Файл: Силяков В.А., Красюк В.Н. - Системы авиационной радиосвязи - 2004.pdf

116

Большие высоты орбит позволяют охватить связью большие пло-

щади поверхности Земли при достаточно малом числе спутников, од-
нако их использование приводит к усложнению наземного и бортово-
го оборудования. При выборе типа орбит учитывается, что
эллиптические орбиты оказываются удобнее с точки зрения запуска
спутника. Кроме того, отношение времени видимости спутника к пе-
риоду его обращения вокруг Земли при движении по эллиптической
орбите оказывается большим  по сравнению с ИСЗ, движущимся по
круговой орбите с радиусом, равным апогею эллиптической орбиты.
В результате длительность сеанса связи будет большей при использо-
вании эллиптических орбит.  Однако при этом уровень сигнала в ра-
диолинии будет изменяться в больших пределах, что приводит к ус-
ложнению антенных и приемных устройств. В настоящее время
геостационарная орбита  используется  большей частью спутников
связи. Недостаток спутников связи, движущихся по геостационарной
орбите, заключается в невозможности охватить связью приполярные
районы земного шара, расположенные выше 81° северной или южной
широты.

Для обслуживания севера территории Российской Федерации спут-

никовой связью используется орбита, получившая название ИСЗ "МОЛ-
НИЯ" [6]. Первый спутник связи серии МОЛНИЯ-1, предназначенный
для телевидения и многоканальной двухсторонней телефонной, теле-
графной и фототелеграфной связи был запущен на эту орбиту в Совет-
ском Союзе 23 апреля 1965 г. Параметры орбиты ИСЗ МОЛНИЯ: пери-
гей – 500 км, апогей – 39000 км, наклонение орбиты 63°. Апогей орбиты
находится над северным полушарием, перигей – над южным. Период
обращения ИСЗ равен 12 часов. В течение суток ИСЗ совершает ровно
два оборота вокруг Земли. При первом витке  спутник пролетает над
территорией РФ, на втором – над территорией Северной Америки. Про-
летая над территорией РФ, спутник находится в зоне одновременной
видимости его со всей территории РФ, что позволяет осуществлять двух-
стороннюю связь с длительностью связи через один спутник около
9 часов. Три ИСЗ, сменяющие друг друга в апогее примерно через
8 часов, обеспечивают круглосуточную спутниковую связь на террито-
рии Российской Федерации.

117

5.2. Основные диапазоны частот АКСР

Международным союзом электросвязи регламентированы нормы и

даны рекомендации по использованию радиочастот  для спутниковой
связи [16]. Выбор рабочих частот для АКСР обусловлен следующими
факторами:

– уровнем внешних источников шумов, принимаемых антенной сис-

темой;

– условиями распространения и поглощения радиоволн (влияние на

линию связи атмосферных осадков, затухания в атмосфере и ионосфер-
ных  явлений);

– взаимными помехами между АКСР и радиосредствами других

служб, работающих в смежных или одних и тех же диапазонах частот;

– наличием и сложностью технических средств.
Основные полосы частот, выделенные ССС в соответствии с Между-

народными нормами и Регламентом связи [2, 16], приведены в табл. 5.2.
Диапазон частот между 1 и 10 ГГц наиболее полно удовлетворяет требо-
ванию обеспечения работы АКСР на фоне минимального уровня  вне-

н

о

з

а

п

а

и

Д

т

о

т

с

а

ч

а

н

и

р

и

Ш

ы

с

о

л

о

п

а

ч

а

д

е

р

е

П

)

х

р

е

в

в

я

и

н

и

л

(

м

е

и

р

П

)

з

и

н

в

я

и

н

и

л

(

ц

Г

Г

6

и

4

ц

Г

М

0

0

5

ц

Г

Г

2

,

4

…

7

,

3

ц

Г

Г

6

2

4

,

6

…

5

2

9

,

5

ц

Г

Г

4

1

и

2

1

ц

Г

М

0

0

5

…

0

5

2

ы

м

е

т

с

и

с

е

ы

н

д

о

р

а

н

у

д

ж

е

М

ц

Г

Г

2

,

1

1

…

5

9

,

0

1

ц

Г

Г

5

,

4

1

…

0

,

4

1

ц

Г

Г

9

2

и

9

1

ц

Г

Г

5

,

3

…

5

,

2

ц

Г

Г

7

,

1

1

.

.

.

5

4

,

1

1

ц

Г

Г

2

,

1

2

…

7

,

7

1

ц

Г

Г

0

,

1

3

…

5

,

7

2

,

ц

Г

Г

5

,

2

е

и

н

а

щ

е

в

ц

Г

М

5

3

ц

Г

М

5

3

5

2

…

0

0

5

2

ц

Г

М

0

9

6

3

…

5

5

6

2

,

ц

Г

Г

5

,

1

я

а

н

ш

у

д

з

о

в

я

а

н

ж

и

в

д

о

п

а

б

ж

у

л

с

ц

Г

М

5

1

ц

Г

М

5

,

8

5

5

1

…

5

,

3

4

5

1

ц

Г

М

0

6

6

1

…

5

4

6

1

,

ц

Г

Г

8

и

7

е

ы

н

н

е

о

в

ы

м

е

т

с

и

с

ц

Г

М

0

0

5

ц

Г

Г

0

5

7

,

7

…

0

5

2

,

7

ц

Г

Г

0

0

4

,

8

…

0

0

9

,

7

,

ц

Г

Г

5

,

1

и

я

а

к

с

р

о

м

я

а

н

ж

и

в

д

о

п

ы

б

ж

у

л

с

ц

Г

М

5

,

7

ц

Г

М

2

4

5

1

…

5

3

5

1

ц

Г

М

4

4

6

1

…

5

3

6

1

  Таблица 5.2

118

шних шумов, принимаемых антенной системой. На более высоких час-
тотах резко увеличиваются шумы поглощения в кислороде и водяных
парах атмосферы, на более низких  значительным оказывается  влияние
космических шумов.

Зависимость шумовой температуры антенны 

Т

а

, вызванной косми-

ческим шумом и атмосферным поглощением, от частоты для различных
значений угла места на рис. 5.3 приведена [16]. Атмосфера Земли обла-
дает частотной избирательностью и "прозрачна" в диапазоне частот от
50 МГц до 10 ГГц.

Зависимость затухания 

L

 в атмосфере из-за кислорода и водяных па-

ров от частоты "

f

" при  различных углах места 

β

  показана на рис. 5.4.

На более низких частотах возможно появление отражений в ионосфе-
ре, а на более высоких – поглощение атмосферными осадками и газами.

Диапазон частот 1…10 ГГц интенсивно используется другими служ-

бами,  возникшими до появления систем спутниковой связи. При со-
здании  ССС с мощными передатчиками и чувствительными приемни-
ками понадобилась регламентация данного диапазона частот с целью
уменьшения вероятности возникновения взаимных помех.

Развитие  ССС потребовало освоения  диапазонов  частот выше

10 ГГц, несмотря на худшие условия распространения радиосигна-
лов,  так как жесткая регламентация и относительно небольшие по-
лосы в диапазоне до 10 ГГц, его использование другими службами,
не в состоянии обеспечить растущие потребности в системах спут-
никовой связи.

Т

,  К

100

10

10

1,0

1

f

, ГГц

Космический

шум

Угол   места

0

min

max

5

°

10°

30°
90°

°

°

Атмосф

ерное

поглощ

ение

8

1

6

f

, ГГц

10

4

2

L

, дБ

1,0

0,1

Угол   места
0

–5°

10°

°

20°

40°

60°

90°

0,01

Рис. 5.3

Рис. 5.4

119

Регламентом  радиосвязи, принятым Международным  союзом элек-

тросвязи,  для воздушной подвижной спутниковой службы выделены
диапазоны 1,6465…1,6605 ГГц  для  линии вверх и 1, 545…1,559 ГГц
для линии вниз [4, 16]. Ширина каждой отводимой для этой службы
полосы частот равна 14 МГц. Кроме того, для данной службы выделе-
ны полосы частот 1,610…1,6265; 5,000…5,250; 15,4…15,7 ГГц.

Для морской подвижной спутниковой службы отводятся диапазоны

1,626…1,6455 ГГц (вверх) и 1,535…1,544 ГГц (вниз).

Для фиксированной спутниковой службы, каналы которой могут ис-

пользоваться для передачи сообщений  между земными стационарными
станциями, через которые осуществляется выход на авиационные и мор-
ские органы управления, полосы частот распределены следующим об-
разом:

"Космос – Земля": 3,4…4,2; 4,5…4,8; 7,25…7,75; 10,7…11,7;

17,7…21,2; 37,5…40,5; 80…84; 102…105; 149…164; 231…241 ГГц; "Зем-
ля – Космос": 5,85…7,075; 7,9…8,4; 12,75…13,25; 14,0…14,5; 27,5…31,0;
42,5…43,5; 49,2…50,2; 50,4…51,4; 71,0…75,5; 92…95; 202…217;
265…275 ГГц.

Регламент радиосвязи разрешает РС ВС использовать частоты в по-

лосах, распределенных морской подвижной спутниковой службе. В ли-
тературе вместо точных обозначений полос частот используется сокра-
щенная запись номиналов диапазонов, например 1,6/1,5 для подвижных
и 6/4 для неподвижных объектов.

В АКСР, предназначенных для связи с ЛА, применяется также диа-

пазон 150…400 МГц.  Это дает возможность использовать в АКСР раз-
работанную стандартную аппаратуру для традиционных систем связи.
Недостатком является сильная занятость диапазона. Потери при рас-
пространении и уровни шумов для самолетных антенн с диаграммой
направленности в виде полусферы в диапазоне 150…400 МГц являют-
ся допустимыми  [6].

5.3. Энергетические соотношения в спутниковых линиях связи

Энергетический потенциал радиолиний и уровень помех в каналах

связи в значительной мере определяет эксплуатационные возможности
и качественные показатели ССС. Основным типом помех в радиолини-
ях АКСР являются шумы радиоприемников  и шумы внешних источни-
ков, в том числе космический шум. Проведем расчет энергетических
соотношений  для АКСР с пассивной и активной ретрансляцией.

120

5.3.1. АКСР с пассивной ретрансляцией

В системах  связи с пассивной ретрансляцией сигналов энергия пе-

редатчика, излучаемая в сторону ИСЗ, отражается от поверхности пас-
сивного ретранслятора и часть этой энергии  попадает на поверхность
антенной системы ЗС. Чаще всего используются пассивные ретрансля-
торы сферической конфигурации. Разработано также большое количе-
ство пассивных ретрансляторов, характеризующихся направленным рас-
сеянием [6, 16]. Направленное отражение осуществляется с помощью
фигур, расположенных на поверхности сферы, таких как совокупность
уголковых отражателей, системы конусов, решетки Ван-Атта и др. [6].
Принцип их действия обеспечивает  концентрацию энергии отражен-
ного сигнала в одном пучке в направлении Земли.

К достоинствам АКСР с пассивной ретрансляцией относятся: про-

стота и надежность системы в целом благодаря отсутствию на рет-
рансляторе радиоэлектронной аппаратуры; практически неограни-
ченный динамический диапазон и большая полоса рабочих частот;
возможность одновременной ретрансляции сигналов от многих зем-
ных станций.

Структурная схема АКСР с пассивной ретрансляцией показана на

рис. 5.5. Используя принятые здесь обозначения выведем выражение

для  отношения сигнал/шум на входе приемного устройства земной стан-
ции 

ЗС2

 (рис. 5.5). Плотность потока мощности, падающей  на отража-

ющую поверхность ретранслятора 

ИСЗ

, находящегося  на расстояние 

R

1

от антенны передающей 

ЗС1

,  равна

R

1

R

2

G

прм

ИСЗ

ЗС1

ЗС2

L

1

L

2

T

э

Н

G

прд

P

прд

Рис. 5.5