книги / Физические основы получения информации

сигналы 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.

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»,

«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

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

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

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

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