книги / Физические основы получения информации
..pdfсигналы на частоте 6390 МГц. На борту они усиливаются и преобразуются по частоте, а затем излучаются на Землю на час тоте 4170 МГц.
Таким образом, каналы связи «Земля - космос» и «кос мос - Земля» работают в сантиметровом диапазоне волн, кото рый менее всего подвержен помехам и перегрузкам. Работа в этом диапазоне позволяет применять антенны относительно не больших размеров.
На рис. 8.17 показана блок-схема ретранслятора спутни ка. Поступающий на вход приемника сигнал частотой 6390 МГц для получения промежуточной частоты 90 МГц «смешивается» с сигналом, имеющим частоту 6300 МГц. Последующее усиле ние производится широкополосным усилителем промежуточной частоты (УПЧ) на 14 германиевых диффузионных транзисторах.
Приемная антенна |
|
Передающая антенна |
|||||
Ч*/6390 МГц |
|
|
4170 МГц |
||||
4170 МГц |
4080 МГц |
||||||
90 МГц |
|||||||
Смеси |
-> |
УПЧ |
Смеси |
Схема объ |
Усили |
Фильтр- |
|
разветви |
|||||||
тель |
|
|
тель |
единений |
тель |
тель |
|
Т 6300 МГц |
|
|
|
|
|||
Гетеро- |
4080 МГц |
4080 МГц |
|
|
|||
дин 1 |
|
|
|
|
|
|
|
] 2200 МГц |
|
|
|
|
|||
Генератор |
|
Гетеро- |
|
|
|
||
кварцевый |
|
дин 2 |
|
|
|
||
|
Рис. 8.17. Блок-схема ретранслятора спутника связи |
||||||
Ширина полосы |
пропускания усилителя |
составляет |
|||||
50 МГц |
при коэффициенте усиления 65-85 дБ. |
|
|||||
Затем |
сигнал промежуточной частоты |
«смешивается» с |
сигналом второго стабилизированного кварцем гетеродина, имеющего частоту 4080 МГц, и с преобразованной частотой 4170 МГц подается на усилитель на ЛБВ, который обеспечива ет усиление 5*103 После усилителя на ЛБВ выходной сигнал по ступает через фильтр в антенную систему и излучается в качест
181
ве основного сигнала, несущего передаваемую информацию. Мощность излучения составляет 2,25 Вт.
Бортовые кварцованные гетеродины сантиметрового диа пазона состоят из задающих генераторов и умножителей часто ты на транзисторах и диодах. Результирующая частота первого гетеродина 2220, второго - 4080 МГц. В результате «смешива ния» их частот получается частота 6300 МГц, которая и подает ся на преобразователь частоты приемника, где «смешивается» с частотой принимаемого сигнала. Разность между частотой при нимаемого сигнала и «смешанной» частотой двух гетеродинов, равная 90 МГц, служит промежуточной частотой. Кроме того, сигнал частотой 4080 МГц со второго гетеродина подается на второй преобразователь частоты (в передатчике), где после «смешивания» с сигналом частотой 90 МГц образует сигнал частотой 4170 МГц.
Перед подачей сигнала второго гетеродина на преобразо ватель он усиливается с помощью усилителя на ЛБВ и затем проходит через систему фильтров. Часть мощности этого сиг нала частотой 4080 МГц ответвляется в антенную систему и из лучается. Этот немодулированный сигнал (уровень его мощно сти около 25 МВт) используется в режиме радиомаяка для обнаружения спутника наземной станцией слежения и для точ ного слежения за ним.
На искусственных спутниках Земли располагается актив ный ретранслятор. Спутник получает электропитание от солнеч ных батарей или от малогабаритных ядерных электростанций.
На спутнике-ретрансляторе расположена антенная систе ма и приемопередающая аппаратура, осуществляющая прием, преобразование, обработку (усиление, изменение несущей час тоты и пр.) и передачу сигналов в направлении земных станций (ЗС) - станций радиосвязи.
Частота колебаний этих систем связи находится в диапа зоне 1-15 ГГц (длина волн 30-2 см). Перспективными представ ляются системы на 100 ГГц и на более высокие частоты милли метрового диапазона, так как на этих частотах достаточно про сто обеспечивается высокая эффективность радиосистем: узкая ДН антенных устройств, малый уровень естественных помех, скрытность канала связи и др.
182
Ретрансляторы на ИСЗ имеют до 12 передатчиков, каж дый передатчик обслуживает свой канал связи с полосой про пускания 36 МГц, по которому передается либо одна программа цветного телевидения, либо 900 телефонных разговоров.
ИСЗ широко используются для передачи радиовещатель ных и телевизионных программ.
Спутниковые системы связи (СПСС) классифицируют по двум признакам: типу используемых орбит и различию в зонах обслуживания и размещения ЗС.
В состав любой мобильной спутниковой связи входят ЗС трех видов:
-абонентские станции (АС) - авиационные, морские, су хопутные, персональные;
-станции сопряжения (ЗСС);
-станции управления сетью (СУС).
Общая структурная схема построения СПСС показана на рис. 8.18.
По типу используемых орбит различают СПСС со спутни ками, расположенными на геостационарных, высокоорбиталь ных (в том числе и высокоэллиптических), среднеорбитальных и низкоорбитальных высотах.
Высота орбит низкоорбитальных спутников 200-700 км. Их использование позволяет создать на поверхности Земли
183
мощность сигнала, достаточную для работы с легкими абонент скими станциями, вплоть до мобильных телефонов, и дополнить сотовые сети.
Космическая радиосвязь использует один или несколько космических объектов для ретрансляции радиосигналов. Это могут быть как естественные пассивные объекты (например Лу на), так и активные искусственные спутники Земли. Впервые эксперименты с применением пассивного спутника были прове дены в 1960 г., но он не получил практического применения изза неэффективного использования излучаемой мощности (вели чина убывания мощности сигнала обратно пропорциональна ве личине расстояния в четвертой степени). С использованием ИСЗ, имеющих на борту приемник и передатчик для ретрансля ции, стала возможной передача информации на большие рас стояния (величина убывания мощности обратно пропорциональ на величине расстояния во второй степени).
Принципиально космическая радиолиния аналогична ра диорелейной линии связи с промежуточным ретранслятором, вынесенным в космическое пространство, что позволяет резко повысить дальность прямой радиосвязи, которая при этом опре деляется* возможностью одновременной видимости космическо го объекта из пунктов передачи и приема.
Типы орбит, используемых для спутников связи, могут быть различными, однако для систем связи в реальном масштабе времени наибольшее применение нашли геостационарная и вы сокая эллиптическая (типа орбиты спутника «Молния») орбиты.
Земной шар виден с высоты геостационарной орбиты под углом 18° Для эффективного использования мощности сигнала спутника необходимо, чтобы ширина диаграммы направленно сти его антенны была не более 18° При этом будет обслужи ваться вся видимая со спутника территория. Часто эта площадь бывает избыточной. Например, для системы межконтиненталь ной связи территорию океана можно не обслуживать, для на циональной системы зона обслуживания ограничивается грани цами государства.
Глобальный характер системы связи и уникальность гео стационарной орбиты с самого начала выявили необходимость координации при создании систем в рамках Международного
184
союза электросвязи. Регламентом радиосвязи определены уча стки диапазонов частот (от сотен мегагерц до 200 гигагерц), нормы плотности потока мощности у поверхности Земли для защиты наземных служб связи, допустимые уровни взаимных помех между различными системами с использованием спутни ков на геоцентрической орбите, порядок регистрации и коорди нации создаваемых систем, равные права всех администраций на использование геостационарной орбиты. Сейчас в мире функционируют десятки систем космической связи и имеются многочисленные планы создания новых.
По типу применяемых спутниковых группировок спутни ковые системы классифицируются на геостационарные, средне высотные и низкоорбитальные. Все реально существующие спутниковые системы связи, в том числе и персональная теле фонная, используют геостационарные космические аппараты, которые располагаются на высоте около 36 000 км, постоянно находятся над определенной точкой земной поверхности и обеспечивают обслуживание абонентов без перерывов, обуслов ленных относительным перемещением спутника и терминала абонента.
Срок службы такого спутника составляет 10-15 лет, а зона обслуживания - 41 % поверхности Земли. Система трех спутни ков дает возможность охватить всю поверхность, кроме высо коширотных районов.
По сравнению с геостационарными, низкоорбитальные и средневысотные спутники позволяют обеспечить совсем иные способы доступа абонентов, поддерживая связь с менее мощной наземной аппаратурой. Системы, использующие низкие орбиты (высотой около 700-1500 км), имеют улучшенные энергетиче ские характеристики по сравнению с системами на высоких ор битах, но проигрывают им в сроках активной эксплуатации спутника. Напомним, что при периоде обращения низкоорби тального спутника около 100 минут, приблизительно 30 минут такой спутник находится на теневой стороне Земли. Соответст венно, аккумуляторные батареи должны выдерживать в среднем 5 тыс. циклов заряда/разряда в год. Срок эксплуатации низкоор битальных спутников, как правило, не превышает 5-7,5 года, а один аппарат может охватить не более 7 % территории Земли.
185
Трассы средневысотных спутников проходят на высоте 5000-15 000 км. Один спутник может охватить около 25 % по верхности Земли. Средний срок службы спутника 10-15 лет. Период его обращения на орбите составляет около 60 мин, при этом всего лишь несколько минут спутник может проводить в тени Земли, поэтому длительность циклов и частота заряда/разряда его солнечных батарей в несколько раз меньше, чем батарей низкоорбитальных спутников. Это значительно увели чивает срок службы средневысотного спутника.
Спектр типов радиосвязи в разных спутниковых сетях примерно одинаков и включает в себя телефонную, факсовую, пейджерную связь.
Из отечественных сетей космической связи перспективной является вводимая в действие система «Сигнал». Она включает в себя «созвездие» 45-55 спутников-ретрансляторов, находя щихся на орбитах высотой 700-1500 км.
Из зарубежных сетей персональной подвижной спутнико вой связи распространены глобальные системы «Inmarsat»,
«Iridium» и «Globalstar» (табл. 8.1). |
|
|
|
|
|
|
Таблица 8.1 |
Параметры систем связи |
|
||
Характеристики |
«Inmarsat» |
«Iridium» |
«Globalstar» |
Орбита |
Геостацио- |
Низкоорби |
Низкоорби |
|
нарная |
тальная |
тальная |
Высота орбиты, км |
36 500 |
780 |
644-2570 |
Количество спутников |
4(5) |
66 (6) |
48 (8) |
Начало эксплуатации |
1982 |
1998 |
2000 |
«Inm arsat» - международная организация, разработавшая глобальную спутниковую радиосвязь. С 1979 г. эта радиосвязь используется морским транспортом, применяется как средство связи в случае стихийных бедствий и спасательных операций. За время работы эта спутниковая система расширила круг пользо вателей связи на суше, в воздухе, а также круг абонентов мо бильной системы радиосвязи. Ее новыми пользователями стали
186
тысячи людей, проживающих или работающих в отдаленных районах с отсутствующей или слаборазвитой инфраструктурой, а также люди, путешествующие по всему миру. Сегодняшние типичные пользователи - это средства массовой информации, службы спасения и оказания медицинской помощи, наземный транспорт, авиационные линии, правительства, национальные учреждения «скорой помощи» и гражданской обороны и т.д.
Спутники «Inmarsat» находятся на геостационарной орби те, на расстоянии 35 786 км от Земли. Каждый спутник покры вает одну третью часть земной поверхности и занимает позицию над одним из четырех океанов для обеспечения непрерывного глобального покрытия. Каждый раз, когда звонок производится с мобильного телефона «Inmarsat», он передается на один из спутников. Огромные коммуникационные антенны, располо женные по всему земному шару, ждут ответного сигнала, кото рый они потом направляют в обычную телефонную сеть. При звонке пользователю все происходит таким же образом, только в обратном направлении.
Система «Inmarsat» состоит из девяти спутников, находя щихся на геостационарной орбите. Четыре спутника, последнего третьего поколения («Inmarsat-З»), формируют перекрывающие друг друга зоны покрытия земного шара (не считая полюсные зоны). Остальные используются как запасные.
«Inmarsat» обслуживает авиационный транспорт по всему земному шару при помощи 100 ведущих сервис-провайдеров. В них входят и наземные станции Эти станции получают и пе редают сообщения через спутники «Inmarsat» и обеспечивают связь между спутниковой системой и мировыми фиксирован ными коммуникационными сетями.
«Inmarsat» включает в себя многообразные стандарты. Спутниковая радиосеть связи «Iridium» основана на широ
ком международном сотрудничестве, в котором участвуют и рос сийские компании. В орбитальной группировке этой системы ис пользуется 66 основных спутников-ретрансляторов, плюс 6 за пасных, расположенных на шести круговых орбитах с наклоне нием 84,4 градуса на высоте 780 км. Орбитальный период состав ляет 100 мин 28 с. Вес спутника 700 кг. Срок службы 5-8 лет.
187
Наземные станции сопряжения связаны, как минимум, с двумя спутниками группировки.
Эта орбитальная группировка формирует практически сплошную подспутниковую зону связи, покрывающую всю по верхность Земли.
«Globalstar» - низкоорбитальная спутниковая цифровая система радиосвязи, обеспечивающая беспроводную портатив ную телефонию и другие телекоммуникационные связи по все му миру. Содержит 48 низкоорбитальных спутников.
Наземные станции сопряжения получают и передают со общения через спутники и обеспечивают связь между спутнико вой системой, мировыми фиксированными коммуникационны ми сетями и территориальной сотовой сетью. Кроме эксплуата ционных 48 спутников система «Globalstar» содержит 8 запас ных. Низкоорбитальные спутники системы расположены на рас стоянии 644-2575 км (400-1600 миль) от Земли, что позволяет сократить как задержки при направлении звонков со спутника на спутник, так и размеры телефонов и антенн. Каждый спутник весит приблизительно 450 кг, связан со смежными спутниками, все они образуют действительно глобальную сеть. Служит спут ник в течение 7,5 года.
Космическая связь обладает рядом преимуществ: хоро шим качеством каналов связи, высокой пропускной способно стью в сочетании с глобальной зоной обслуживания и возмож ностью предоставления каналов связи абонентам, находящимся в движении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Авиационная радиосвязь справочник / П.В. Олянюк и др.; под ред. П.В. Олянюка. - М.: Транспорт, 1990. - 208 с.
2.Авиационные доплеровские устройства и системы на вигации летательных аппаратов / под ред. В.Е. Колчинского. - М.: Сов. радио, 1975. -4 3 0 с.
3.Айзинов, Н.Н. Радиотехника и радионавигационные
приборы учеб, для судоводительских фак. высш. инж. морских училищ / Н.Н. Айзинов; А.М Байрашевский. - Изд. 2-е, перераб.
идоп. - М.: Транспорт, 1975. - 432 с.
4.Андреев, Ф.Ф. Электронные устройства автоматики учеб, для электроприборостр. техникумов / Ф.Ф. Андреев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978. - 335 с.
5.Артамонов, В.М. Электроавтоматика судовых и само летных РЛС / В.М. Артамонов. - Л.: Судпромгиз, 1962. - 120 с.
6.Астафьев, Г.П. Радиотехнические средства радионави гации и посадки. Принципы функционирования учеб, пособие для вузов гражд. авиации / Г.П. Астафьев, П.В. Олянюк. - М.: Транспорт, 1982. - 128 с.
7.Астафьев, Г.П. Радиотехнические средства воздушной
навигации |
учеб, пособие / Г.П. Астафьев, |
В.В. |
Грачев, |
А.С. Кульчий. - Л.: Судпромгиз, 1971. - 195 с. |
|
|
|
8. Бакулев, П.А. Радиолокационные и радионавигацион |
|||
ные системы |
учеб, пособие для радиотехн. |
спец, |
вузов / |
П.А. Бакулев; А.А. Сосновский. - М.: Радио и связь, 1994. |
- 295 с. |
||
9. Белавин, О.В. Основы радионавигации |
учеб, пособие |
для студентов радиотехн. специальностей вузов / О.В. Белавин.
-2-е изд., перераб. - М.: Сов. радио, 1977. - 320 с.
10.Белоцерковский, Г.Б. Основы радиотехники и антенны
учеб, для радиотехн. специал. сред. спец. учеб, завед.: в 2 ч. / Г.Б. Белоцерковский. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. радио, 1978 .-366 с.
11. Беляевский, В.С. Основы радионавигации учеб, для вузов гражд. авиации / В.С. Беляевский, В.С. Новиков, П.В. Оля нюк. - М.: Транспорт, 1982. - 288 с.
12. Бобровников, Л.З. Радиотехника и электроника учеб, для горн.-геол. спец, вузов / Л.З. Бобровников. - 4-е изд., пере раб. и доп. - М.: Недра, 1990. - 373 с.
189
13. |
Богданович, Б.М. |
Радиоприемные |
устройства учеб, |
||
пособие |
для |
радиотехн. |
спец, вузов / |
Б.М. Богданович, |
|
Н.И. Окулич; |
под |
общ. ред. Б.М. Богдановича. - Минск: Вы- |
|||
шэйш. шк., 1991. - |
427 с. |
|
|
14.Боднер, В.А. Приборы первичной информации учеб, для втузов по спец. «Авиаприборостроение» / В.А. Боднер. - М.: Машиностроение, 1981. - 344 с.
15.Бондарчук, И.Е. Авиационное и радиоэлектронное оборудование самолета Як-40 / И.Е. Бондарчук, В.И. Харин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. - 270 с.
16.Бонч-Бруевич, А.М. Системы спутниковой связи учеб, пособие для вузов по спец. «Радиосвязь, радиовещание и телевидение» / А.М. Бонч-Бруевич, В.П. Быков, Л.Я. Кантор. - М.: Радио и связь, 1992. - 224 с.
17.Браславский, Д.А. Приборы и датчики летательных
аппаратов учеб, для втузов / Д.А. Браславский. —М.; Машино строение, 1970. - 392 с.
18.Верещака, А.И. Авиационное радиооборудование учеб, для вузов гражд. авиации / А.И. Верещака, П.В. Олянюк. - М.: Транспорт, 1996. - 342 с.
19.Верещака, А.И. Авиационная радиоэлектроника, сред
ства связи и радионавигации |
учеб, для вузов гражд. авиации / |
|||
А.И. Верещака, П.В. Олянюк. - |
М.: Транспорт, 1993. - 342 с. |
|||
20. Власов, О.В. |
Радиооборудование |
летательных аппа |
||
ратов / О.В. Власов, И.В. Смокин. - |
М.: Воениздат, 1971. - 360 с. |
|||
21. Воздушная навигация |
справочник / А.М. Белкин |
|||
[и др.]. - М.: Транспорт, |
1988. - |
302 с. |
|
|
22. Волковский, С.А. Радиоустройства систем управления |
||||
летательными аппаратами учеб, |
пособие |
для авиац. вузов / |
С.А. Волковский, Е.И. Оноприенко, В.А. Савинов. - М.: Маши ностроение, 1972. - 4 0 6 с.
23.Волкодоев, А.П. Оборудование самолетов учеб, для авиац. техникумов / А.П Волкодоев, Э.Г. Паленых. - М.: Ма шиностроение, 1980. - 229 с.
24.Волкодоев, А.П. Радиолокационное оборудование са
молетов учеб, пособие для авиац. техникумов / А.П. Волкодо ев. - М .: Машиностроение, 1984. - 153 с.
190