Проектирование спутниковой линии связи между городом Якутск и поселком Черский

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Перечень условных обозначений

КА - космический аппарат

АЦП - аналого-цифровое преобразование

ЗС - земная станция

СТВ - спутниковое телевидение

ВЧ - высокочастотный

СВЧ - сверх высокочастотный

ИКМ - импульсно-кодовая модуляция

МД - многостанционный доступ

МДВР - многостанционный доступ с временным разделением

МДЧР - многостанционный доступ с частотным разделением

МДКР - многостанционный доступ с кодовым разделением

ОКН - один канал на несущеё

УМ - усилитель мощности

МШУ - малошумящий усилитель

ПЧ - промежуточная частота

ЭИИМ - эквивалентная изотропно-излучаемая мощность

ГСО - геостационарная орбита

АЧХ - амплитудно-частотная характеристика

ГВЗ - групповое время запаздывания

АМ - амплитудная модуляция

ФМ - фазовая модуляция

БРК - бортовой ретрансляционный комплекс.

Введение

Стремительное развитие космонавтики, успехи в изучении и исследовании околоземного и межпланетного космического пространства выявили весьма высокую эффективность использования околоземного космоса и космической техники в интересах многих наук.

Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного прогнозирования погоды и гидрометеорологической обстановки, для навигации на морских путях и авиационных трассах, для высокоточной геодезии, изучения природных ресурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным. В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование космоса и космической техники, в различных областях хозяйства значительно возрастет.

Для нашей эпохи характерен огромный рост информации во всех сферах деятельности человека. Помимо прогрессирующего развития традиционных средств передачи информации -- телефонии, телевидения, радиовещания, возникла потребность в создании новых её видов -- интернет, передача данных, передача матриц для печатания газет.

Глобальный характер различных хозяйственных проблем и научных исследований, широкая межгосударственная интеграция и кооперация в производстве, торговле, научно-исследовательской деятельности, расширение обмена в области культуры привели к значительному росту международных и межконтинентальных связей, включая обмен телевизионными программами.

Традиционные средства связи в отношении их видов, объема, дальности, оперативности и надежности передачи информации будут непрерывно совершенствоваться. Однако дальнейшее развитие их встречает немалые затруднения как технического, так и экономического характера. Уже теперь ясно, что требования, предъявляемые к пропускной способности, качеству, надежности каналов дальней связи, не могут быть полностью удовлетворены наземными средствами проводной и радиосвязи.

Значительно большей пропускной способностью, дальностью действия, возможностью перестройки для различных видов связи располагает радио. Но и радиолинии обладают определенными недостатками, затрудняющими во многих случаях их применение.

Сооружение дальних наземных и подводных кабельных линий занимает много времени. Они сложны и дорогостоящи не только в строительстве, но и в эксплуатации, и в отношении дальнейшего развития. Обычные кабельные линии имеют к тому же сравнительно малую пропускную способность.

Сверхдлинноволновые системы радиосвязи из-за ограниченности диапазона применяются обычно лишь для нужд транспорта, авианавигации и для специальных видов связи.

Длинноволновые радиолинии из-за ограниченной пропускной способности и сравнительно малого диапазона действия используются главным образом для местной радиосвязи и радиовещания.

Коротковолновые радиолинии обладают достаточной дальностью действия и широко применяются во многих видах связи различного назначения.

Новые пути преодоления свойственных дальней радиосвязи недостатков открыли запуски космических аппаратов.

Практика подтвердила, что использование космических аппаратов для связи, в особенности для дальней международной и межконтинентальной, для телевидения и телеуправления, при передаче больших объемов информации, позволяет устранить многие затруднения. Вот почему спутниковые системы связи в короткий срок получили небывало быстрое, широкое и разностороннее применение.

Глава 1. Особенности построения спутниковой линии связи

1.1 Принцип построения спутниковой линии связи

Главным действующим звеном системы спутниковой связи является космический ретранслятор, находящийся на стационарной орбите. С помощью одного или несколько таких спутников, используемых как космические ретрансляторы, осуществляется связь между многими наземными станциями. Канал передачи с наземной станции на спутник называется восходящим, а в обратном направлении - нисходящим. Электронное оборудование спутника, которое принимает сигналы восходящего канала и преобразует их в сигналы нисходящего канала, называется транспондером.

При проектировании станций беспроводной связи следует учитывать те многочисленные особенности, которые отличают станции, базирующиеся на спутниках, от наземных станций.

- Зона обслуживания спутниковой системы намного превышает зону обслуживания наземной системы. Для одной антенны спутника, находящегося на геостационарной орбите, доступно около одной четвертой поверхности Земли.

- Такие ресурсы космического ретранслятора, как мощность и выделенная ширина полосы, весьма ограниченны. Поэтому на стадии проектирования нужно выбирать оптимальное соотношение между параметрами наземной станции и спутника.

- Если передатчик и приёмник находятся в зоне обслуживания одного спутника, то затраты на передачу данных не зависят от расстояния между ними.

- Легко внедряются широковещательные, многоадресные и двухточечные линии связи.

- Пользователю доступен очень широкий диапазон частот и высокая скорость передачи данных.

1.2 Геостационарная орбита

Геостационарная орбита определяется с помощью простого математического соотношения: угловая скорость перемещения спутника равна угловой скорости вращения Земли. При всей простоте это соотношение выполняется для единственной траектории, которая «висит» на расстоянии немногим менее 36000 км над экватором. На геостационарной орбите спутник неподвижен для наблюдателя, находящегося на Земле. В этом главное преимущество геостационарной орбиты. Поэтому неподвижными являются и антенны, нацеленные на эти спутники.

В мире нет ничего абсолютно совершенного, геостационарная орбита - не исключение. Чем выше широта места, тем хуже спутник обслуживает расположенных там абонентов. Приполярные области - это, в сущности, зоны молчания.

В первые годы освоения геостационарной орбиты системы вывода, позиционирования и ориентации спутников могли гарантировать угловую точность размещения не выше одного градуса. Поэтому ресурс точек стояния спутников не мог превышать в то время примерно 300. Теперь ресурс точек стояния заметно выше, примерно в полтора - два раза, но сама ограниченность позиций на орбите осталось без изменений.

На геостационарной орбите определено на сегодня 425 точек стояния спутников. Угловые расстояния между этими точками различны и лежат в довольно широком интервале 0,1...7 град. В каждой точке может находится несколько спутников - даже более 10. Взаимные помехи между спутниками, находящимися в одной точке стояния, исключаются частотным разносом их рабочих каналов и различием зон обслуживания.

Важнейшим достоинством геостационарных космических аппаратов является образование огромной постоянной зоны видимости для многочисленных пунктов на Земле, охват обширных территорий, возможность организации связи на большую дальность и со значительным числом корреспондентов.

Существенное преимущество систем спутниковой связи со спутниками на геостационарных орбитах состоит в том, что при их использовании снижаются требования к наземным системам слежения и связи, при этом упрощаются или устраняются и устройства наведения наземных антенн. С помощью трех таких спутников, расположенных друг относительно друга под углами 120°, можно создать глобальную систему связи, т. е. систему, практически охватывающую всю Землю.

Геостационарные спутники связи, которые образно можно себе представить как телебашни, поднятые на высоту 36 тыс. км, в принципе позволяют вести и прямые передачи без помощи местных телецентров, непосредственно на абонентские антенны. В настоящее время уровень мощности излучаемых телесигналов с геостационара еще недостаточен для приема на обычную, типовую абонентскую антенну, поэтому приходится применять небольшие специальные антенны группового пользования. Что касается радиовещания, то прием его может осуществляться на совсем небольшие наружные антенны.

Говоря о несомненных достоинствах комических аппаратов, нельзя упускать из виду того, что вывод аппарата на стационарную орбиту осуществляется сложнее, чем на низкую или даже на высокоэллиптическую. Доставка 1 кг полезного груза на геостационарную орбиту обходится значительно дороже. Для удержания космического аппарата в заданной точке «стояния» на нужной долготе требуется регулярная корректировка орбиты с помощью микродвигателей, а на борту спутника необходимы для этих целей запасы топлива. Усложняется управление в полете. Развитие космонавтики позволяет, однако, рассчитывать на быстрое и успешное преодоление всех затруднений, возникающих при создании и эксплуатации спутниковых систем связи на геостационарных орбитах.

Несмотря на свои достоинства, геостационары, однако не во всех случаях выгодны в технико-экономическом отношении. При определенных условиях более рационально использование космических аппаратов на высокоэллиптических орбитах.

Число мест стояния спутников на ГСО и радиочастотных каналов относится к ограниченным ресурсам, которыми располагает человечество и в соответствии с международными соглашениями являются его собственностью.

1.3 Особенности использования спутниковых каналов

Сеть связи, как правило, строится по иерархическому принципу с несколькими уровнями коммутации. Для передачи различных видов информации вводится типовая номенклатура каналов и трактов. За основу приняты канал тональной частоты с полосой 300...3400 Гц и эквивалентный ему цифровой канал со скоростью 64 Кбит/с. В сети образуются также каналы передачи звукового вещания, ТВ и другие широкополосные каналы.

При использовании в сети спутниковых участков необходимо учитывать их особенность, связанную с физической природой спутникового канала - достигающее 260 мс время распространения сигнала между двумя земными станциями через космический аппарат на геостационарной орбите. При появлении в телефонном канале двух и более спутниковых участков качество связи ухудшается из-за влияния эхо - сигнала, длительного ответа (до более чем 1,2 с) и возможного нарушения системы автоматического установления соединении для предотвращения появления двойных скачков вводят определенные ограничения на использование спутниковых каналов.

К настоящему времени спутниковая связь используется в двух основных областях - передача Циркулярной информации большому числу абонентов или широковещательная передача (телевидение и звуковое вещание, передача газет) и организация магистральных линий связи большой протяженности. Всё большее распространение находят новые услуги, под которыми подразумевают передачу по спутниковым каналам различной информации для всех потребителей или определенных их групп: конференц - связь с участием двух или большего числа абонентов, телефорумы, телевизионные системы с медленной разверткой, телетекст, учебные, профессиональные услуги по обеспечению местных библиотек, пакетная передача цифровой информации передача массивов, факсимиле, телекс, электронная почта, финансовая информация, объявления и пр. Рост общей пропускной способности, расширение услуг ввод в эксплуатацию новых видов и типов каналов связи является характерным для развивающихся спутниковых систем связи.

1.4 Передача сигналов в цифровой форме

В последние годы преимущественное развитие получило использование в системах спутниковой связи цифровых методов передачи, обладающих следующими преимуществами:

- более высокой пропускной способностью систем спутниковой связи путем использования оптимальных методов модуляции и кодирования;

- возможностью более полного использования статистических характеристик передаваемого сообщения для повышения пропускной способности системы;

- более эффективной передачей дискретных сигналов.

Для передачи по цифровым каналам аналоговые сигналы подвергаются аналого-цифровому преобразованию. К наиболее распространенным видам АЦП можно отнести импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ), дифференциальную и адаптивную дифференциальную ИКМ, дельта - модуляцию, адаптивную дельта- модуляцию. Исследования показали, что качественные показатели речи в междугородных каналах обеспечиваются при ИКМ со скоростью передачи 64 Кбит/с, методы низкоскоростного кодирования позволяют снизить эту скорость до 32 Кбит/с.

Эффективным средством повышения пропускной способности системы телефонной связи является статистическое уплотнение, основанное на использовании естественных пауз в разговоре двух абонентов. Дальнейшее повышение пропускной способности ствола ретранслятора может быть достигнуто применением помехоустойчивого кодирования, которое позволяет уменьшить требуемое отношение сигнал/шум.

1.5 Методы коммутации и передачи данных в спутниковых системах связи

Распределение ресурсов космического аппарата (мощности и полосы) по требованиям различных ЗС (для линий «земная станция - космический аппарат») осуществляется на трех этапах: формирование на космическом аппарате нескольких стволов за счет использования нескольких ретрансляторов, работающих в различных частотных диапазонах, разделением каналов для обеспечения многостанционного доступа в стволе и динамическим распределением каналов или групп каналов для их коллективного использования на основе методов распределения запросов.

В космическом аппарате, как правило, устанавливается несколько независимых ретрансляторов. Каждый ретранслятор имеет входной фильтр, который ограничивает прием сигналов желаемой полосой частот. Распределение ресурсов каждого ретранслятора, то есть формирование его независимых каналов, можно осуществить путем использования ортогональных структур сигналов, а для обеспечения многостанционного доступа (МД) используются: частотное разделение (МДЧР), временное разделение (МДВР) и кодовое разделение (МДКР).

При МДЧР формирование каналов достигается путем разделения полной полосы ретранслятора между различными группами несущих и ограничения частотной полосы передачи на каждой несущей выделенным поддиапазоном. Ретранслятор работает в режиме близком к линейному, поэтому мощность, выделенная для каждой несущей приблизительно пропорциональна ее мощности на линии «земная станция - космический аппарат». МДЧР не нуждается в координации запросов в реальном времени и может использоваться для передачи как аналоговых, так и цифровых сигналов. Экономически целесообразно использовать МДЧР для группообразования на линиях дальней телефонной связи, которые обслуживают запросы, поступающие с большой скважностью, но требующие высоких скоростей передачи данных, что требуется при уплотнении трафика большого числа пользователей одной земной станции, а также в тех случаях, когда полный трафик, исходящий от земной станции, невелик и имеет небольшую интенсивность.

В случае МДВР формирование каналов осуществляется путем временного разделения всей выделенной полосы рабочих частот и мощности между различными запросами. Для успешной передачи сообщений передачу через космический аппарат в любое заданное время должна вести только одна ЗС, поэтому требования к управлению мощностью здесь минимальны. При временном разделении каналов используется кадровая структура, что в отличие от методов непрерывной передачи подразумевает необходимость общесетевой синхронизации всех земных станций и использование пакетов с цифровыми сигналами. Время, предоставляемое земной станции для синхронной передачи, зависит от общей синхронизации, устанавливаемой ведущей станцией.

С помощью методов кодирования с изменяемой избыточностью, или простых изменений вида модуляции системы МДЧР и МДВР можно приспособить к различным условиям распространения и к земным станциям, приемные характеристики которых могут различаться на 10 - 15 дБ. В случае МДВР один пакет может содержать сообщения, предназначенные для станций с различными скоростями приема.

Для спутниковых систем связи разработаны различные методы распределения пропускной способности космических аппаратов по запросам. Эти методы разделяют на две группы: методы коммутации каналов, предназначенные для обработки телефонных сообщений, и методы коммутации пакетов предназначенные для обработки данных. Во второй группе выделяют три способа: случайный доступ, неявное резервирование и явное резервирование.

1.6 Доступ с частотным разделением каналов (МДЧР)

МДЧР является наиболее простым и распространенным методом, используемым как в аналоговых, так и цифровых спутниковых систем связи. При МДЧР каждая земная станция передает свои сигналы в отведенном ей участке полосы пропускания ретранслятора. Основной недостаток МДЧР - уменьшение пропускной способности по сравнению с односигнальным режимом, вызванное необходимостью снижения на 4...6 дБ мощности выходного усилителя ретранслятора из-за появления интермодуляционных помех. Кроме того, необходимо обеспечить высокую стабильность частоты и мощности сигнала, излучаемого каждой земной станцией. В системах с МДЧР передача может осуществляться как многоканальными сигналами, так и одноканальными с использованием принципа передачи "один канал на несущей" (ОКН). Метод ОКН применяют в основном в сети станций с небольшим числом каналов. Основное преимущество метода состоит в возможности реализации принципа предоставления каналов по требованию.

Данный метод сложно использовать для подключения большого числа компьютерных абонентских станций.

Основные преимущества метода МДЧР заключаются в простоте оборудования, невысоких требованиях к параметрам тракта передачи, меньшей мощности передатчика земной стации по сравнению с МДВР. С ростом числа участвующих в работе земных станций пропускная способность ствола ретранслятора в режиме МДВР эффективнее, чем в режиме МДЧР.

МДВР позволяет легко регулировать трафик между отдельными земными станциями изменением длительности их пакетов или числа пакетов в кадре. В системе с МДЧР изменение пропускной способности отдельных земных станций связано со сложной перестройкой оборудования на всех земных станциях. Ещё одно преимущество метода МДВР проявляется при анализе построения аппаратуры земной станции. С ростом числа станций в сети число преобразователей частоты в аппаратуре МДЧР достигает десятков, при МДВР достаточно одного преобразователя частоты на ствол.

Вместе с тем метод МДВР имеет существенный недостаток, ограничивающий его применение на линиях с малым трафиком - он требует использования на земных станциях большой антенны, передатчика сравнительно большой мощности и сложной аппаратуры синхронизации независимо от трафика станции. Специально для сетей с малыми станциями разработаны методы комбинированного частотно - временного доступа, совмещающие преимущества МДЧР и МДВР.

1.7 Земные станции спутниковых систем связи

Земные станции принято разделять в зависимости от выполняемых функций:

- приемо-передающие, работающие в сети магистральной телефонной связи и обмена другими видами сообщений;

- приемные станции распределительных систем (телевидения, звукового вещания, циркулярной информации);

- передающие земные станции и приемные установки систем спутникового телевещания;

- абонентские терминалы подвижных служб.

Основными показателями для всех земных станций являются:

- диапазон частот на передачу и прием;

- добротность станции (отношение коэффициента усиления к суммарной шумовой температуре ВЧ - тракта);

- эквивалентная изотропно-излучаемая мощность.

Рисунок 1.1 Структурная схема земной станции

Назначение блоков:

Мультиплексор - формирователь общего цифрового потока;

Спутниковый модем - преобразователь цифрового потока в ПЧ сигнал;

Up конвертор - преобразователь ПЧ в СВЧ;

Down конвертор - преобразователь СВЧ в ПЧ;

УМ - усиливает сигнал до необходимой мощности;

МШУ - усилитель принимаемого сигнала с малым уровнем;

Поляризатор - для разделения сигналов приёма и передачи.

1.8 Антенны земных станций

Антенна земной станции должна иметь высокий коэффициент использования поверхности, отличаться низкой шумовой температурой и уровнем боковых лепестков диаграммы направленности, не превышающим международных норм, давать возможность наведения луча на космический аппарат. В системах с разделением по поляризации антенна должна обеспечивать кроссполяризационную развязку более 30 дБ. Наилучшим образом этим требованиям удовлетворяет двухзеркальная антенная система Кассегрена, наиболее часто применяемая на земных станциях. В простых приемных установках ТВ-вещания чаще используется однозеркальная схема. Для снижения уровня боковых лепестков антенну выполняют неосесимметричной с вынесенным облучателем, незатеняющим основное зеркало. Для снижения шумовой температуры фидерного тракта стремятся уменьшить потери в нём путем применения выноса МШУ к облучающей системе.

Глава 2. Краткое описание и технические параметры КА

2.1 Бортовые ретрансляторы спутниковой системы связи

Радиотехническое оборудование космической станции - ретрансляторы и антенны - является важной составной частью спутниковой системы связи, от которой в значительной степени зависят пропускная способность, надежность связи, искажения сигналов и другие показатели.

Основные показатели космической станции те же, что и земная станция:

- диапазоны частот на приема и передачу;

- добротность приемной части;

- число стволов;

- поляризационные характеристики.

Основными требованиями являются малая масса, габариты и высокая надежность выходного устройства. Типовая выходная мощность составляет 5 - 15 Вт для маломощных космических аппаратов, 30 - 60 Вт для космических аппаратов средней мощности и 100 - 250 Вт для мощных вещательных космических аппаратов.

Условия выведения на орбиту и работы в открытом космосе предъявляют к аппаратуре космических станций ряд специфичных требований:

- минимальная масса при заданных требованиях надежности и электрических показателях;

- ограниченные габариты антенной системы, определяемые диаметром обтекателя ракеты-носителя (2,5 - 3,5 м для самых больших современных ракет);

- способность выдерживать ускорения и вибрации, возникающие при работе двигателей, резкие перепады температур, воздействие невесомости, радиационного облучения и других факторов космического полета;

- высокая надежность в необслуживаемом режиме, длительный срок службы, достигающий 7-10 лет.

Учитывая перечисленные требования, для изготовления бортовых антенн используют легкие металлы: магний, титан, алюминий, а также композитные материалы на основе графита, обладающие большой жесткостью и малым коэффициентом линейного расширения. Слабо направленными антеннами, формирующими глобальные и полуглобальные зоны обслуживания, обычно служат рупорные, штыревые или спиральные антенны, при необходимости формирования специальной формы или узких лучей применяются зеркальные антенны со сложными облучателями.

2.2 Космический аппарат "Экспресс - АМ3"

КА "Экспресс - АМЗ" разработан ФГУП «НПО прикладной механики им. академика М. Ф. Решетнева» в кооперации с французской компанией Alcatel Space. Он оснащен 16 транспондерами C-диапазона (полосы 40 и 72 МГц, ЭИИМ -- до 47,5 дБВт), 12 транспондерами Ku-диапазона (полоса 54 МГц) и одним -- L-диапазона (полоса 0,5 МГц). Срок его эксплуатации на орбите составляет 12 лет. По словам разработчиков, высокая точность удержания в орбитальной позиции позволяет использовать на земле недорогие антенные системы без устройств автоматического сопровождения. Зоны обслуживания спутника "Экспресс - АМЗ" охватывают территорию Сибири и Дальнего Востока, а также покрывают территорию стран Азии и Азиатско-Тихоокеанского региона. Перенацеливаемые антенны C- и Ku-диапазона позволят оказывать услуги связи и вещания пользователям на территории от восточной части России до Австралии и Новой Зеландии.

2.3 Технические характеристики КА "Экспресс-АМ3"

Орбитальная позиция:

Точка ГСО - 140 град. в. д.

2.3.1 Точность удержания на орбите

Точность удержания на орбите в течение гарантированного срока эксплуатации:

по долготе (в направлении "запад - восток") - не хуже ± 0,05 град;

по широте (в направлении "север - юг") - не хуже ± 0,05 град.

2.3.2 Изменения времени запаздывания передачи из-за дрейфа КА

Максимальное изменение времени задержки распространения сигнала (Дt max) по спутниковой линии (ЗС - КА - ЗС) и максимальная скорость изменения времени задержки распространения сигнала (Vmax) на указанной трассе, обусловленные движением КА в области удержания приведены в таблице 2. 1

Таблица 2.1

Диапазон удержания КА	Характеристики времени задержки распространения сигнала
по долготе, град.	по широте, град.	Максимальное изменение (Дt max), мс	Максимальная скорость изменений (Vmax), нс/с
±0,05	±0,05	0,3	10

2.3.3 Назначение стволов

Стволы КА обеспечивают приём и передачу различных видов информации (телевидение, радиовещание, передача газетных полос, видео-

конференцсвязь, телефонные, телеграфные и факс - сообщения, сигналы данных, цифровые потоки, в том числе сигналы МДЧР, МДВР и др.).

2.3.4 Параметры стволов БРК КА "Экспресс-АМ3"

Приведены в таблице 2. 2.

Таблица 2.2

Но- мер ствола	Центра-льная частота на линии "Земля - Космос", MГц Центральная	Часто-та на ли-нии "Кос-мос - Зем-ля", MГц	Выхо-дная Мощ-ность ствола, Вт	Ширина полосы пропус- кания ствола, MГц	Зона на ли- нии "Зем-ля - Кос-мос"	Зона на линии "Кос-мос - Земля"	Поля- риза- ция на линии "Земля - Кос-мос"	Поля- риза- ция на ли- нии "Кос-мос Зем -ля"
2	5800	3475	60	40	F	F	LHCP	RHCP
3	5850	3525	60	40	F	F	LHCP	RHCP
4	5900	3575	60	40	F	F	LHCP	RHCP
5	5950	3625	60	40	F	F	LHCP	RHCP
6*	6000	3675	100	40	F/G	F/G	LHCP	RHCP
7	6050	3725	60	40	F	F	LHCP	RHCP
8	6100	3775	60	40	F	F	LHCP	RHCP
9	6150	3825	60	40	F	F	LHCP	RHCP
10*	6200	3875	60	40	F/G	F/G	LHCP	RHCP
10A	6200	3875	60	40	F	F	RHCP	LHCP
11*	6250	3925	60	40	F/G	F/G	LHCP	RHCP
11A	6250	3925	60	40	F	F	RHCP	LHCP
(15, 16)*	6375	4050	100	72	F/S	F/S	LHCP	RHCP
(15A, 16А)**	6375	4050	100	72	F/S	F/S	RHCP	LHCP
(17A, 18А)**	6475	4150	100	72	F/S	F/S	RHCP	LHCP
Маяк	-	3800	-	-		G	-	RHCP

Примечания:

* - стволы, переключаемые независимо по приему и переключаемые независимо по передаче между глобальной и фиксированной зонами обслуживания;

** - стволы, независимо переключаемые по приему и независимо переключаемые по передаче между фиксированной и перенацеливаемой зонами обслуживания, иллюстрация частотно - поляризационного плана стволов в С- диапазоне КА "Экспресс-АМ3" приведена на рис. 2. 1.

2.3.5 Частотно-поляризационный план стволов КА

"Экспресс-АМ3" в С- диапазоне приведён на рисунке 2. 1.

Рисунок 2.1 Частотно-поляризационный план стволов КА в С- диапазоне.

2.3.6 Схемы подключения стволов к антеннам

Приведены на рисунке 2. 2.



Рисунок 2.2 Схемы подключения стволов к антеннам

Примечания:

1. Фиксированная приёмо-передающая антенна фиксированной зоны обслуживания;

2. Перенацеливаемая приёмо-передающая антенна перенацеливаемой зоны обслуживания;

3. Глобальная приёмная антенна глобальной зоны обслуживания;

4. Глобальная передающая антенна глобальной зоны обслуживания;

5. Стволы 6, 10, 11 переключаются между глобальной и фиксированной зоной обслуживания не зависимо друг от друга и независимо на прием и передачу.

6. Стволы (15,16), (15A,16A), (17,18), (17A,18A) переключаются между фиксированной и перенацеливаемой зоной обслуживания независимо друг от друга и независимо на приём и передачу.

7. Каждый ствол подключается к антеннам независимо по входу и независимо по выходу.

2.3.7 Номинальное значение частот преобразования

Для стволов КА "Экспресс-АМ3" номинальные значения частот преобразования частот приема в частоты передачи составляют:

Для стволов в С- диапазоне (4/6 ГГц) - 2325 МГц;

2.3.8 Относительная нестабильность частот преобразования прием/передача

Для стволов КА "Экспресс-АМ3" относительные нестабильности частот преобразования приём/передача не более:

- ± 1,0х10-7 в течение любого периода 24 часа;

- ± 1,0х10-6 в течение любого периода 30 дней;

- ± 3,0х10-6 за эксплуатационный срок службы.

Относительная нестабильность частоты сигнала "Маяк" не более:

- ± 5,0х10-7 в течение любого периода 24 часа;

- ± 2,0х10-6 в течение любого периода 30 дней;

- ± 5,0х10-6 за эксплуатационный срок службы.

2.3.9 Энергетические параметры

В таблицах 2. 3 и 2. 4 приведены значения плотности потока мощности и ЭИИМ для насыщения в односигнальном режиме.

Таблица 2.3

Зона обслуживания	Плотность потока мощности насыщения, дБВт/м^2
Фиксированная минус	минус (78...94)
Глобальная минус	минус (76...92)
Перенацеливаемая	минус (78...94)

Таблица 2.4

Зона обслуживания	Фиксированная зона	Глобальная зона	Перенацеливаемая (по оси)
	1 область	2 область
Минима- льная ЭИИМ в зоне, дБВт	Стволы 2 - 5, 7 -9,10А, 11А	44,0	35,0	-	-
	Стволы 10, 11,15	44,0	35,0	33,0	-
	Ствол 6	47,5	40,5	35,0	-
	Перенацеливаемые стволы (15,16) - (17А, 18А)	47,5	40,5	-	48,5
	Маяк	-	-	9,0	-
Минима-льная G/T В зоне, дБ/К	Стволы 2 - 5, 7 -9,10А, 11А	+ 3,0	минус 4,5	-	-
	Стволы 6, 10, 11, 15	-	-	минус 10
	Перенацеливаемые стволы (15,16) - (17А, 18А)	+ 3,0	минус 4,5	-	+4
	Маяк				9,0

2.3.10 Неравномерность АЧХ

Неравномерность АЧХ стволов не более значений, приведенных в таблице 2.5

Таблица 2.5

	Отклонение частоты от центральной, (4/6 MГц)
	±12.0	±16.0	±18.0	±20.0
Неравномерность АЧХ, дБ	0.7	1.0	1.5	2.1

2.3.11 Неравномерность ГВЗ

Неравномерность группового времени запаздывания стволов не более значений приведенных в таблице 2.6

Таблица 2.6

	Отклонение частоты (4/6 MГц)
	±8.0	±12.0	±16.0	±18.0	±20.0
Неравномерность ГВЗ, нс	8.0	12.0	20.0	30.0	65.0

2.3.12 Коэффициент АМ/ФМ преобразования

Для стволов в диапазоне 4/6 ГГц, не более 5град/дБ

2.3.13 Фазовые шумы

Спектральная плотность мощности фазового шума стволов не превышает значений, приведенных в таблице 2.7

Таблица 2.7

Отстройка частоты	Односторонняя плотность мощности фазовых шумов, дБн/Гц
	Стволы в диапазоне 4/6 ГГц
10 Гц	48
100 Гц	77
1 кГц	90
10 кГц	100
100 кГц	100
1МГц	110
6МГц	110

2.3.14 Кросс поляризационная развязка С- диапазона

Поляризационная развязка любой передающей и приемной антенны в заданных диапазонах частот в любой точке в пределах зоны обслуживания, должна быть не менее 27 дБ для фиксированной, перенацеливаемой и для глобальной зон.

2.3.15 Антенны БРК КА "Экспресс-АМ3" в С- диапазоне (4/6 ГГц)

1. Фиксированная приемо-передающая антенна.

2. Перенацеливаемая приемо-передающая антенна шириной диаграммы направленности не менее 3,5°х 7° по уровню минус 3 дБ. Перенацеливается в любую точку видимой со спутника поверхности Земли.

3. Глобальная приемная антенна шириной диаграммы направленности не менее 17°х 17° по уровню минус 4,2 дБ.

4. Глобальная передающая антенна шириной диаграммы направленности не менее 15°х 15° по уровню минус 4,2 дБ.

2.3.16 Зоны обслуживания

Зоны обслуживания КА "Экспресс-АМ3" в точке ГСО 140 град. в. д. приведены на рисунках 2.3 и 2.4.

Рисунок 2.3 Покрытие на линии вниз в С- диапазоне КА "Экспресс-АМ3"



Рисунок 2.4 Покрытие на линии вниз перенацеливаемый луч С- диапазона КА "Экспресс-АМ3"

Глава 3. Расчёт энергетического баланса информационного канала

Проектирование сетей спутниковой связи представляет собой процесс обоснования и расчета основных энергетических характеристик аппаратуры. При этом заданные требования по качеству предоставляемых услуг (качеству и надежности связи) должны быть максимально удовлетворены при минимальных затратах всех видов ресурсов.

3.1 Координаты

Географические координаты земных станций:

Центральная ЗС (HUB) - г. Якутск (129' 43" в.д.; 62' 01" с. ш.);

Периферийная ЗС (VSAT) - пос. Черский (161' 19,8" в.д.; 68' 45" с. ш.);

Географические координаты подспутниковой точки ретранслятора

"Экспресс-АМ3" (140° в.д.).

3.2 Параметры КА ретранслятора

C - диапазон, фиксированная зона, ствол 8F.

Координаты: 140° град (в. д.);

Добротность приёмного тракта: G/T выбираем из технических условий КА (таблица 2. 4.)

- Якутск: G/T = 3,5 дБ/К

- Черский: G/T = 3,5дБ/К;

Ширина ствола: Дельта АМ-3 выбираем из технических условий КА (таблица 2. 2.)

Дельта АМ-3 = 40,0 МГц;

Плотность потока мощности насыщения: SFD выбираем из технических условий КА (таблица 2. 3.)

SFD = -86 дБВт/м^2;

Эквивалентная изотропно-излучаемая мощность ствола: EIRPsat выбираем из технических условий КА (таблица 2. 4.)

EIRPsat = 44,0 дБВт;

Запас по входу: IBO = 4,0 дБ; (в регламенте не задан);

Запас по выходу: OBO = 3,5 дБ (в регламенте не задан);

Поляризация (Up/Down): X/Y.

3.3 Параметры обработки сигнала

Вид модуляции - от выбора этого параметра сильно зависят расходы на текущую эксплуатацию. Полоса занимаемых частот при модуляции 16QAM в 2 раза меньше, чем при QPSK и в 1,5 раза меньше, чем 8PSK. Но вместе с тем следует отметить, что для получения заданной достоверности сигнала на приёме мы вынуждены поднимать уровень передающего сигнала, что является недостатком из-за возможности перегрузки ствола КА на частоте излучения. На существующих направлениях связи в Республике Саха (Якутия) используется модуляция 16QAM

Модуляция: 16QAM;

Информационная скорость (на 1 несущую): R

- 60 каналов (каждый 9,6 кбит/с) = 576 кбит/с

- 4 канала аренда (каждый 32 кбит/с) = 128 кбит/с

- Интернет = 256 кбит/с

- Передача данных, аренда - 128 кбит/с

- Телеграфные = 19,2 кбит/с

R = 576 + 128 + 256 + 128 + 19,2 = 1107,2 кбит/с;

Тип кодирования: TPC (турбокодирование);

Относительная скорость кодирования: Rc = 3/4;

Символьная скорость: Rs = R*0.25/ Rc

Rs = 1107*0,25/(3/4) = 369 кбит/с;

Занимаемая полоса (на 1 несущую):

Bw = Rs*1.19,

где 1,19 - постоянная Рида-Соломона

Bw = 369*1,19 = 439 кГц;

Коэффициент на защитный интервал: 1,35

Занимаемая полоса с учётом коэффициента на защитный интервал:

Bw*1,35 = 439*1,35 = 592,65 кГц;

Частота линии "вверх": Fu

- Якутск = 6100 МГц

- Черский = 6100 МГц;

Частота линии "вниз": Fd

- Якутск = 3775 МГц

- Черский = 3775 МГц.

3.4 Параметры земной станции

Широта места установки:

- Якутск = 62,0 град (с. ш.)

- Черский = 68 град (с. ш.);

Долгота места установки:

- Якутск = 129,4 град (в. д.)

- Черский = 161 град (в. д.);

Угол места антенны:

- Якутск = 19,4град

- Черский = 12,4 град;

Азимут антенны:

- Якутск = 168,3 град

- Черский = 202,1 град;

Диаметр рефлектора антенны:

- Якутск: D = 12 м

По опыту использования существующих построений зоновых спутниковых сетей, для занимаемой полосы 592,65 кГц при виде модуляции 16QAM достаточно использовать антенну, диаметром 5 метров.

- Черский: D = 5 м;

Коэффициент усиления антенны на передачу

Ga_tr = 20*LOG(D)+20*LOG(Fu) - 41,15

- Якутск: Ga_tr = 20*LOG(12) + 20*LOG(6100) - 41,15 = 56,1 дБ

- Черский: Ga_tr = 20*LOG(5) + 20*LOG(6100) - 41,15 = 48,5 дБ;

Коэффициент усиления антенны на приём:

Ga_tr = 20*LOG(D) + 20*LOG(Fd) - 41,15

- Якутск: Ga_tr = 20*LOG(12) + 20*LOG(3775) - 41,15 = 52 дБ

- Черский: Ga_tr = 20*LOG(5) + 20*LOG(3775) - 41,15 = 44,4 дБ;

Ширина ДН антенны на приёме

(70*300000000/(Fd*1000000)/ D)

- Якутск: (70*300000000/(3775*1000000)/ 12) = 0,5 град

- Черский: (70*300000000/(3775*1000000)/ 5) = 1,1 град:

Мощность передатчика

- Якутск = 0,5 Вт

- Черский = 3 Вт

Ptr = 10*LOG(Мощность передатчика)

- Якутск: Ptr = 10*LOG(0,5) = - 3,0 дБВт

- Черский: Ptr = 10*LOG(10) = 10 дБВт;

Потери АВТ на передачу

- Якутск: Ltr = 0,5 дБ

- Черский: Ltr = 0,5 дБ:

Потери АВТ на приём

- Якутск: Ltc= 0,2 дБ

- Черский: Ltc = 0,2 дБ;

Шумовая температура антенны

- Якутск: Ta = 14° K

- Черский: Ta = 14° K;

Шумовая температура тракта приёма

- Якутск: Trc = 75° K

- Черский: Trc = 75° K;

Шумовая температура атмосферы

- Якутск: Tat = 12° K

- Черский: Tat = 15° K;

Шумовая температура земли

- Якутск: Te = 0° K

- Черский: Te = 0° K;

Шумовая температура суммарная

Ts = Ta + Trc + Tat + Te

- Якутск: Ts = 14 + 75 + 12 + 0 = 101° K

- Черский: Ts = 14 + 75 + 15 + 0 = 104° K;

Вероятность ошибки приёма

- Якутск: BER = 1,0Е - 0,7 (0,0000001)

- Черский: BER= 1,0Е - 0,7 (0,0000001);

Пороговое отношение сигнал/шум

(Co+No)/No

- Якутск: 14,0

- Черский: 14,0.

3.5 Линия "вверх"

Направление сигнала ЗС - КА

ЭИИМ станции на передачу

EIRPes = Ptr + Ga_tr - Ltr

- Якутск: EIRPes = (-3,0)+ 56,1 - 0,5 = 52,6 дБВт

- Черский: EIRPes = 4,8 + 48,5 - 0,5 = 52,8 дБВт;

Наклонная Дальность

- Якутск: r = 39619,8 км

- Черский: r = 40340,3 км;

Потери в свободном пространстве

Lo = 32,44 + 20*LOG(r) + 20*LOG(Fu)

- Якутск: Lo = 32,44 + 20*LOG(39619,8) + 20*LOG(6100) = 200,1 дБ

- Черский: Lo = 32,44 + 20*LOG(40340,3) + 20*LOG(6100) = 200,3 дБ;

Потери в атмосфере

- Якутск: Lat = 0,5 дБ

- Черский: Lat = 0,5 дБ;

Потери в гидрометеорах

- Якутск: Lr = 1,0 дБ

- Черский: Lr = 1,0 дБ;

Суммарные потери

Ls = Lo + Lat + Lr

- Якутск: Ls = 200,1 + 0,5 + 1,0 = 201,6 дБ

- Черский: Ls = 200,3 + 0,5 + 1,0 = 201,8 дБ;

Мощность сигнал в приёмном тракте КА

EIRPes - Ls

- Якутск: 52,6 - 201,6 = -149 дБВт

- Черский: 52,8 - 201,8 = -149 дБВт;

Отношение сигнал/шум в приёмном тракте КА

SNRsa = Pсиг + (G/T) - 10*LOG(Bw) + 198,6

- Якутск: SNRsat = (-149) + 3,5 - 10*LOG (439) + 198,6 = 26,7 дБ

- Черский: SNRsat = (-149) + 3,5 - 10*LOG(439) + 198,6 = 26,7 дБ;

Рабочая плотность потока мощности

OFD = EIRPes - 20*LOG(r) - СУММ(Lat+ Lr) - 70,99

- Якутск: OFD = 52,6 - 20*LOG(39619,8) - СУММ(0,5 + 1) - 70,99 =

-111,8 дБВт/м^2

- Черский: OFD = 52,8 - 20*LOG(40340,3) - СУММ(05 + 1) - 70,99 =

-111,8 дБВт/м^2;

Плотность потока мощности насыщения на несущую

SFDw = SFD - IBO - 10*LOG(Дельта АМ-3) + 10*LOG(Bw) - 30

- Якутск: SFDw = (-86) - 4,0 - 10*LOG(40,0) + 10*LOG(439) - 30 =

-109,6 дБВт/м^2

- Черский: SFDw = (-86) - 4,0 - 10*LOG(40,0) + 10*LOG(439) - 30 =

-109,6 дБВт/м^2;

Рабочий запас по входу КА

SFDw - OFD

- Якутск: - 109,6 + 111,8 = 2,2 дБ

- Черский: - 109,6 + 111,8 = 2,2 дБ.

3.6 Линия "вниз"

Направление сигнала КА - ЗС

Максимальная выделенная ЭИИМ КА на несущую

EIRPsat + 10*LOG(Bw) - 10*LOG(Дельта АМ-3) - 30

- Черский: 44 + 10*LOG(439) - 10*LOG(40) - 30 = 24,4 дБВт

- Якутск: 44 + 10*LOG(439) - 10*LOG(40) - 30 = 24,4 дБВт;

Рабочая ЭИИМ КА на несущую

(Максимальная выделенная ЭИИМ КА на несущую) - OBO -

(Рабочий запас по входу КА)

- Черский: 24,4 - 3,5 - 2,2 = 18,7 дБВт

- Якутск: 24,4 - 3,5 - 2,2 = 18,7 дБВт;

Наклонная дальность

- Черский: 40340,3 км

- Якутск: 39619,8 км;

Потери в свободном пространстве

Lo = 32,44 + 20*LOG(r) + 20*LOG(Fd)

- Черский: Lo = 32,44 + 20*LOG(40340,3) + 20*LOG(3775) = 196,1 дБ

- Якутск: Lo = 32,44 + 20*LOG(39619,8) + 20*LOG(3775) = 195,9 дБ;

Потери в атмосфере

- Черский: La = 0,3 дБ

- Якутск: La = 0,3 дБ;

Потери в гидрометеорах

- Черский: Lr = 0,5 дБ

- Якутск: Lr = 0,5 дБ;

Суммарные потери

Ls = Lo + La + Lr

- Черский: Ls = 196,1 + 0,3 + 0,5 = 196,9 дБ

- Якутск: Ls = 195,9 + 0,3 + 0,5 = 196,7 дБ;

Мощность сигнала в приёмном тракте ЗС

Prc = (Рабочая ЭИИМ КА на несущую) - Ls + GA_rc - Lrc

- Черский: Prc = 18,7 - 196,9 + 44,4 - 0,2 = -134 дБВт

- Якутск: Prc = 18,7 - 196,7 + 52 - 0,2 = -126,2 дБВт;

Мощность шума в приёмном тракте ЗС

Nrc = -198,6 + 10*LOG (Ts) + 10*LOG (Bw)

- Черский: Nrc = -198,6 + 10*LOG (104) + 10*LOG (439) = -152,0 дБВт

- Якутск: Nrc = -198,6 + 10*LOG (101) + 10*LOG (439) = -152,1 дБВт;

Отношение сигнал/шум в приёмном тракте ЗС

(Co+No)/No = Prc - Nrc

- Черский: -134 + 152,0 = 18 дБ

- Якутск: -126,2 + 152,1 = 25,9 дБ;

Результирующее отношение сигнал/шум

SNRo = -10*LOG (10^(-SNRsat/10) + 10^(- (Co+No)/No /10))

- Черский: SNRo = -10*LOG (10^(-26,7/10) + 10^(-18 /10)) = 17,5 дБ

- Якутск: SNRo = -10*LOG (10^(-26,7/10) + 10^(-25,9 /10)) = 23,3 дБ;

Запас на аппаратную реализацию

SNRo - (Пороговое отношение сигнал/шум)

- Черский: 17,5 - 14,0 = 3,5 дБ

- Якутск: 23,3 - 14,0 = 9,5 дБ.

3.7 Центральная земная станция (Якутск)

Радиус Земли = 6371 км;

Высота ГСО = 35799 км;

Радиус ГСО = 42170 км;

Долгота КА = (Координаты КА ретранслятора) *ПИ/180 =

140*3,14/180 = 2,44 рад;

Долгота ЗС = Долгота места установки *ПИ/180 = 129,4*3,14/180 = 2,26 рад;

Широта ЗС = Широта места установки *ПИ/180 = 62*3,17/180 = 1,08 рад;

Разность долгот ЗС - КА = Долгота места установки - Координаты КА ретранслятора = 129,4 - 140 = -10,6 град;

Разность долгот ЗС - КА = Долгота ЗС - Долгота КА = 2,26 - 2,44 = -018 рад;

Длина SA = КОРЕНЬ(Радиус ГСО^2 + Радиус Земли^2*COS(Широта ЗС)^2 - 2 * Радиус Земли * Радиус ГСО*COS(Широта ЗС) * COS(Разность долгот ЗС-КА, рад)) = КОРЕНЬ(42170^2 + 6371^2*COS(1,08)^2 - 2*6371*42170*COS(1,08)*COS(-0,18)) = 39219,37 км;

Угол OSA = ASIN(Радиус Земли *COS(Широта ЗС)*SIN(Разность долгот ЗС - КА, рад)/ Длина SA = ASIN(6371*COS(1,08)*SIN(-018)/39219,37) = -0,014 рад;

Угол OSA = Угол OSA, рад *180/ПИ = (-0,014)*180/3,14 = -0,80 град;

Угол NSA = ATAN(Радиус Земли* SIN(Широта ЗС)/Длина SA/) =

ATAN(6371*SIN(1,08)/39219,37) = 0,142 рад;

Угол NSA = Угол NSA, рад*180/ПИ = 0,142*180/3,14 = 8,14 град;

Наклонная дальность = КОРЕНЬ(Длина SA^2 + Радиус Земли^2*

SIN(Широта ЗС)^2) = КОРЕНЬ(39219,37^2 + 6371^2*SIN(1,08)^2) = 39619,84 км;

Угол видимости ЗС с КА =ATAN(КОРЕНЬ(TAN(Угол OSA, рад)^2+

TAN(Угол NSA, рад)^2/COS(Угол OSA, рад)^2) =

ATAN(КОРЕНЬ(TAN(-0,014)^2+TAN(0,142)^2/COS(-0,014)^2)) = 0,143 рад;

Угол видимости ЗС с КА = Угол видимости ЗС с КА, рад *180/ПИ =

0,143*180/3,14 = 8,19 град;

Азимут антенны ЗС = ATAN(SIN(Разность долгот ЗС-КА, рад)/

SIN(Широта ЗС)/COS(Разность долгот ЗС-КА, рад))+ПИ =

ATAN(SIN(-018)/SIN(1,08)/COS(-018))+3,14 = 2,938 рад;

Азимут антенны ЗС = Азимут антенны ЗС, рад*180/ПИ =

2,938*180/3,14 = 168,4 град;

Угол места антенны ЗС = ASIN((Радиус ГСО *COS(Широта ЗС)*

COS(Разность долгот ЗС-КА, рад) - Радиус Земли)/КОРЕНЬ(Радиус ГСО^2+

Радиус Земли^2 - 2*Радиус ГСО*Радиус Земли*COS(Широта ЗС)* COS(Разность долгот ЗС-КА, рад))) =

ASIN((42170*COS(1,08)*COS(-018) -6371)/КОРЕНЬ(42170^2 + 6371^2 - 2*42170*6371*COS(1,08)*COS(-018))) = 0,339 рад;

Угол места антенны ЗС = Угол места антенны ЗС, рад*180/ПИ =

0,339*180/3,14 = 19,42 град.

3.8 Периферийная ЗС (Черский)

Радиус Земли = 6371 км;

Высота ГСО = 35799 км;

Радиус ГСО = 42170 км;

Долгота КА = (Координаты КА ретранслятора *ПИ/180 =

140*3,14/180 = 2,44 рад;

Долгота ЗС = Долгота места установки *ПИ/180 = 161*3,14/180 = 2,8 рад;

Широта ЗС = Широта места установки *ПИ/180 = 68*3,17/180 = 1,18 рад;

Разность долгот ЗС - КА = Долгота места установки - Координаты КА ретранслятора = 161 - 140 = 21 град;

Разность долгот ЗС - КА = Долгота ЗС - Долгота КА = 2,8 - 2,44 =

0,36 рад;

Длина SA = КОРЕНЬ(Радиус ГСО^2 + Радиус Земли^2*COS(Широта ЗС)^2 -

2 * Радиус Земли * Радиус ГСО*COS(Широта ЗС) * COS(Разность долгот ЗС-КА, рад)) = КОРЕНЬ(42170^2 + 6371^2*COS(1,18)^2 -

2*6371*42170*COS(1,18)*COS(0,36)) = 39907,86 км;

Угол OSA = ASIN(Радиус Земли *COS(Широта ЗС)*SIN(Разность долгот

ЗС - КА, рад)/ Длина SA) = ASIN(6371*COS(1,18)*SIN(036)/39907,86) = 0,021 рад;

Угол OSA = Угол OSA, рад *180/ПИ = 0,021*180/3,14 = 1,2 град;

Угол NSA = ATAN(Радиус Земли* SIN(Широта ЗС)/Длина SA) =

ATAN(6371*SIN(1,18)/39907,86) = 0,147 рад;

Угол NSA = (Угол NSA, рад)*180/ПИ = 0,147*180/3,14 = 8,42 град;

Наклонная дальность = КОРЕНЬ(Длина SA^2 + Радиус Земли^2*

SIN(Широта ЗС)^2) = КОРЕНЬ(39907,86^2 + 6371^2*SIN(1,18)^2) =

40340,26 км;

Угол видимости ЗС с КА =ATAN(КОРЕНЬ(TAN(Угол OSA, рад)^2+

TAN(Угол NSA, рад)^2/COS(Угол OSA, рад)^2) =

ATAN(КОРЕНЬ(TAN(0,021)^2+TAN(0,147)^2/COS(0,021)^2) = 0,148 рад;

Угол видимости ЗС с КА = Угол видимости ЗС с КА, рад *180/ПИ =

0,148*180/3,14 = 8,48 град;

Азимут антенны ЗС = ATAN(SIN(Разность долгот ЗС-КА, рад)/

SIN(Широта ЗС)/COS(Разность долгот ЗС-КА, рад))+ПИ =

ATAN(SIN(0,36)/SIN(1,18)/COS(0,36))+3,14 = 3,528 рад;

Азимут антенны ЗС = Азимут антенны ЗС, рад*180/ПИ =

3,528*180/3,14 = 202,14 град;

Угол места антенны ЗС = ASIN((Радиус ГСО *COS(Широта ЗС)*

COS(Разность долгот ЗС-КА, рад) - Радиус Земли)/КОРЕНЬ(Радиус ГСО^2+

Радиус Земли^2 - 2*Радиус ГСО*Радиус Земли*COS(Широта ЗС)* COS(Разность долгот ЗС-КА, рад))) =

ASIN((42170*COS(1,18)*COS(0,36) -6371)/КОРЕНЬ(42170^2 + 6371^2 - 2*42170*6371*COS(1,18)*COS(0,36))) = 0,216 рад;

Угол места антенны ЗС = Угол места антенны ЗС, рад*180/ПИ =

0,216*180/3,14 = 12,38 град.

Глава 4. Выбор оборудования

4.1 Антенный пост

Антенный пост предназначен для работы в составе земной станции спутниковой связи диапазона 4/6 ГГц. Устройство работает в режиме приёма - передачи с ретранслятором космического аппарата, расположенным на геостационарной орбите.

Выбор антенного поста будем осуществлять по нескольким критериям:

1. Соответствие технических параметров антенны требованиям Регламента оператора ГУП «Космическая связь», с целью получения доступа к космическому сегменту.

2. Диапазон рабочих частот антенны должен соответствовать частотному плану стволов КА - на передачу от 5800 МГц до 6475 МГц, по приёму от 3475 МГц до 4150 МГц (со 2 по 17А стволы КА «Экспресс-АМ3»).

3. Рабочая температура окружающей среды, применительно для условий крайнего севера, должна находиться в пределах от -60 до +45С.

4. Антенный пост должен иметь опциональную возможность, в случае необходимости, установку системы автосопровождения антенного поста.

5. Сроки изготовления и поставки антенного поста заводом изготовителем до потребителя не должны превышать 60 дней с момента предоплаты изделия.

6. Диаметр рефлектора должен соответствовать расчетному.

При выборе поставщика изделия выбор был остановлен на двух Российских компаниях:

1. ЗАО «САТИС-ТЛ-94», г.Москва;

2. НПО ПМ «Развитие», г.Красноярск.

Технические параметры, представленных компаниями антенн, полностью удовлетворяют техническим требованиям ГУП КС, требованиям по обеспечению нормальной работоспособности во всех стволах С-диапазона КА «Экспресс-АМ3», требованиям по температурному режиму эксплуатации и опциональной возможности установки системы наведения.

Выбор между производителями антенн был сделан исходя из сроков поставки и цены изделия. Срок поставки ЗАО «САТИС-ТЛ-94», г.Москва составил 45 дней, а НПО ПМ «Развитие», г.Красноярск - 90 дней, что и определило поставщика.

Стоимость антенного поста - 560.000 рублей.

Технические характеристики антенного поста:

Диаметр рефлектора 5 метров.

Тип антенны - однозеркальная параболическая.

Диапазон рабочих частот:

1) в режиме на прием 3450...4200 МГц;

2) в режиме на передачу 5770...6525 МГц.

Коэффициент усиления антенны:

-в диапазоне частот приема, не менее 43,5 дБ;

-в диапазоне частот передачи, не менее 47,5 дБ.

Поляризация поля антенны - круговая, ортогональная:

- в режиме на прием - правая (левая);

- в режиме на передачу - левая (правая).

Уровень кроссполяризации в осевом направлении не превышает,- 30 дБ.

Коэффициент стоячей волны трактов приема и передачи, не более 1,3 дБ.

Развязка между трактами приема и передачи, не менее 100 дБ.

Условия эксплуатации:

1) рабочая температура окружающей среды от -60 до +45С;

2) предельная температура окружающей среды 60С;

3) относительная влажность воздуха до 100% при температуре +25С;

4) рабочая скорость ветра - до 33 м/с;

5) предельная скорость ветра - 45 м/с.

Диапазон углов поворота антенны при неоперативной установке (вручную):

1) по азимуту 60 град. с шагом 5 град.;

2) по углу места 0... 60 град.

Диапазон углов поворота антенны от устройства автосопровождения антенного поста

1) по азимуту 8 град.;

2) по углу места 8 град.

Рис. 4.1 Общий вид антенного поста

1. Рефлектор.

2. Волноводный тракт.

3. Облучатель с поляризатором.

4. Держатели.

5. Опорно-поворотное устройство

4.2 Малошумящий усилитель

Резервированный малошумящий усилитель предназначен для работы на антенном посту под открытым небом в режиме резервирования 1:1 в составе земных станций спутниковой связи через космические аппараты «Ямал», «Горизонт», «Экспресс», «Intelsat», LMI.

Выбор МШУ будем осуществлять по нескольким критериям:

1. Диапазон рабочих частот МШУ должен соответствовать частотному плану стволов КА по приему от 3475 МГц до 4150 МГц (со 2 по 17А стволы КА «Экспресс-АМ3»).

2. Коэффициент усиления по мощности в рабочем диапазоне частот должен быть не менее 48 дБ.

3. Шумовая температура в рабочем диапазоне частот не должна превышать 50 К.

4. Сроки изготовления и поставки МШУ заводом изготовителем, до потребителя, не должны превышать 60 дней с момента предоплаты изделия.

По данным требованиям полностью удовлетворяет продукция, производимая компанией ООО «Радис Лтд.» г.Зеленоград.

Стоимость МШУ - 78.400 рублей.

В таблице 4.1 приведены технические данные МШУ3742-50Р

Таблица 4.1

Наименование параметра, единица измерения, (режим измерения)	Данные по ТУ
	Номинал	Пред. отклонение
1. Мощность, потребляемая от сети 220В 50±1Гц, ВА	80	Не более
2. Напряжение питания, В	220	187?242
3. Диапазон рабочих частот, МГц	3.400…4.200	-
4. Коэффициент усиления по мощности в рабочем диапазоне частот, дБ	48	не менее
5. Неравномерность коэффициента усиления по мощности в рабочем диапазоне частот, дБ	±2,0	не более
6. Изменение коэффициента усиления в рабочем диапазоне температур, дБ	±2,0	не более
7. Шумовая температура в рабочем диапазоне частот, К	45	не более
8. Коэффициент стоячей волны по напряжению выхода	1,35	не более

4.3 Усилитель мощности

Усилитель резервированный предназначен для работы на антенном посту под открытым небом в режиме резервирования 1:1 в составе земных станций спутниковой связи через космические аппараты «Ямал», «Горизонт», «Экспресс», «Intelsat”, LMI.

Выбор УМ будем осуществлять по следующим критериям:

1. Диапазон рабочих частот антенны должен соответствовать частотному плану стволов КА - на передачу от 5800 МГц до 6475 МГц (со 2 по 17А стволы КА «Экспресс-АМ3»).

2. Максимальная выходная мощность не менее 15 Вт.

3. Выходная мощность в линейном режиме не менее 6 Вт.

4. с целью уменьшения потерь мощности в антенно-волноводном тракте изделие должно быть наружного исполнения.

5. Питание изделия от сети 220 в.

6. Срок поставки изделия не более 60 дней со дня предоплаты.

При выборе компании производителя нами были рассмотрены две компании:

1. ООО «Радис Лтд.», Россия, г. Зеленоград.

2. Advantech, Канада.

По заданным критериям выбора была выбрана компания ООО «Радис Лтд.», кроме того, мы учитывали немаловажный факт -

· в случае выбора Российского производителя существенно снижается сроки ремонта УМ при его дальнейшей эксплуатации.

· цена изделия, приблизительно, в 2 раза ниже, чем у Канадского поставщика.

Стоимость УМ - 560.000 рублей.

В таблице 4. 2 приведены технические данные УМ5765-15Р

Таблица 4.2

Наименование параметра, единица измерения, (режим измерения)	Данные по ТУ
	Номинал	Пред. отклонение
1. Мощность, потребляемая от сети 220В 50Гц, Вт	110	не более
2. Диапазон рабочих частот, ГГц	5,725…6,525	-
3. Максимальная выходная мощность, Вт	15	не менее
4. Коэффициент усиления по мощности в рабочем диапазоне частот, дБ	45	не менее
5. Неравномерность коэф. усиления по мощности в рабочем диапазоне частот, дБ	2,0	не более
6. Изменение коэф. усиления по мощности в рабочем диапазоне температур, дБ	2,0	не более
7. Выходная мощность в линейном режиме при интермодуляционных составляющих третьего порядка не более минус 28дБ в рабочем диапазоне частот, Вт	6,0	не менее
8. Коэфф. стоячей волны по напряжению

Подобные документы

• Расчет спутниковой линии связи Алматы -Лондон

  Вопросы построения межгосударственной корпоративной системы спутниковой связи и ее показатели. Разработка сети связи от Алматы до прямых международных каналов связи через Лондон. Параметры спутниковой линии, радиорелейной линии, зоны обслуживания IRT.
  
  дипломная работа [2,7 M], добавлен 22.02.2008
  

• Расчёт радиорелейной и спутниковой линии связи

  Расчет пролёта радиорелейной линии. Выбор оптимальных высот подвеса антенн. Ухудшения связи, вызванные дождем и субрефракцией радиоволн. Энергетический расчет линии "вниз" и "вверх" для спутниковой системы связи. Коэффициент усиления антенны приемника.
  
  курсовая работа [801,4 K], добавлен 28.04.2015
  

• Спутниковые системы персональной связи

  Общие сведения о системах персональной спутниковой связи. Ознакомление с развитием российской государственной спутниковой группировки и программой запусков космических аппаратов. Характеристики космических и земных станций передачи и приема сигналов.
  
  презентация [2,2 M], добавлен 16.03.2014
  

• Спутниковая связь

  Работа спутниковой компании "Пиорит-ДВ". Монтаж спутниковой антенны, настройка спутникового оборудования. Одновременное использование спутникового ретранслятора несколькими пользователями. Скорость передачи данных, пропускная способность цифрового канала.
  
  отчет по практике [430,3 K], добавлен 26.01.2013
  

• Модернизация и принятие в эксплуатацию новых средств спутниковой связи

  Принципы построения территориальной системы связи. Анализ способов организации спутниковой связи. Основные требования к абонентскому терминалу спутниковой связи. Определение технических характеристик модулятора. Основные виды манипулированных сигналов.
  
  дипломная работа [3,1 M], добавлен 28.09.2012
  

• Проектирование многоканальной системы передачи

  Проектирование цифровой линии передачи между пунктами Гомель и Калинковичи. Выбор системы передачи для осуществления связи. Структурная схема аппаратуры ИКМ-120. Параметры системы передачи, трассы кабельной линии. Расчет схемы организации связи.
  
  курсовая работа [129,2 K], добавлен 08.05.2012
  

• Проектирование кабельной линии связи

  Выбор трассы кабельной линии связи. Расчет параметров передачи кабельных цепей реконструируемой линии. Расчет параметров взаимных влияний между цепями. Проектирование волоконно-оптической линии передачи. Организация строительно-монтажных работ.
  
  курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.05.2012
  

• Система спутниковой связи

  Передача цифровых данных по спутниковому каналу связи. Принципы построения спутниковых систем связи. Применение спутниковой ретрансляции для телевизионного вещания. Обзор системы множественного доступа. Схема цифрового тракта преобразования ТВ сигнала.
  
  реферат [2,7 M], добавлен 23.10.2013
  

• Расчет линии связи для системы телевидения

  Общее описание системы спутникового телевизионного вещания. Качественные показатели каналов спутниковых линий. Расчет цифровой линии связи. Методы формирования и передачи сигналов телевидения и звукового вещания. Краткое описание параметров системы связи.
  
  курсовая работа [773,8 K], добавлен 27.01.2010
  

• Проектирование кабельной линии связи

  Выбор трассы кабельной линии связи. Определение конструкции кабеля. Расчет параметров передачи кабельных цепей и параметров взаимных влияний между ними. Проектирование волоконно-оптической линии передачи. Размещение ретрансляторов по трассе магистрали.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 22.05.2015
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам