мають вузькі діаграми спрямованості (велике посилення). Такі антени управляються із Землі та можуть прямувати на необхідну групу станцій. Іншим варіантом цієї системи є комутація бортової апаратури на ту чи іншу бортову антену, що має фіксований напрямок на певні точки земної поверхні. Канали зв'язку, організовані через ШСЗ між земними станціями системи МД, можна розділити на дві групи:

• постійні (закріплені) канали, призначені для зв'язку між певними земними станціями;

• непостійні (незакріплені) канали, що тимчасово організуються між різними станціями залежно від потреб споживачів.

Вочевидь, що канали першої групи дозволяють організувати негайну зв'язок у час; канали другої групи для організації зв'язку вимагають виконання певної процедури, аналогічної до тієї, яка характерна для звичайного міського телефонного зв'язку. Перш ніж здійснити передачу повідомлень каналами другої групи, необхідно: отримати відомості про наявність вільного каналу в системі (тобто отримати підтвердження доступу до системи зв'язку – в АТС це відповідає тривалому тону); набрати адресу (номер) потрібного кореспондента; переконатися, чи вільний канал до кореспондента (тобто отримати доступ до кореспондента).

Очевидно, що в системах із закріпленими каналами через те, що частина каналів у деякі інтервали часу буде використовуватися, загальна кількість каналів має бути більшою, ніж у системах із незакріпленими каналами. Таким чином системи, з незакріпленими каналами є більш ефективними, однак вони мають і недоліки: по-перше, потрібен додатково час для встановлення зв'язку (треба знайти вільний канал і за допомогою викликних та адресних сигналів здійснити необхідну комутацію) і, по-друге, можливий відмова у встановленні негайного з'єднання системи.

При будь-якому вигляді каналів зв'язку (закріплених або незакріплених) можуть бути створені багатоадресні, одноадресні та змішані повідомлення та стовбури.

При багатоадресному побудові групових повідомлень кожна земна станція випромінює один стовбур, у якому передається групове повідомлення, призначене прийому усіма земними станціями. Стовбури, випромінювані усіма ЗС, пройшовши через бортовий ретранслятор, приймаються кожної ЗС. Після демодуляції з кожного стовбура виділяються ті частини групових повідомлень, які призначаються лише даної ЗС. Це виділення здійснюється або на підставі адреси даної станції, що передається перед повідомленням, (при незакріплених каналах), або за попередньою домовленістю про місце розташування каналів, призначених для даної ЗС у групових повідомленнях, що передаються (при закріплених каналах).

Вочевидь, що з багатоадресному побудові групових повідомлень у ВЧ стволах кожна ЗС повинна приймати n-1 стволів, де n – число ЗС. Таким чином, у цьому випадку виходить порівняно простий передавальний пристрій, але суттєво ускладнюється приймальне обладнання ЗС.

При одноадресній побудові для кожної ЗС формується своє групове повідомлення і свій ВЧ стовбур, в якому кожна станція, що передає, займає відповідне число каналів. Таким чином, кожна станція займає певну кількість каналів у n-1 стовбурах, що проходять через ретранслятор, кожен з яких призначений тільки для однієї певної земної станції. У цьому випадку на кожній станції необхідно прийняти та демодулювати лише один ствол, призначений для цієї станції. Очевидно, що передавальна апаратура виходить складніше за приймальню.

При змішаному побудові стволів кожної земної станції здійснюється багатоадресне формування стволів, але в ретрансляторі проводиться перехід від багатоадресного до одноадресному побудові стволів, тобто здійснюється перегрупування каналів. Отже, при змішаному побудові стволів виходить спрощення як приймального, і передавального устаткування земних станцій, але ускладнюється апаратура ретранслятора.

Існує три основних методи поділу загального каналу зв'язку: за частотою (ЧР), у часі (ВР), та за допомогою сигналів, що розрізняються за формою (кодове поділ каналів).

Рисунок 9.6. Багатостанційний доступ із поділом за частотою (а) та за часом (б)

Багатостанційний доступ із частотним поділом (МДЧР).

У цьому випадку для кожного ствола (тобто для кожної станції) виділяється певна несуча частота (f 1, f 2, ..., f n). Рознос між парою сусідніх несучих вибирається таким, щоб було виключено можливість взаємного перекриття спектрів при модуляції (рисунок 9.6,а). Зазначимо, що найпростіше МДЧР реалізується у разі, коли у земних станціях здійснюється частотна модуляція коливань багатоканальним повідомленням із частотним поділом телефонних каналів (скорочено – система ЧР ЧМ МДЧР). Таким чином, у цій системі на вхід ретранслятора надходить складний сигнал, що є системою n модулованих за частотою гармонійних сигналів, що є несучими частотами всіх ЗС. Проходження такого складного сигналу через загальний бортовий ретранслятор, що є нелінійним пристроєм, призводить до наступних небажаних явищ:

1) виникнення перехідних перешкод;

2) придушення сигналів тих земних станцій (тобто тих стволів), рівень яких на вході ретранслятора з якихось причин (наприклад, внаслідок замирань), виявиться меншим за рівні сигналів інших станцій. Це придушення може сягати 6 дБ. Для усунення цього явища потрібні відповідний контроль та регулювання рівнів сигналів, що випромінюються з кожної земної станції. Таке регулювання може виконуватись автоматично зіставленням прийнятих з ретранслятора рівнів сигналів з різних стволів (станцій;

3) виникнення перехідних перешкод між стволами та зниження вихідної потужності ретранслятора через нелінійність амплітудної характеристики тих каскадів ретранслятора, які є спільними для всіх стволів, прийнятих із земних станцій. Зниження вихідної потужності обумовлюється появою продуктів нелінійності, куди витрачається частина потужності ретранслятора.

Перелічені явища призводять до того, що при заданому значенні перехідних шумів у телефонних каналах зі збільшенням числа земних станцій, тобто зі збільшенням числа стовбурів (несучих), що одночасно посилюються ретранслятором, доводиться знижувати число телефонних повідомлень, що передаються на кожній несучій. Звідси, що більше станцій входить у систему МДЧР, тим менше телефонних повідомлень може бути передано. Розрахунки та випробування реальних систем показують, що ретранслятор, здатний пропустити на одній несучій при ЧР ЧМ 700 телефонних каналів, у разі роботи 8 станцій у системі ЧР ЧМ МДЧР може пропускати 30 каналів на кожній несучій, тобто не більше 8·30 = 240 каналів (Зниження пропускної спроможності майже в 3 рази). При роботі 16 станцій у системі ЧР ЧС МДЧР на кожній несучій можна передавати не більше десяти телефонних повідомлень. Таким чином, у порівнянні з первісною пропускною здатністю становить 23%. Однак, при такому режимі роботи при використанні статистичних особливостей телефонних повідомлень, що передаються на різних несучих, з'являються нові можливості для збільшення пропускної здатності ретранслятора. Якщо під час пауз між словами, фразами та при мовчанні абонентів у такій системі придушувати випромінювання земних передавачів на несучій частоті, то це суттєво знизить навантаження ретранслятора та дозволить у 3…4 рази збільшити пропускну спроможність. Нагадаємо, що подібне придушення несучих використовується при побудові апаратури частотного поділу: на виході індивідуальних перетворювачів рівень коливань з частотами, що піднесуть, прагнуть зробити можливо меншим.

Метод МДЧР з придушенням несучих використано у системі "Спейд", реалізованої у міжнародній системі "Інтелсат". У цій системі кожне телефонне повідомлення перетворюється на восьмирозрядний сигнал ІКМ (64 кбіт/с) і передається на окрему ВЧ, що несе методом чотирифазної ФМ. Смуга частот, яку займає один телефонний канал, становить 38 кГц, захисний інтервал Δf защ = 7 кГц (рисунок 9.6,а). Система, що описується, забезпечує передачу в одному стовбурі шириною 36 МГц 800 незакріплених каналів.

У вітчизняній апаратурі "Градієнт Н" також використовується МДЧР, при якому кожне телефонне повідомлення передається на окрему несучу шляхом ЧС з піковою девіацією частоти, що відповідає вимірювальному рівню, що дорівнює 30 кГц. Число несучих частот у стовбурі становить 200, рознесення між сусідніми несучими дорівнює 160 кГц. У вітчизняній апаратурі "Група" кількість несучих становить 24; рознесення між ними 1.35 МГц. Частотна модуляція у цьому варіанті апаратури здійснюється стандартною 12-канальною групою (спектр 12..60 кГц) з ефективною девіацією частоти 125 кГц. Таким чином, число телефонних повідомлень, що передаються, становить 24 · 12 = 288.

Багатостанційний доступ із тимчасовим поділом (МДВР).

У разі робота земних станцій через ретранслятор здійснюється по черзі. Тому всі станції можуть працювати на одній несучій частоті та повинні мати загальну системусинхронізації, що забезпечує суворо почергові включення та вимкнення передавачів.

На малюнку 9.6,б наведено цикл роботи системи МДВР, що складається з трьох станцій - 1,2 і 3. Протягом інтервалів часу τ, які називаються кадрами станцій, кожна станція випромінює коливання несучої частоти, модульовані повідомленням, що надходить від апаратури поділу; через τ 3 позначений захисний інтервал часу, що запобігає одночасному включенню двох наземних станцій, а через Т ц - цикл передачі. Описаний варіант відноситься до випадку синхронної роботи наземних станцій. Система синхронізації, яка може здійснюватися з пілот-тону, повинна враховувати відмінність відстаней між ШСЗ та окремими земними станціями. Зазвичай системи з МДВР працюють з геостаціонарними ШСЗ, оскільки здійснити синхронізацію при використанні рухомих ШСЗ складно, тому що в цьому випадку відстані між ШСЗ та земними станціями будуть змінними. У разі МДВР найбільш доцільним варіантом є використання ІКМ з фазовою модуляцією несучою (скорочено – ІКМ ФМ МДЧР). На малюнку 9.7 як приклад наведено докладний цикл роботи системи МДВР. З малюнка випливає, що протягом кожного кадру зі станцій передаються як повідомлення, що йдуть телефонними і службовими каналами зв'язку, а й кілька спеціальних сигналів. До них відносяться: сигнали синхронізації, виклику та комутації (СВіК), сигнали адрес (СА) та пілот-сигнал (ПС). Зазначимо, що СВіК складається з сигналу синхронізації опорних генераторів при когерентному прийомі (СГКП), сигналу циклової синхронізації (ЦС), сигналу, необхідного в системах з ІКМ для тактової синхронізації (ТС), та сигналів, що забезпечують виклик абонентів та комутацію ланцюгів (ВіК) .

Інформаційна частина кадру становить близько 85…90 % повної довжини кадру.

Системи з МДВР у порівнянні з МДЧР мають ряд переваг:

1) імпульсна потужність передавального пристрою даної станції не залежить від умов роботи інших станцій і не вимагає регулювань, тому що взаємне придушення сигналів відсутнє;

2) всі земні передавальні станції можуть працювати на одній несучій частоті, а приймальні - на іншій, що спрощує побудову станцій;

3) передавач ретранслятора працює у режимі максимальної потужності; при цьому відсутні взаємні перешкоди між сигналами, що ретранслюються.

До недоліків систем з МДВР можна віднести складність системи синхронізації станцій та виникнення перешкод у разі порушення синхронізації роботи хоча б однієї станції.

Порівняння різних видів МД за пропускною здатністю при заданому значенні шумів на виході каналів та обмеженої потужності ретранслятора показує, що МДВР має явні переваги перед МДЧР.

Принцип МДВР реалізований у вітчизняній апаратурі МДВУ-40, що дозволяє здійснити швидкість передачі цифрового потоку в стволі ШСЗ, що дорівнює 40 Мбіт/с. У системі використовується ОФМ-4.

9.2. Особливості передачі сигналів у космічному просторі

Запізнення сигналу.

Велика довжина лінії зв'язку між земними станціями та ретранслятором, що знаходиться на борту ШСЗ, призводить до запізнювання сигналів. Це визначається тим, що для проходження відстані , м сигналу потрібен час:

де – протяжність лінії зв'язку від ЗС, що у точці " а " , через ІЗС до ЗС, що у точці " б " (рисунок 4.1.2); с = 3 · 10 8 м / с - швидкість світла; Н - відстань від супутника до Землі. Звідси випливає, що з Н = 36000 км (тобто разі геостаціонарного супутника) величина запізнення становитиме приблизно 250 мс. Запізнення сигналу під час передачі дуплексних телефонних розмов призводить до появи вимушених пауз у розмові, втрати "контакту" між абонентами, тобто обмежує природність розмови.

Ехосигнали.

Запізнення сигналів призводить до появи помітних для абонентів ехосигналів, що виникають під час переходу з чотирипровідних ланцюгів зв'язку на двопровідні через неідеальність диференціальних систем. Відлуння сигнали проявляються у вигляді прослуховування абонентом своєї розмови, затриманого на час, що дорівнює подвоєному часу поширення сигналу між абонентами. З урахуванням (9.1)

Особливо помітні ехосигнали при великих значеннях t ехо. Для систем зв'язку, що використовують супутники, що рухаються орбітами з км (тобто для геостаціонарних супутників) t ехо ≈ 500 мс. У цих випадках слід забезпечити загасання ехосигналів до величини, що дорівнює приблизно 60 дБ щодо рівня корисного сигналу. Необхідне згасання ехосигналів здійснюється за допомогою егозагороджувачів.

Ефект Доплера.

Однією з особливостей систем зв'язку через ШСЗ є виникнення ефекту Доплера, що викликається рух супутника щодо ЗС Позначимо через ν r ту компоненту швидкості руху ШСЗ, яка збігається з лінією радіозв'язку ШСЗ – ЗС та умовимося вважати величину ν r негативною у разі зменшення відстані між ШСЗ та ЗС та позитивною при збільшенні цієї відстані .

Відомо, що при русі джерела сигналу зі швидкістю ± r частота коливань f пов'язана з частотою випромінюваних коливань f 0 співвідношенням

. (9.3)

Тут з – швидкість світла.

Зазвичай завжди виконується умова r/c<< 1, поэтому при движении источника сигнала в сторону приемника . Звідси зміна частоти, спричинена ефектом Доплера

Найбільш сильно ефект Доплера виявлятиметься в системах зв'язку, що використовують не геостаціонарні орбіти (у системі "Блискавка" на робочій ділянці орбіти). У системах зв'язку з геостаціонарними ШСЗ ефект Доплера може мати місце під час корекції положення супутника на орбіті.

Зазначимо, що відповідно (9.4) ефект призводить не тільки до зміни частоти випромінюваних коливань, а отже, і несучої частоти, але і викликає деформацію спектра повідомлення, що передається. Так, якщо модуляція здійснювалася коливанням із частотою F, прийняте коливання на виході детектора з урахуванням ефекту Доплера матиме частоту . Тому при модуляції коливаннями з частотами F 1 = 1 кГц і F 2 = 10 4 кГц на виході детектора одержимо відповідно частоти Гц і Гц. Звідси випливає, по-перше, що верхні частоти в спектрі повідомлення будуть змінюватися на велику величину, а по-друге, що ширина спектра прийнятого коливання відрізнятиметься від ширини спектра коливань, що модулюють (у наведеному прикладі майже на 100 Гц).

Діапазони робочих частот систем зв'язку через ШСЗ. Вибір смуг частот, виділених до роботи систем зв'язку через ШСЗ, визначається такими основними умовами:

особливостями поширення електромагнітних коливань через атмосферу;

інтенсивністю шумів, викликаних радіовипромінюваннями різних зовнішніх джерел (Сонце, Місяця, планет, атмосфери Землі та інших);

можливістю роботи систем зв'язку через ШСЗ у смужках частот, що виділяються, спільно з іншими радіослужбами при допустимих значеннях радіоперешкод.

Відповідно до регламенту радіозв'язку, для району 1 (Європа, РФ, МНР, Африка) фіксованої супутникової служби, до якої належать системи зв'язку через ШСЗ, відводяться такі смуги частот (в діапазоні до 40 ГГц):

для надсилання повідомлень на ділянці повідомлень Земля–ИСЗ 5.725…7.075; 7.9…8.4; 12.5 ... 13.25; 14.0 ... 14.8; 27.5…31.0 ГГц;

передачі повідомлень дільниці повідомлень ИСЗ– Земля 3.4…4.2; 4.5…4.8; 7.25…7.75; 10.7…11.7; 12.5 ... 12.75; 17.7…21.2; 37.5 ... 40.5 ГГц.

Слід зазначити, що найкращими смугами частот для систем зв'язку через ШСЗ є частоти діапазоні 2…8 ГГц.

Сигнал на вході приймальних пристроїв. Потужність сигналу на вході приймача може бути визначена за формулою:

. (9.5)

Тут А ∑ – сумарне послаблення сигналу ділянці між антенами; V(t) – множник ослаблення, що не перевищується протягом t (%) часу; А п і А пр - характеризують відповідно згасання (ослаблення) сигналу у фільтрах, що стоять між виходом передавача та антеною, і виходом приймача та антеною; K пол – величина поляризаційних втрат, обумовлених як ідентичності поляризаційних характеристик антен, і зміною площині поляризації, викликаним ефектом Фарадея.

Практикум.

Знайти потужність сигналу на вході приймача наземної станції за: Р пер =15 Вт; G пер =25 дБ; G пр = 47дб; f пер =30 ГГц. Втрати енергії в тропосфері А = 190 дБ, поляризаційні втрати К пол = 7 дБ. Супутник геостаціонарний.

Для вирішення подібних завдань використовуйте формулу (9.5), за умови, що V = 1, втрати Ап та Апр відсутні. Усі величини підставляються у формулу в одиницях.

Величина А ∑ визначається ослабленнями сигналу у вільному просторі А св0 та поглинанням в атмосфері при вугіллі піднесення β у разі відсутності опадів А а (β).  таким чином,

. (9.6)

Величина А а (β) η залежить від довжини шляху радіохвиль в атмосфері, яку можна характеризувати кутом піднесення β. Шлях, а отже, і поглинання будуть мінімальними при ? .

Для розрахунку А а (β) μогут бути використані криві, наведені на малюнку 9.8, де по осі абсцис відкладено величину ослаблення а а (β), δБ, тобто а = 10 lg А а (β).

Множник ослаблення у системах зв'язку через ШСЗ.

Множник ослаблення V 2 (t) визначається лише поглинанням електромагнітної енергії в осадах (дощі, хмари та тумани):

. (9.7)

Тут а g – погонне ослаблення сигналу, дБ, на трасі довжиною 1 км; R g - Протяжність траси, км, на якій спостерігаються опади. Розмір а g для дощів різної інтенсивності визначається за графіками.

Величина R g , що входить (9.7), визначає довжину траси, на якій коефіцієнт ослаблення а g приблизно постійний. Для вертикальних трас (β=90º) можна вважати величину R g = 3…4 км, для горизонтальних (β=0º) – величина R g залежить від інтенсивності опадів. При інтенсивності опадів 1<10 мм/ч величина R g может доходить до нескольких сотен километров; при I=10 мм/ч R g =45…55 км; при I=25…30 мм/ч R g =30…35 км; в случае I ≥ 100 мм/ч R g =8…12 км.

На частотах нижче 8 ГГц величина д буде мала, тому відповідно до (9.7) отримаємо V 2 (t) =1. Таким чином, в системах зв'язку через ШСЗ на частотах нижче 8 ГГц завмирання можна не враховувати. Це є важливою перевагою цих систем зв'язку порівняно із системами РРЛ та ТРЛ.

Величина До підлога, що входить (9.5), буде визначатися тільки розбіжністю поляризаційних характеристик приймальної та передавальної антен. Для запобігання різкому зменшенню величини К підлогу в системах зв'язку через ШСЗ часто використовуються антени з круговою поляризацією, яка при неточному виготовленні антен може перейти в еліптичну. При використанні на передачі та прийомі антен з однаковою поляризацією (лінійною або круговою) можна отримати величину К пол = 1. У разі якщо обидві антени мають лінійну поляризацію у взаємно ортогональних площинах, тобто якщо одна антена розрахована на коливання з горизонтальною поляризацією, а інша – з вертикальною, величина К пол = 0, тобто зв'язок між антенами відсутня. Якщо одна з антен має кругову поляризацію, а інша – лінійну, величина К підлога = 0.5, що відповідає зменшенню прийнятої потужності в 2 рази.

Шуми на вході приймальних пристроїв.

В супутникових системах зв'язку на відміну від РРЛ прямої видимості використовуються приймальні пристрої із значно меншими власними шумами. Тому сумарна потужність шумів, віднесених до входу приймального пристрою, визначається як величиною власних теплових шумів приймача Р т.вх, і інтенсивністю шумів різних джерел і ланцюгів, зовнішніх стосовно приймача. До зовнішніх джерел шумів можна віднести: радіовипромінювання атмосфери, шуми Землі і антени, і навіть теплові шуми, створювані різними ланцюгами, підключеними до входу приймача (фідерами, фільтрами тощо). Крім того, значний рівень шумів на вході приймача може створюватися позаземними джерелами – радіовипромінюваннями Сонця, Місяця, планет та космічними джерелами радіовипромінювання. Таким чином, сумарна потужність шумів, віднесена до входу приймачів,

Тут Р т.вх - потужність власних шумів приймача; Р Ф - потужність шумів, створюваних фідером та іншими ланцюгами, віднесена до входу приймача; Р А – потужність шумів антени з урахуванням теплових шумів атмосфери та шумів Землі, віднесена до входу антени; Р к – потужність шумів, створюваних радіовипромінюванням Сонця, Місяця, планет та космічними джерелами, віднесених до входу антени; η – ККД фідера та фільтрів; що знаходяться між входом антени та входом приймача.

Враховуючи, що потужність шумів пов'язана з еквівалентною шумовою температурою Т е залежністю

Р ш = kТ е · П е, (9.9)

Де k – стала Больцмана, а П е – ширина смуги пропускання приймача, вираз (4.2.8) то, можливо переписано як

Розглянемо визначення величин, що входять (9.10). Власні шуми приймача, віднесені до його входу, прийнято характеризувати коефіцієнтом шуму Ш або еквівалентної шумової температури Т е.пр. Ці параметри пов'язані з співвідношенням

Т е.пр = Т 0 (Ш-1),

де Т 0 = 290 К.

Величини Т е.пр і Ш визначаються переважно параметрами перших каскадів приймача . Приймальні пристрої з малошумними вхідними підсилювачами виявляються складними у виготовленні та експлуатації. Тому вибору приймального пристрою, наприклад, з квантово-механічним вхідним підсилювачем має передувати ретельне техніко-економічне зіставлення цього варіанту побудови приймального пристрою з іншими можливими варіантами. Поруч із, вибір схеми вхідного пристрою приймача повинен визначатися виграшем у величині сумарних шумів. Так порівняння квантових і параметричних підсилювачів показує безумовну перевагу перших шумових характеристик. Однак квантові підсилювачі вимагають наявності дорожчих кріогенних установок з рідким гелієм; крім того, вони конструктивно складніші через необхідність створення постійного магнітного поля. По посиленню та ширині смуги частот обидва підсилювачі приблизно рівноцінні. Якщо фідер (або додатковий елемент), що знаходиться при температурі Т ф = 290º К, має загасання 0.1 дБ (η=0.977), еквівалентна шумова температура, віднесена до його виходу (тобто до входу приймача), Т е.ф = 6.7 К. Таким чином, кожна десята частина децибела загасання фідера (додаткового елемента) буде призводити до збільшення сумарної температури, віднесеної до входу приймача, приблизно на 7 К. Звідси випливає доцільність скорочення довжини фідера між опромінювачем антени і приймачем, тобто встановлення вхідних підсилювачів приймача безпосередньо поблизу опромінювачів антени.

Еквівалентна шумова температура антени визначається впливом на неї теплового випромінювання Землі, теплового випромінювання атмосфери та власними шумами антени, спричиненими втратами у її елементах. Зазвичай ці втрати дуже малі, і тому власні шуми антени можна не враховувати. Отже, еквівалентна температура антени, перерахована до її входу,

, (9.11)

β – кут піднесення; Т е.з, Т е.а - відповідно еквівалентні температури Землі та атмосфери, віднесені до входу антени.

На малюнку 9.9 показані криві, які визначають залежність еквівалентної температури атмосфери, наведеної до антени Т е.а від частоти f та кута підвищення β. На цьому ж графіку показані приблизні межі зміни еквівалентної температури космічних шумів.

Рисунок 9.9. Залежність еквівалентної шумової температури космічних джерел та атмосфери від частоти та кута піднесення.

Розгляд кривих рисунка 9.9 показує, що при зменшенні β величина Т е.а зростає настільки швидко, що використання величини β<5º нецелесообразно. Следует отметить, что при малых β увеличивается вероятность от наземных радиотехнических средств и промышленных объектов. Максимумы на частотах 22.23 и 60 ГГц объясняются поглощением в водяных парах и кислороде атмосферы соответственно.

Криві (рис. 9.9) відносяться до нормального стану атмосфери за відсутності опадів; у разі опадів Т е. а збільшується. На малюнку 9.10 наведено результати експериментів на частоті 6 ГГц за різної інтенсивності опадів. Крива 2 збігається із залежністю Т е.а від кута β, показаної на малюнку 9.9 для 6 ГГц.

Рисунок 9.10 – Шумова температура атмосфери: 1 – дощ 6.35 мм/г; 2 – дощові хмари, дощу немає; водяна пара 5г/см 3

Розглянемо визначення еквівалентної температури Землі, що віднесена до входу антени Т е.з. У системах зв'язку через ШСЗ використовуються наземні антени з великим коефіцієнтом посилення, що мають ширину діаграми спрямованості близько одного градуса або менше. Такі антени, як випливає з малюнку 9.9, для зменшення еквівалентної температури шумів атмосфери використовуються при β > 5…7º. тому можна вважати, що радіовипромінювання Землі (шуми Землі) прийматимуться лише через бічні пелюстки діаграми спрямованості наземної антени. Це можна пояснити з допомогою кривих малюнка 9.10. На малюнку показана залежність шумової температури антени на частоті 2 ГГц від кута піднесення при двох варіантах опромінення дзеркала (відбивача) антени та наведені відносні величини шумів, що припадають на головну пелюсток діаграми та бічні пелюстки передньої та задньої півсфер. Найбільшу "вагу" мають шуми, що приходять по бічні пелюстки, і саме ці шуми визначають рівень власних шумів антени. Ці шуми значною мірою залежать від методу опромінення дзеркала антени: при більш різкому спаданні опромінення до країв антени бічні пелюстки утворюються менше і, як наслідок, зменшується шумова температура. Слід зазначити, що одночасно з цим погіршується використання поверхні антени, що призводить до зниження коефіцієнта посилення при постійних розмірах дзеркала антени.

Оскільки на практиці спадання опромінення до країв дзеркала зазвичай відповідає 10 дБ, відповідно до малюнка 9.11 можна приблизно вважати, що за рахунок бічних пелюсток еквівалентна температура Землі (К), віднесена до входу земної антени,

Тут β визначає кут піднесення у градусах.

Таким чином, згідно з формулами (9.11) та (9.12) для приймальної антени земної станції

де Т э.а (β) визначається за кривими малюнку 9.9 для заданого значення β і частоти f.

Для бортових антен супутників зв'язку, орієнтованих Землю, вважатимуться, що Ω А > Ω з, а Т з >Т; тут Ω А тілесний кут головної пелюстки діаграми спрямованості бортової антени (стерад); Ω з – тілесний кут Землі, що "спостерігається" з борту супутника (стерад); Т з = 290 º - еквівалентна температура Землі; Т – еквівалентна температура середовища та найближчих предметів, що оточують бортову антену. Враховуючи, що, крім випромінювання Землі, на бортову антену впливатиме випромінювання атмосфери, що оточує Землю, отримаємо

Тут величина Т е.а (90º) визначається по кривій малюнок 9.9 значення β=90º і частоти f.

Для характеристики радіовипромінювань космічних джерел зазвичай використовуватися поняття яскравості Т джерела, яка визначається як температура абсолютно чорного тіла (К), що має на даній частоті і в даному напрямку таку ж яскравість, як аналізований джерело.

У тому випадку, коли температура навколишнього середовища в різних напрямках від антени неоднакова і характеризується яркостной температурою Т я (β 0 , ψ 0), де β 0 , ψ 0 – координати у сферичній системі, для визначення Т е. я (β 0 ,ψ 0) на посилення антени у відповідних напрямках G(β 0 ,ψ 0) та усереднити по всій сфері. Таким чином, на практиці часто зустрічаються наступні два випадки:

1. Величина Т я (β 0 ,ψ 0) постійна або мало змінюється в межах головної пелюстки діаграми спрямованості антени, а випромінюванням, що приймаються бічними пелюстками, можна знехтувати. Це стосується випадку, коли Ω і >Ω A , де Ω A – ширина діаграми спрямованості антени. І тут Т ек =Т я.

2. Кутовий розмір джерел випромінювання Ω і малий у порівнянні з шириною діаграми спрямованості антени Ω A (тобто Ω і< Ω з). При этом можно считать, что в пределах Ω и усиление G (β 0 ,ψ 0) = G max и потому

. (9.15)

Залежність Т ср для Сонця та різних планет від довжини хвилі наведена малюнку 9.12

Величина кутового діаметра Сонця для "земного" спостерігача становить , а кутовий діаметр Місяця в перигеї та апогеї – відповідно і тому ймовірність направлення приймальної антени точно на ту чи іншу планету виявляється малою, проте з цим, а також з можливістю прийому випромінювання бічними. пелюстками діаграми спрямованості антен слід вважатися.

Усереднена яскрава температура фонового випромінювання космосу, віднесена до входу антени, наведена як дві штрихових ліній малюнку 9.9. Верхня пряма характеризує максимальне, а нижня мінімальне значення температури.

З викладеного випливає, що розрахунок величини Т ек, що входить у вираз (4.2.10), виконується відповідно до виразів (9.15), і графіками, що характеризують , наведеними на малюнку 9.9. У тому випадку, коли приймальна антена не спрямована на Сонце, Місяць, планети та дискретні космічні джерела, величина

Т ек = , (9.16)

причому визначається відповідно до малюнку 9.9.

9.3. Особливості апаратури

Передавальні пристрої земних станцій.

Ці пристрої аналогічні передавальним пристроям тропосферних ліній зв'язку. Частотна або фазова модуляція коливань здійснюється методами, що використовуються в РРЛ прямої видимості та в тропосферних лініях зв'язку.

На малюнку 9.13 наведено структурну схему передавальної частини апаратури "Градієнт", яка працює в смузі частот 5975...6225 МГц і встановлюється на кожен ствол земної станції (ЗС). Надіслані повідомлення (багатоканальний телефонний сигнал або телевізійний сигналразом із звуковим повідомленням) подаються на вхід (Вх) модулятора (М). Тут здійснюється частотна модуляція коливань проміжної частоти, що надходять до перетворювачів ПР. На виході ПР утворюються ЧС коливання у зазначеній вище смузі частот потужністю 3 Вт. Наступні посилення (до 3 або 10 кВт) здійснюється у потужних підсилювачах (МУ) на клістронах з ККД не менше 25%. Виходи МУ підключені до перемикача Пк, за допомогою якого можна підключити до пристрою додавання (УС) перший або другий комплект ПР і МУ і цим здійснити резервування цих блоків (час перемикання на резерв не більше 200 мс). Зазначимо, що за допомогою УС до антеної системи можна підключити декілька таких же комплектів апаратури, тобто здійснити передачу через одну антену кількох стовбурів, кожен з яких займає півсу 34 МГц. Контроль над роботою здійснюється блоками До.

Малюнок 9.13. Структурна схема передавального пристрою "Градієнт"

Передавальні пристрої систем зв'язку через ШСЗ відрізняються від передавальних пристроїв інших систем зв'язку, розглянутих у попередніх розділах тим, що в них здійснюється обмеження потужності та вводяться спеціальні сигнали дисперсії.

Приймальні пристрої земних станцій.

Однією з основних особливостей приймальних пристроїв земних станцій є застосування малошумних підсилювачів на вході та антен з великим коефіцієнтом посилення, що досягає 52…60 дБ.

Розглянемо структурну схему приймального пристрою "Орбіта-2" (рисунок 9.14), розрахованого до роботи у смузі частот 3400…3900 МГц. Коливання, що приймаються антеною, проходять перемикач комплектів П і надходять на вхід одного з малошумливих параметричних підсилювачів (МШУ), а потім - на вхід перетворювача і попереднього підсилювача ПЧ (ПР; ПУПЧ). З виходу ПУПЧ коливання надходять на основний УПЧ та частотний детектор, що знаходяться у стійці П (Ст. П). На виході цієї стійки в залежності від виду сигналу можна отримати або багатоканальне телефонне повідомлення, або сигнал зображення спільно зі звуковим супроводом. Поділ останніх здійснюється фільтром Ф. На малюнку 9.14 показано, що МШУ, ПР та ПУПЧ повністю резервовані, перехід на резерв здійснюється автоматично перемикачем П за допомогою апаратури контролю та резервування (КР) протягом 250 мс. Основними параметрами описаного приймального пристрою є ефективна шумова температура, віднесена до входу - 80 ... 90 К; коефіцієнти посилення; МШУ - 40 дБ, ПУПЧ - 23 дБ, основного УПЧ 55 дБ. Система АРУ ​​підтримує вихідний рівень ПЧ з точністю ±1 дБ за зміни вхідного рівня на ±10 дБ; смуга тракту ПЧ за рівнем 1 дБ – 34 МГц, смуга МШУ за рівнем 1 дБ – 250 МГц.

Малюнок 9.14. Структурна схема приймального пристрою "Орбіта-2"

Апаратура "Орбіта-2" дозволяє створювати та багатоствольний варіант прийому; для цього з виходів МШУ, показаних на малюнку 9.14, коливання подаються на кілька паралельних блоків ПР; ПУПЧ.

Антени.

У приймальних та передавальних пристроях використовуються антенні системи з посиленням 50…60 дБ та малими бічними пелюстками – рупорно-параболічні та параболічні антени з перевипромінювачем (антени Кассегрена). Поруч із, антенна система має забезпечувати безперервне стеження рухом ШСЗ. Це необхідно навіть при використанні геостаціонарних ШСЗ, оскільки через неточності виведення на орбіту вони мають деяке переміщення та вимагають корекції руху. Зазначимо, що сучасні вимоги визначають припустиме усунення геостаціонарних ШСЗ на ±0.1 щодо номінального значення довготи. Тому антенні системи з вузькою діаграмою спрямованості повинні бути забезпечені відповідними поворотними пристроями, які забезпечують переміщення антени в просторі або заздалегідь складеною програмою, або за допомогою спеціальної системи стеження за максимальним значенням сигналу, що приймається з ШСЗ. Другий спосіб може бути безпосередньо реалізований тільки на приймальних антенах, від яких дані, що характеризують напрямок приймальної антени на супутник, можуть бути передані на систему, що управляє рухом передавальної антени. При передачі цих даних до них вносяться відповідні поправки, що враховують як деякий територіальний рознесення приймальної та передавальної антен, так і їхню конструктивну неідентичність.

Бортова приймальна апаратура.

Однією з основних вимог, що пред'являються всім комплексам, що входять до складу бортової апаратури ШСЗ, є їх висока надійність, що забезпечує безвідмовну роботу апаратури в умовах космічного простору протягом тривалого часу. Цій вимогі повинні відповідати не тільки окремі деталіта компоненти, що входять до складу апаратури, а також технологічні прийоми, що використовуються при виготовленні апаратури. Вибір варіанта схеми бортового обладнання повинен визначатися мінімальними масою, розмірами, споживаною потужністю.

На рисунку 9.15 наведено структурну схему приймача системи зв'язку "Блискавка-1" . Прийом та передача сигналів здійснюється загальною антеною А, яка через розгалужувач Р 1 та фільтри Ф 1 та Ф 2 приєднується до входу приймачів та виходу передавачів. Сигнали з несучими частотами f 1 і f 2 приймаються з земних станцій, надходять до розгалужувача Р 2 (рисунок 9.15) і через фільтри Ф 3 і Ф 4 підводяться до змішувачів См, УПЧ і обмежувачів Огр. Після вирівнювання обмежувачами амплітуд прийнятих сигналівостанні подаються до змішувачів, в яких здійснюється перетворення проміжної частоти НВЧ. Потім сигнали з несучими частотами f 2 і f 4 через фільтри Ф 5 і Ф 6 і розгалужувач Р 3 підводяться до двокаскадного підсилювача ЛБВ. Охолодження ЛБВ здійснюється рідиною, яка проходить через зовнішні радіатори, що випромінюють тепло у космічний простір.

Малюнок 9.15. Структурна схема ретранслятора "Блискавка-1"

Для забезпечення тривалої роботи та підвищення надійності бортової приймальної станції використовуються холодне резервування комплектів апаратури та автоматична системаперевірки, що складається з імітатора коливань з несучою частотою земних станцій (ІНЗ), контрольно-вимірювального пристрою (КВУ), програмно-часового пристрою (ПВУ) та комутатора комплексів (КК). При виявленні несправного комплекту він замінюється одним із двох резервних.

До основних характеристик ретранслятора системи зв'язку "Блискавка-1" відносяться: діапазон частот - 800 ... 1000 МГц; ширина діаграми спрямованості бортової антени за рівнем половинної потужності – 22 º; потужність бортових передавачів під час передачі телевізійного сигналу 40 Вт, при дуплексної передачі телефонних розмов по 14 Вт у кожному високочастотному стволі (на частоті f 2 і f 4); рух ШСЗ – по еліптичній орбіті з апогеєм близько 40000 км у північній півкулі, перигеєм близько 500 км та нахиленням орбіти близько 65º; період звернення ШСЗ - 12 годин.

У 1972 році було запущено ШСЗ "Блискавка-2" з модернізованим ретранслятором, передавачі якого працюють у діапазоні 4 ГГц.

Контрольні питання:

1. Перерахуйте переваги систем супутникового зв'язку.

2. Дайте визначення геостаціонарної орбіти.

3. Поясніть принцип зв'язку з використанням штучних супутників землі

4. Яка система є системою зв'язку із затриманою ретрансляцією?

5. Охарактеризуйте систему з багаторазовим доступом.

6. Поясніть принцип багатоадресної побудови стволів.

7. Поясніть принцип багатостанційного доступу із частотним поділом.

8. Поясніть принцип багатостанційного доступу з тимчасовим розподілом.

9. Що призводить до запізнювання сигналів?

10. У чому виявляються ехосигнали для абонентів?

11. Чому виникає ефект Доплера?

12. Чим визначається вибір смуг частот, виділених до роботи систем зв'язку через ШСЗ?

13. Як визначається потужність сигналу на вході приймача?

14. Наведіть формулу сумарної потужності шумів, що віднесена до входу приймачів?

15. Наведіть структурну схему передавального пристрою "Градієнт".

16. Перерахуйте основні характеристики ретранслятора системи зв'язку "Блискавка-1".

Розглянемо коротко питання, пов'язані з супутниковим мовленням -передачею телевізійних програм від передавальних наземних станцій до приймальних через активний ретранслятор, розміщений на штучному супутнику Землі (ІСЗ).

Основний принцип супутникового мовлення – використання проміжного ретранслятора, встановленого на ШСЗ, який рухається на високій орбіті тривалий час без витрат енергії на цей рух.

Перші досліди з дальньої ретрансляції телевізійних передач за допомогою активних ретрансляторів, розташованих на висотах над поверхнево Землі, були здійснені в СРСР в 1957 р.

Ще на початку 1937 р. Л. В. Шмаковим було технічно обґрунтовано пропозицію встановлення активних телевізійних ретрансляторів на літаках, проте на той час ця пропозиція не була актуальною.

У 1957 році після виконання великої науково-експериментальної роботи було здійснено таку ретрансляцію телевізійних передач з VI Всесвітнього фестивалю молоді та студентів з Москви до Смоленська, Києва та Мінська.

При ретрансляції використовувалися літаки типу ЛІ-2 при висоті польоту близько 4000 м. Надалі, у зв'язку з великими успіхами у освоєнні космічного простору, з'явилася можливість встановлення активних ретрансляторів на ШСЗ.

Для супутникової ретрансляції телевізійних передач переважно використовують супутники двох видів: що звертаються на витягнутих еліптичних орбітах і що звертаються на геостаціонарних орбітах.

500 .км.

Площина орбіти цих супутників нахилена щодо площини земного екватора на 63,4 °. Згідно з другим законом Кеплера рух ШСЗ на великій висоті в області апогею відбувається повільно. У цей час супутник знаходиться над північною півкулею Землі.

На малій висоті, в області перигею, коли супутник знаходиться над південною півкулею, він рухається дуже швидко. Період звернення супутників "Блискавка" становить 12, год.

Обслуговування всієї території СРСР одним ШСЗ цього типу можливе протягом 8 годин на добу, тому використання трьох ШСЗ дозволило забезпечити цілодобову ретрансляцію. Бортовий передавач ретранслятора, встановлений на ЙСЗ "Блискавка", працює на частоті 3875 МГц з вихідною потужністю 40 Вт при частотній модуляції несучої частоти.

Ретрансляція з використанням ШСЗ "Блискавка" провадиться за системою "Орбіта". Земні приймальні станції цієї системи – складні та дорогі споруди, що складаються з будівлі з параболічною антеною діаметром 12 м. Антена встановлена ​​на повноповоротному опорному пристрої.

У зв'язку з безперервним рухом супутника щодо земної станцій антена станції повинна постійно переміщатися, забезпечуючи орієнтування на ШСЗ. Для цього антена забезпечена пристроєм програмного та ручного наведення, а також комплексом автоматичного наведення по максимуму сигналу.

Приймальний пристрій, земної станції "Орбіта" для поліпшення чутливості містить малошумливі параметричні підсилювачі, що охолоджуються, блоки посилення і перетворення сигналів зображення з частотної модуляції в амплітудну, блоки регенерації синхросигналу, системи придушення перешкод і спотворень.

Крім того, є апаратура для прийому з ІСЗ сигналів звукового радіомовлення та зображення газетних смуг. Нарешті, всі блоки пристрою забезпечені подвійним резервуванням із системами, автоматичного контролю та перемикання на резерв.

Вихідні сигнали телевізійної програми із земної станції "Орбіта" передаються до місцевого телевізійного передавача, який забезпечує трансляцію прийнятої програми для її прийому побутовими телевізійними приймачами звичайного типу за допомогою звичайних індивідуальних або колективних антен.

Використання складних і дорогих земних станцій "Орбіта" в цей час було доцільним для доставки телевізійних програм у великі населені пункти. Будівництво таких станцій у населених пунктах з населенням у кілька тисяч осіб економічно недоцільне. У подібних умовах необхідні простіші та дешевші земні станції.

Для досягнення цієї мети необхідна підвищена потужність передавача супутникового ретранслятора, що дозволяє спростити приймальний пристрій земної станції, та використання ШСЗ, що знаходиться на геостаціонарній орбіті, що виключає необхідність безперервного наведення приймальної антени на ШСЗ.

Ще в 1945 р. англійський інженер А. Кларк, відомий згодом як письменник-фантаст, запропонував використовувати для супутників зв'язку геостаціонарну орбіту з періодом обігу 24 год, яка має форму кола, що лежить у площині земного екватора з висотою над поверхнею землі . Напрямок обертання ШСЗ збігається з напрямком добового обертання землі.

Тому для земного спостерігача супутник здається нерухомим у певній точці небесної півсфери. Завдяки цьому значно спрощуються земні приймальні установки. Відпадає потреба у складній системі постійного наведення антени земної станції на супутник із пристроєм автоматичного супроводу.

Завдяки незмінності відстані до супутника значно виявляється стабільність рівня вхідного сигналу. Відсутня зміна частоти вхідного сигналу завдяки ефекту Доплера.

Зв'язок через геостаціонарний супутник може здійснюватися цілодобово без перерв, необхідні переходу з одного ШСЗ на інший. Ці переваги зумовили припинення подальших запусків супутників типу "Блискавка" та будівництво земних станцій системи "Орбіта".

Міжнародним комітетом реєстрації частот до 1985 було зареєстровано 128 систем зв'язку через геостаціонарні супутники, а до 1992 для цілей зв'язку на геостаціонарні орбіти виведено ще близько 200 ШСЗ. Проте використання геостаціонарних супутників пов'язане і с. деякими труднощами.

Цими супутниками погано обслуговуються приполярні області, а виведення їх на геостаціонарну орбіту потрібно розташування космодрому на екваторі чи значно більша потужність ракети-носія. Проте ці недоліки окупаються простотою та дешевизною великої кількості земних станцій.

На основі геостаціонарних ШСЗ "Екран" та "Горизонт" у нашій країні створено системи супутникової телевізійної ретрансляції "Екран-М" та "Москва". Супутник "Екран" розміщений на орбіті з координатою 99° східної довготи та обладнаний двома передавачами, що працюють на частотах 714 та 754 МГц дециметрового діапазону. Потужність передавача досягає 200 Вт.

Сигнали зображення передаються при частотній модуляції, що несе з еліптичною поляризацією.

Звуковий супровід телевізійної передачі ведеться на піднесеній. частоті 6,5 МГц, яка дорівнює розносу несучих зображення та звукового супроводу при наземному телевізійному мовленні. Усе це дозволило значно спростити земні телевізійні установки. Серійно випускається два класи приймальних установок.

Приймальні пристрої I класу підвищеної якості та надійності призначені для доставки програм телебачення до телевізійних передавачів великої та середньої потужності (місцеві телецентри та потужні наземні ретранслятори).

Приймальні пристрої II класу являють собою спрощені приймачі частотно-модульованих коливань і призначені для перетворення прийнятих сигналів стандартний телевізійний сигнал з амплітудною модуляцією несучого зображення і частотною модуляцією несучого звукового супроводу.

Ці пристрої розраховані на доставку програми або безпосередньо до побутових телевізорів кабельної мережі (у цьому випадку пристрій є установкою колективного телевізійного прийому), або до місцевих наземних ретрансляторів малої потужності.

Випускається кілька варіантів приймальних пристроїв ІІ класу: станція колективного прийому програм телебачення "Екран-КР-10", станція колективного прийому "Екран-КР-1", станція супутникового телебачення"Екран" та абонентський приймач "Екран".

Станція "Экран-КР-10" призначена обслуговування кольоровим телевізійним мовленням великих селищ шляхом формування стандартного телевізійного сигналу потужністю 10 Вт на частоті одного з метрових каналів з випромінюванням сигналу в ефір для прийому побутовими телевізорами зі звичайними антенами.

Станція "Екран-КР-1" призначена для обслуговування невеликих населених пунктів та відрізняється від станції "Екран-КР-10" вихідною потужністю передавача, що становить 1 Вт.

Радіус дії станції "Екран-КР-10" – 6...7 км, а станції "Екран-КР-1" - 2...2,5 км. Станція супутникового телебачення "Екран" призначена для обслуговування невеликих колективів телеглядачів (метеостанцій, геоекспедицій і т. д.) і формує стандартний телевізійний сигнал по першому або четвертому каналу рівнем напруги 1 для подачі через кабельну розподільну мережу на антенні входи побутових телевізорів числом до вісь .

Абонентський приймач "Екран" призначений для підключення до побутового телевізора та формує стандартний телевізійний сигнал на одному з метрових каналів рівнем напруги 40 мВ.

Цей приймач містить малошумний дециметровий підсилювач високої частоти, перетворювач на проміжну Частоту 70 МГц, підсилювач проміжної частоти, амплітудний обмежувач, частотний детектор, з виходу якого знімається сигнал зображення і звукового супроводу.

Вони надходять у блок амплітудного модулятора. Тут сигнали поділяються і перетворюються на стандартний телевізійний сигнал, проводиться відновлення постійної складової, корекція попередніх викривлень сигналу зображення, пригнічується одна з бічних смуг амплітудно-модульованого сигналу зображення. Габаритні розміри абонентського приймача 440 х 240 х 165 мм, вага 5 кг, живлення від мережі змінного струму напругою 220 В, частотою 50 Гц.

У зв'язку з питаннями, що часто виникають, слід зазначити, що абонентські приймачі "Екран" поки що в роздрібний продаж не надходять, а розподіляються по фондах через головні управління постачання різних міністерств і відомств.

Деякі радіоаматори, що мають у своєму розпорядженні побутові телевізійні приймачі, оснащені дециметровим селектором каналів, намагаються здійснити безпосередній прийом телевізійних-передач від бортового ретранслятора ШСЗ "Екран", вважаючи, що для цього достатньо встановити ефективну антену і направити її в точку небесної ШСЗ.

При цьому вони не беруть до уваги, що чутливість побутового телевізійного приймача недостатня, що сигнал зображення передається з супутникового ретранслятора при частотній модуляції, а також інші особливості сигналу.

Хоча, в принципі, створення радіоаматорської конструкції приймача, аналогічного абонентському приймачеві "Екран", і можливо, однак це завдання досить складне і може виявитися під силу тільки найбільш кваліфікованому радіоаматору, який має досвід будівництва та налагодження відповідної апаратури, за наявності у нього необхідного комплексу вимірювальних приладів. Досі описів і схем радіоаматорської апаратури подібного призначення в літературі не з'являлося.

В системі супутникового зв'язку "Москва" задіяно п'ять ШСЗ типу "Горизонт", розміщених на геостаціонарній орбіті з координатами 14° західної довготи, 53°, 80°, 90° та 140° східної довготи, які забезпечують ретрансляцію програм телебачення з Останкіного до різних регіонів. країни з тимчасовим зрушенням від двох до восьмої години.

Передавачі цих ретрансляторів працюють на частоті 3675 МГц при вихідній потужності 40 Вт, звуковий супровід передається на 7 МГц, що піднесе. Створено також систему "Москва-Глобальна" для ретрансляції програм телебачення на країни Європи, Азії, Африки та Америки.

Нікітін В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.Б. - 100 та одна конструкція антен.

Повнотекстовий пошук:

Головна > Реферат >Астрономія

Федеральне агентство зв'язку

Державний загальноосвітній заклад

«Сибірський державний університет

Телекомунікацій та інформатики»

Кафедра Радіомовлення та телебачення

РЕФЕРАТ

за Основами телекомунікацій

тема: «Супутниковий радіозв'язок».

Виконав: студент I курсу

Леонов Н.І.

Перевірив: Катунін Г.П.

Новосибірськ-2009

1. Штучні супутники Землі як ретранслятори для систем

зв'язку.………………………………………………………………….………….3

2. Принципи побудови та особливості ССС…………………………………….7

3. Тенденції технології…………………………………………………..………11

4. Космічні станції……………………………………………………………12

5. Земні станції………………………………………………………………….16

1. Штучні супутники Землі як ретранслятори для систем зв'язку

Завдання збільшення дальності та пропускної спроможності систем зв'язку завжди були основними проблемами даної галузі техніки. На жаль, відповідні характеристики, як правило, виявляються альтернативними: заходи щодо збільшення пропускної спроможності призводять до скорочення дальності та навпаки. Зокрема, підвищення пропускної спроможності вимагає переходу на все більш високочастотні діапазони хвиль, сигнали яких можуть бути безпосередньо передані практично лише на відстані прямої видимості- Як засіб вирішення цієї суперечності, можуть бути використані ретранслятори, підняті досить високо нал поверхнею Землі.

Успіхи розвитку космонавтики дозволили використовувати як такі ретранслятори ШСЗ. Оскільки вони можуть розташовуватися практично скільки завгодно високо над Землею, їх сфера обслуговування може охоплювати як окремі країни чи моря, а й цілі континенти і океани. У випадку супутники рухаються по еліптичних орбітах, у одному з фокусів яких розташовується центр Землі. Супутник переміщається щодо наземного спостерігача, а разом із ним і область обслуговування переміщається темною поверхнею. В результаті слід або збільшувати кількість супутників у системі, або погодитися з тим, що цілодобовий зв'язок не забезпечуватиметься.

Поліпшення ситуації може бути досягнуто, якщо вибрати орбіту супутника так, щоб період звернення супутника навколо Землі знаходився в простому співвідношенні з періодом її обертання навколо своєї осі (синхронні орбіти). Використання таких орбіт призводить до постійного розкладу можливих сеансів зв'язку, оскільки для будь-якого наземного спостерігача супутник-ретранслятор (СР) з'являється в цій точці небесної сфери періодично, постійно в той самий час.

Подальші спрощення супутникових систем зв'язку наступають, якщо:

Орбіта супутника є круговою і лежить у площині екватора;

Період звернення супутника по орбіті становить рівно одну добу. Такий супутник взагалі залишається нерухомим щодо будь-якого наземного спостерігача. Відповідна орбіта називається геостаціонарний(ДСО), а супутник, що рухається по ній - стаціонарним.ДСО має радіус приблизно 42,3 тис. км. Вона унікальна і єдина, тому розміщення супутників на ній жорстко контролюється між народними організаціями на чолі з егідою ООН, що діє, Міжнародним союзом електрозв'язку (МСЕ). Тієї ж організації доручено міжнародну координацію та інші супутникові системи зв'язку з метою раціонального обмеження взаємного впливу між ними.

Хоча нині переважна частина використовуваних СР є стаціонарним і, вони позбавлені істотних недоліків. Саме такі супутники найкраще пристосовані для обслуговування тропічних та субтропічних регіонів. У міру просування спостерігача на поверхні Землі від підсупутникової точки вздовж меридіана до полюсів Землі, кут місця направлення на стаціонарний космічний апарат (КА) зменшується, досягаючи нульового значення для широти 82 (північної або південної). Для близьких до полюсів точок підсупутникового меридіана видимість супутника взагалі відсутня. Легко зрозуміти, що межа геометричної видимості стаціонарного КА при відхиленні спостерігача від супутникового меридіана опускається у напрямку екватора. Крім того, робота радіоліній у напрямках з малими кутами місця взагалі різко утруднюється як за рахунок прийому відбитих від Землі сигналів, так і за рахунок екрануючої дії різних піднесень, риштування, будівель або інших перешкод. Тому стаціонарні КА практично нездатні обслуговувати території, що лежать на північ від північного і на південь від південного полярних кіл. Тим часом ці території часто становлять значний інтерес, наприклад для Росії. Навіть територія Північного полюса становить значний інтерес, насамперед у зв'язку з тим, що через неї пролягають найвигідніші траси низки найважливіших авіаліній.

Орбіти СР можна обирати те щоб забезпечити переважне обслуговування тих чи інших регіонів лежить на Землі. Так, а Росії була запропонована еліптична орбіта, спеціально пристосована обслуговування північних регіонів нашої планети. Апогей цієї орбіти знаходиться над північною півкулею на відстані приблизно 40 тис. км від поверхні Землі, а перигей лежить на висоті кілька сотень кілометрів над південною півкулею. Площина орбіти нахилена до екватора приблизно 65°. Період звернення супутника по цій орбіті становить половину доби, тому це синхронний супутник. За добу він здійснює два витки" перший з них, званий основним,досягає апогею над Сибіром (у точці з географічними координатами 63»5° пн.ш. і 81° сх.д.), а другий - пов'язаний - у точці з тією ж широтою, але зсунутою по довготі на 180°, тобто . 99° з.д. (Над Канадою). Параметри цієї орбіти вибрані так, що & частини орбіти, що примикає до апогею, швидкість кутового переміщення супутника в напрямку «схід-захід» збігається з таким для Землі. Ця умова приблизно виконується на всій робочій ділянці орбіти (від трьох-чотирьох годин до досягнення апогею до трьох-чотирьох годин після його проходження) і забезпечує відсутність переміщення супутника по відношенню до будь-якого спостерігача на Землі в напрямку «схід-захід».

На робочому ділянці орбіти порівняно невеликим виявляється і переміщення у напрямі «північ-південь». Еліптична орбіта забезпечує обслуговування північної півкулі Землі, включаючи область Північного полюса з досить великими кутами місця. Недоліком її є необхідність використання системи із трьох-чотирьох супутників для підтримки безперервності зв'язку протягом доби, що здорожує космічний сегмент системи; Також важливо, що з використанні еліптичних супутників на ЗС доводиться забезпечувати стеження антеною за переміщеннями КА, що подорожчає і земний комплекс системи.

Супутник-ретранслятор (СР) повинен приймати сигнали від земних станцій (ЗС) системи зв'язку, посилювати їх та знову передавати на ті ЗС, яким очі призначені. Таким чином, СР містить приймальне та передавальне обладнання для ретрансляції сигналів.

Оскільки наскрізне посилення приймально тракту СР має бути досить великим, необхідно вести прийом і передачу на різних частотах (інакше не вдасться уникнути самозбудження тракту). Таким чином, обов'язковим елементом тракту ретрансляції є перетворювачі частоти.

Особливість ретрансляторів мовної служби в тому, що для них основним є передавальний тракт, через який власне здійснюється вішання. На мовних СР встановлюється і приймальне обладнання, що використовується для прийому мовних програм, що подаються на борт. Радіолінія подачі програм на борт називається фідерної.

Супутник-ретранслятор, як і будь-який активний КА, крім власне тракту ретрансляції, іменованого по відношенню до цього апарату, корисним навантаженням(ПН), містить також і цілу низку допоміжних систем, таких як система електроживлення, система орієнтації та стабілізації, система терморегулювання та управління. Остання включає системи формування та передачі телеметричної інформації. КА за вирахуванням корисного навантаженняназивається космічною платформою(КП). Така платформа може використовуватися у поєднанні з різними ПН для створення ряду різних КА.

Нині на користь фіксованої і мовної служб найчастіше використовуються стаціонарні СР. Типові параметри платформ таких супутників:

енергоозброєність до 5-7 кВт, причому для живлення корисного навантаження виділяється 1,5-2 кВт;

маса порядку 2-3 т., у тому числі корисного навантаження 0,5-0,8 г;

точність орієнтації та стабілізації порядку 0,1;

термін активного існування 12-15 років.

Поряд із типовими КА в даний час вважається перспективним використання на користь фіксованої служби малих КА (МКА) з масою 500-800 кг (у тому числі ПН 100-200 кг) та енергоозброєністю 1,8-2,5 кВт. Гідність МКА - можливість групового або попутного (разом з типовим КА) запуску, що суттєво знижує витрати на виведення. МКА можуть запускатися в ті точки, де вже розташовані інші СР і забезпечувати необхідне доповнення стволів, що працюють на них, або заміну стволів, що вийшли з ладу. Там можуть будуватися також національні системи супутникового зв'язку порівняно невеликих чи небагатих країн.

Залежно від складу користувачів СР поділяються на міжнародні та національні. Найбільш відомі міжнародні СР фіксованої служби Intelsat та Eutelsat. Істотними ресурсами володіє також міжнародна компанія Інтерсупутник. СР Eutelsat містять також стовбури, які найчастіше використовуються європейськими країнами для телевізійного мовлення. Спеціально для цього використовується супутникова система Astra.

Національна система супутникової фіксованої служби Росії в даний час використовує СР типу "Експрес", а також "Ямал" різних модифікацій.

2. Принципи побудови та особливості ССС.

Види орбіт. Супутник зв'язку може бути на круговій або на еліптичній орбіті. Відповідно центр Землі збігається з центром кругової орбіти чи з однією з фокусів еліптичної орбіти (рис. 1).

Кут i між площиною орбіти та площиною екватора називають нахилом. При i=0 орбіта називається екваторіальною, при i=90° – полярної, інші – похилими. Кругові орбіти розрізняються нахилом та висотою Н3 над поверхнею Землі. Еліптичні орбіти – нахилом та висотами апогею А та перигею П над поверхнею Землі. Лінія, що з'єднує апогей та перигей, називається лінією апсид. Поля тяжіння Місяця, Сонця, планет, магнітне поле Землі, несферичність Землі та інші фактори, що обурюють, викликають зміну параметрів орбіти в часі. Для похилих еліптичних орбіт ці зміни мінімальні, якщо вибрати i= 63,4 °.

У ССС знайшли застосування орбіти двох типів: висока еліптична типу «Блискавка» та геостаціонарна орбіта. Перша отримала назву від радянського супутника зв'язку «Блискавка». Її параметри: висота апогею близько 40 тис. км, висота перигею близько 500 км, i 63,4 °. Апогей орбіти знаходиться над північною півкулею. Період обігу ШСЗ-12 год. За добу ШСЗ здійснює два обороти. Тому кожну добу він видно в одних і тих же районах Землі в той самий час. Орбіта, на яку період звернення ШСЗ кратний земної доби, називається субсинхронною. Відповідно до другого закону Кеплера у районі апогею високої еліптичної орбіти ШСЗ рухається набагато повільніше, ніж у перигею. Сеанс зв'язку проводять, коли ШСЗ рухається в частині орбіти, що прилягає до апогею. Він може тривати близько 8 год, оскільки упродовж цього часу супутник на орбіті типу «Блискавка» видно по всій території СРСР. Розмістивши на орбіті три ШСЗ, можна підтримувати зв'язок цілодобово. Ці супутники переміщаються щодо ЗС, тому останніх доводиться встановлювати рухливі антени, які слідкують за ШСЗ.

Геостаціонарна орбіта(ГО) – це екваторіальна кругова орбіта, на яку Н 3 =35786 км. Супутник, що рухається цією орбітою, називають геостаціонарним.Він обертається з тією ж кутовою швидкістю, що й Земля, і тому спостерігачеві Землі здається нерухомим. Точку на земній поверхні, над якою ШСЗ, знаходиться в зеніті, називають підсупутниковою. Для геостаціонарного супутника траєкторія підсупутникової точки вироджується на точку на екваторі. Довгота цієї точки визначає положення геостаціонарного ШСЗ. Зв'язок через такий ШСЗ можна підтримувати за допомогою нерухомих антен ЗС. Насправді часто доводиться брати до уваги порівняно невеликі коливання положення ШСЗ, спричинені переліченими вище факторами, що обурюють. Під їх впливом підсупутникова точка починає робити коливання із добовою періодичністю. Через деякий час траєкторія руху підсупутникової точки за добу набуває вигляду «вісімки», витягнутої в напрямку північ-південь, з центром на екваторі. Через рік розмах цієї вісімки становитиме близько ±1°. Через це доводиться періодично коригувати становище супутника на орбіті.

Супутникова супутникового связи…………………………………………………..4 1.1 Історія супутниковоїсвязи………………………………………………….4 1.2 Організація супутниковогоствола…………………………………………..5 ... адміністративної конференції з радіозв'язку(WARC-92), ...

x

x

Штучний супутник Землі (ІСЗ) - космічний літальний апарат, що обертається навколо Землі геоцентричною орбітою. Для руху по орбіті навколо Землі апарат повинен мати початкову швидкість, рівну або більшу за першу космічної швидкості. Польоти ШСЗ виконуються на висотах до кількох сотень тисяч кілометрів. Нижню межу висоти польоту ШСЗ зумовлює необхідність уникнення процесу швидкого гальмування в атмосфері. Період звернення супутника по орбіті залежно від середньої висоти польоту може становити від півтори години до декількох років. Особливого значення мають супутники на геостаціонарній орбіті, період обігу яких суворо дорівнює добі і тому для наземного спостерігача вони нерухомо «висять» на небосхилі, що дозволяє позбутися поворотних пристроїв в антенах.

Відповідно до міжнародної домовленості космічний апарат називається супутником, якщо він здійснив не менше одного обороту навколо Землі. В іншому випадку він вважається ракетним зондом, що проводив вимірювання вздовж балістичної траєкторії, і не реєструється як супутник. Залежно від завдань, які вирішуються за допомогою ШСЗ, їх поділяють на науково-дослідні та прикладні. Якщо на супутнику встановлені радіопередавачі, та чи інша вимірювальна апаратура, імпульсні лампи для подачі світлових сигналів тощо, його називають активним. Пасивні ШСЗ призначені зазвичай для спостережень із земної поверхні при вирішенні деяких наукових завдань (до таких ШСЗ належать супутники-балони, що досягають у діаметрі декількох десятків м). Науково-дослідні ШСЗ служать для досліджень Землі, небесних тіл, космічного простору. До них належать, зокрема, геофізичні супутники (Див. Геофізичний супутник), Геодезичні супутники, орбітальні астрономічні обсерваторії та ін. навігаційний супутник), супутники технічного призначення (для дослідження впливу космічних умов на матеріали, для випробувань та відпрацювання бортових систем) та ін. ІСЗ, призначені для польоту людей, називаються пілотованими кораблями-супутниками. ШСЗ на екваторіальній орбіті, що лежить поблизу площини екватора, називаються екваторіальними, ШСЗ на полярній (або приполярній) орбіті, що проходить поблизу полюсів Землі, - полярними. ШСЗ, виведені на кругову екваторіальну орбіту, віддалену на 35860 км від поверхні Землі, і що рухаються у напрямку, що збігається з напрямком обертання Землі, «висять» нерухомо над однією точкою земної поверхні; такі супутники називаються стаціонарними.

Перший ШСЗ "Супутник".
Запущено за програмою МГГ (Міжнародний геофізичний рік) у період максимальної сонячної активності (1957-1958). Маса супутника 83,6 кг. Корпус – сфера діам. 0,58 м. Час існування 92 діб.

Перший ШСЗ із твариною ("Супутник-2" із собакою Лайкою).
Супутник не відділявся і був весь другий ступінь - центральний блок ракети. Маса корисного вантажу 503,8 кг. Дата запуску 03.11.1957

Перший зв'язковий ШСЗ - активний ретранслятор ("Атлас-Скор")
англ. Atlas-Score, "Атлас" від назви ракети-носія та SCORE від Signal Communcations Orbit Relay Experiment - експеримент із ретрансляції сигналів зв'язку з орбіти. Дата запуску 18.12.1958

Перший метеорологічний ШСЗ "ТІРОС-1"
("TIROS", скор. від Television Infra-Red Observation Satellite - супутник для спостережень з телевізійним та інфра-червоним обладнанням для отримання зображень хмарного покриву та вимірювання теплового випромінювання Землі). Маса 120 кг. Корпус - 18-гранна призма (вис. 0,5 м, макс. поперечний розієр ~1 м) Дата запуску 01.04.1960

Перший радянський ІСЗ-розвідник ("Зеніт-2")
Офіційна назва "Космос-4". Створено на базі КС "Схід 2К". Мав капсулу, що спускається, для повернення наукової апаратури та фотоплівки на Землю. Дата запуску 26.04.1962

20. Автоматичні міжпланетні станції: цілі та завдання їх застосування, приклади виконання.

Автоматична міжпланетна станція (АМС) - безпілотний космічний апарат, призначений для польоту в міжпланетному космічному просторі (не геоцентричною орбітою) з виконанням різних поставлених завдань. У той час як країни, що мають навколоземні супутники - кілька десятків, складні технологіїміжпланетних станцій освоїли лише кілька країн - СРСР/Росія, США, Європа/ESA, Японія, Китай, Індія. При цьому до Марса, Венери і комет відправляли АМС тільки перші чотири, до астероїдів - тільки США, Європа і Японія, до Меркурія, Урану і Нептуна - тільки США, Юпітеру і Сатурну - США, з них дві АМС за участю ESA. З огляду на значну вартість та високу складність міжпланетних перельотів великі перспективи мають міжнародні проекти в цій галузі. Наприклад, зонд нового покоління для дослідження системи Юпітера планується за спільною участю NASA, ESA, Роскосмосу та JAXA. АМС зазвичай призначається до виконання комплексу завдань, починаючи науково-дослідними проектами, і закінчуючи політичними демонстраціями. Типовими об'єктами для дослідницьких завдань є інші планети, їх природні супутники, комети та інші об'єкти Сонячної системи. При цьому зазвичай виконується фотографування, сканування рельєфу; вимірюються поточні параметри магнітного поля, радіації, температури; хімічний складатмосфери іншої планети, ґрунту та космічного простору поблизу планети; перевіряються сейсмічні властивості планети. Накопичені вимірювання періодично передаються Землю з допомогою радіозв'язку. Більшість АМС мають двонаправлений радіозв'язок із Землею, що дає можливість використовувати їх як дистанційно керовані прилади. В Наразіяк канал передачі даних використовують частоти в радіодіапазоні. Досліджуються перспективи застосування лазерів для міжпланетного зв'язку. Великі відстані створюють істотні затримки під час обміну даними, тому рівень автоматизації АМС прагнуть максимально збільшити.

Перший штучний супутник Місяця (ІСЛ "Місяць-10")
Час існування 56 діб, здійснив 460 обертів навколо Місяця запуск 31.03.1966, виведення на орбіту навколо Місяця 03.04.1966

Перший штучний супутник Марса ІСМ ("Марінер-9")
Маса КА 998 кг, у т.ч. 450 кг КТДУ, тягою 1,3 кН. Передав 7329 знімків Марса (дозвіл до 0,1 м), його супутників Деймоса та Фобоса. На базі знімків складено карту планети та обрано райони посадки посадкових модулів КА "Вікінг-1" та "Вікінг-2", які здійснили посадку на Марсі 20.07. та 04.09. 1976 року на відстані 6400 км один від одного. Запуск 30.05.1971; висновок на обиту навколо Марса 14.11.1971

Перші радянські штучні супутники Марса ІСМ ("Марс-2", "Марс-3")
Маса космічних апаратівпо 4650 кг, вони мали орбітальні відсіки і апарати, що спускаються. ІСМ, після відділення, гальмування в атмосфері, спуску та м'якої посадки СА на марсіанську поверхню, були ретрансляторами передачі даних від СА Землю. ІСМ мали наукову апаратуру і дві фототелевізійні камери з різними фокусними відстанями для зйомки поверхні Марса. Запуск 19.05 та 28.05.1971; виведення на орбіту навколо Марса 27.11 та 02.12.1971

Перші штучні супутники Венери ІСВ ("Венера-9", "Венера-10").
Запуск 08.06 та 14.06.1975; виведення на орбіту навколо Венери 22.10 та 25.10.1975.

Перший штучний супутник Сатурна АМС "Кассіні".
Бюджет проекту понад $3 млрд. За допомогою цього апарату відкрито безліч нових супутників Сатурна, отримано унікальні фотографії самої планети та її супутників. Маса "Кассіні" при старті склала 5710 кг, включаючи 320-кілограмовий "Гюйгенс", 336 кг наукових приладів та 3130 кг палива. Розміри станції складають 6,7 м заввишки і 4 м завширшки. Дата запуску 15.10.1997, виведення на орбіту Сатурна 30.06.2004 Перший штучний супутник Меркурія "Messenger" у перекладі "Посланник" - скорочення від MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging Стартова маса АМ0000 (більше половини всієї маси) - паливо. Корпус апарату виготовлений із композиційного графітового матеріалу та має розміри 1,42×1,85×1,27 м. Потужність 450 кВт Дата запуску 17.03.2011 вихід на орбіту 18.03.2011.