Орбиты искусственных спутников Земли

  Принцип спутниковой связи заключается в ретрансляции устройств. Спутниковый сигнал от передающих наземных станций к приемникам. Спутник это устройство связи, которое принимает сигналы от наземной станции (ЗС), который затем усиливается и транслируется одновременный режим для всех ИСЗ, находящихся в поле зрения спутника. Принцип связи со спутниками заключается в передаче сигналов от одного или нескольких несколько наземных станций на спутнике с последующей ретрансляцией на все ИСЗ системы.

В настоящее время человечество использует разные типы орбит для позиционирование спутников. Рассмотрим низкоорбитальную, геостационарную и эллиптическая система. Орбита - это траектория движения искусственный спутник Земли. Во время бесплатного перелета от путешественника, когда на борту не работают реактивные двигатели, движение продолжается влияние гравитационных сил и инерции, а основная сила притяжение земли.

Одно из новых направлений в развитии спутниковой связи с начала 90-х годов с годами они превратились в системы связи на базе низкоорбитальных космических аппаратов. Спутники на низкой околоземной орбите LEО (Low Earth Orbit) это космические аппараты (КА), орбитальная высота которого находится в пределах 700-1500 км.

Созвездие низкоорбитальной может содержать от одного до несколько десятков малых спутников массой до 500 кг. Чтобы прикрыть общение большая территория Земли, на которой используются орбиты несколько космических кораблей, лежащих в разных плоскостях. На рис.3.1 показано положение круговой орбиты относительно Земли.

             Рис. 3.1 – Эллиптическая и круговая орбиты

    Рекомендуется постоянный уровень мощности радиотелефона не более 50 мВт. Эффективный прием сигнала мощность, например, геостационарный спутник относится к жизненно важному сложности с космическим кораблем, размещение больших антенн и их точность позиционирование. Для спутниковых систем низкоорбитальных длина радиолинии во много раз меньше, и проблема создания многолучевых антенн менее остро. Эти системы включают, прежде всего, Iridium и Glоbalslar. Эти системы созданы зарубежными консорциумами при участии такие крупные производственные компании, как Motorola / Lokheed и Oualcоmm / Lоral соответственно.

    Эллиптические орбиты спутников часто называют высокими эллиптическая орбита (ВЭO). Эта орбита следует изогнутому эллипсу. Один одной из основных характеристик эллиптической орбиты является то, что спутник, вращаясь по этой орбите вокруг Земли, он движется быстрее, когда он находится ближе к его поверхности и замедляет свою скорость по мере удаления от наша планета. Положение эллиптической орбиты относительно Земли показано на рис.3.1

          Каждый эллипс имеет два центра, а в случае эллиптической орбиты - один из совпадают с центром Земли. Еще одна особенность эллиптической орбиты это наличие двух важных моментов. Один из них на месте максимальное расстояние от Земли. Эта точка известна как апогей: есть скорость движение космического корабля сведено к минимальным показателям, потому что здесь меньше ощущается сила земного притяжения. Точка, где спутник находится ближе всего к Земле, известный как перигей -когда он проходит через спутник движется с максимальной скоростью.

    Преимущества эллиптических орбит побудили их разместить много спутников, особенно в тех случаях, когда необходимо иметь данные спутники обладали определенными свойствами, например, спутник должен передавать и получать сигналы в полярных и высоких регионах.

       Использование ВЭO может обеспечить покрытие сигнала в любой точке глобуса. Движение таких орбит не ограничивается экваториальными линиями (как и в случае геостационарных орбит). Благодаря этой особенности (обеспечение надежного покрытия сигнала высоких и полярных широт) ВЭO активно используются такими странами, как Россия, большая часть которых находится прямо за Полярным кругом и в высоких широтах.

Обеспечивает нахождение двух спутников на эллиптической орбите непрерывная пространственная коммуникация. Однако положение спутника на нем относительное наземная станция постоянно меняется, что является недостатком эллиптического тренажера орбиты.

Очень популярная спутниковая орбита - геостационарная орбита. (ГСО). Он используется для размещения многих типов спутников, в том числе спутники, обеспечивающие прямое теле- и радиовещание, спутники, обеспечивающие связь, а также релейные системы. Преимущество геостационарной орбиты в том, что что находящийся на нем спутник постоянно находится на одном и том же положения над экватором на высоте около 35 786 км над уровнем моря, что позволяет направлять на него фиксированную антенну земной станции. Расположение орбиты относительно Земли показано на рисунке 2.

Рис.3.2 – Геостационарная орбита

 

Спутник на такой орбите совершает революцию вокруг Земли ровно за один земной день. Если направление его движения совпадает с направлением вращения Земли, то с поверхности Земли кажется неподвижен.

Вот еще несколько важных преимуществ глобальные коммуникационные организации:

- отсутствие прерываний связи из-за взаимного движения КА и

пользовательский терминал во время сеанса связи;

      - коммуникационное покрытие 95% поверхности Земли системой, состоящей только из три геостационарных спутника;

- нет необходимости организовывать связь между спутниками (в отличие, например от низкоорбитальных систем);

- простая организация общения на глобальном уровне.

Известно, что большинство спутниковых абонентских терминалов использующие технологию VSAT (Vеry Small Apеrture Terminal), эксплуатируются спутниками-ретрансляторами на геостационарной орбите VSAT.

Высота ГСО достаточно высока, поэтому эти спутниковые системы имеют главный недостаток: большая задержка между передачей и приемом сигнал. Кроме того, дополнительную задержку вносит атмосфера и приемопередающее оборудование терминалов реле VSAT и ретрансляционным спутником.

Действительно, поскольку геостационарная орбита находится на расстоянии примерно 36000 км от поверхности земли с задержкой из-за завершения скорость распространения радиосигнала составит около 260 мс за один направление, если сигнал проходит путь до спутника ретранслятора и наоборот, задержка составит 520 мс. Остальное из указанных источников и задержки не имеют большого значения.

Отметим, что к недостаткам такой линии связи можно отнести перенасыщение ГСО во многих направлениях, а также невозможность обслуживания полярных области.

Однако, несмотря на все существующие недостатки геостационарной орбиты, расположенные на нем спутники широко используются во всем мире благодаря их главное преимущество, которое может перевесить все недостатки: геостационарный спутник всегда находится в одной и той же орбитальной позиции относительно определенной точки на Земле, как упоминалось ранее.

Для спутникового телевидения используются спутники, которые на ГСО антенна пользователя неподвижна. Обычно спутниковая антенна регулируется по двум координатам (рисунок 3): азимут (отклонение от направление спутника на «Север» и плоскость горизонта, по часовой стрелке) и возвышение (угол между плоскостью горизонт и направление на спутник).

                      Рис.3.4 – Угол места β и азимут α земной станции

 

3.2 Полосы частот систем спутникового вещания

   Распределение полос частот между различными службами радиосвязь находится в ведении одной из специализированных организаций ООН -международный союз электросвязи (МСЭ), который на основе исследования проходят в странах-членах МСЭ и представлены Международной консультативный комитет по радио (МККР) на своем административном уровне конференции готовит соответствующие правила и процедуры. Основной международный документ, регулирующий использование частот - Регламент радиосвязи. Содержит таблицу распределение полос частот между службами, отдельная техника ограничения при совместном использовании частот между разными услуги, процедуры для систем согласования и правила регистрации частотные присвоения в Международном комитете регистрации частот.

    Полосы частот выделены для систем спутникового вещания (таблица 1).

Ка-диапазоны и K- почти никогда не используются и в настоящее время считаются экспериментальными. Однако трансляция программ спутникового телевидения находится в этих ленты значительно уменьшают диаметр приемных антенн.

                   Табл 1– Полосы частот систем спутникового вещания