3. СИСТЕМА НИЗКООРБИТАЛЬНОЙ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ ИРИДИУМ

Научно-техническая информация по проектам ИРИДИУМ, ГЛОБАЛСТАР, если исключить рекламные статьи и проспекты, носит в целом ограниченный характер, что вполне объяснимо в виду жесткой конкуренции между фирмами-разработчиками проектов НКСС.

Необходимо отметить, что как по одной , так и по другой системе имеется некоторое различие отдельных характеристик в разных источниках, в процессе проектирования систем многие характеристики существенно меняются. Пример - масса КА ИРИДИУМ изменилась с 300 до почти 700 кг, а по некоторым данным и более, т.е. вдвое. И нет гарантий, что такие трансформации не будут происходить и в последующем, по мере реализации проектов. Может быть лишь величина этих трансформаций не будет столь существенной. В большей степени это относится к проекту ИРИДИУМ, в меньшей - к проекту ГЛОБАЛСТАР.

Содержащиеся сведения позволяют провести сравнение технических и экономических показателей вновь разрабатываемых отечественных НКСС с лучшими зарубежными, а также получить представление о тенденциях развития и принципах проектирования низкоорбитальных систем связи.

Фирма Motorola Satellite Communication Inc. (МОТОРОЛА) вела разработку низкоорбитальной космической системы связи (НКСС) IRIDIUM (ИРИДИУМ).

Система ИРИДИУМ предназначена для обеспечения глобальной персональной связи по принципу "каждый с каждым" на основе космического сегмента в виде низкоорбитальной группировки космических аппаратов и наземного сегмента в составе: пользовательских терминалов, которые могут располагаться в любой точке Земли, шлюзовых (координирующих) станций спутниковой связи, сегментов управления системой и сегментов запуска космических аппаратов, станций передачи команд и приема телеметрической информации.

В работе приведены характеристики космического и наземного сегментов, структурная и функциональная схемы системы ИРИДИУМ, оценка системы, а также принципы обеспечения живучести системы.

3.1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ ИРИДИУМ

Виды связи и услуг, предоставляемые системой.

Виды связи:

- дуплексная телефонная связь ;

-передача данных;

- факс .

Виды услуг:

- связь абонентов, оснащенных персональными терминалами между собой;

- связь абонентов, оснащенных персональными терминалами с абонентами национальной сети телефонной связи и наоборот;

- определение местоположения;

- предоставление пользователю различных типов терминалов: носимый, переносной (для офисов), мобильной (для автотранспортных средств), авиа и морской, а также пейджер;

- время установления связи, аналогично времени установления связи между абонентами наземной системы сотовой связи и не превышает 2 сек;

- непрерывность связи в течение сеанса связи;

- вес носимых терминалов не превышает 700 г, вес и габариты переносных (для офисов), мобильных, авиа и морских терминалов идентичны весу мобильных терминалов наземной системы сотовой связи (2,5 кг).

Орбитальная группировка (ОГ). Критерии выбора орбиты

Основные положения, учитываемые при обосновании ОГ проектантами системы:

- необходимость глобального охвата территории Земли в любое время суток;

- обеспечение идентичности дальности прямой видимости между соседними КА;

- минимизация затрат на создание ОГ, с учетом веса КА и высоты орбиты;

- диапазон высоты орбиты 200-600 морских миль (высоты ниже 200 морских миль требуют больший запас топлива для маневра КА, высоты выше 600 морских миль подвержены влиянию радиации, что увеличивает массу КА).

Параметры ОГ

Базовый проект предусматривал орбитальную группировку из 77 спутников, распределенных в семи плоскостях квазиполярной круговой орбиты с 11-ю КА в каждой плоскости. Кроме того, в каждой плоскости предполагалось разместить по одному резервному КА.Все проекты НКСС обладают избыточностью по перекрытию зон смежными КА при удалении траектории полета КА от экватора. Указанное соображение и, возможно, учет затратного механизма легли в основу пересмотра базовой ОГ в системе ИРИДИУМ 6-ти плоскостей с 11-ю основными и одним резервным КА в каждой.

Для предотвращения столкновения между КА на полюсах, между плоскостями ОГ вводится угловой разнос, образующий минимальную дистанцию "промаха". Вид орбиты становится квазиполярной. В орбитальной группировке для образования минимальной дистанции "промаха" угловой разнос между плоскостями не менее 27 град. Основные параметры орбитальной группировки:

- орбита - квазиполярная;

- число плоскостей - 6;

- число КА в одной плоскости -11;

- угловой разнос КА в одной плоскости - 32,7 град;

- высота орбиты - 780 км;

- период обращения КА вокруг Земли -100 мин;

- стабилизация КА - 3-х осная, с точностью +/-0.5 град по осям и +/- 20 км по высоте.

Вывод КА на орбиту и их замена

В системе ИРИДИУМ предусматривается несколько вариантов вывода КА на орбиту с использованием группового запуска; конструкция КА позволяет применение различных ракетоносителей: ДЕЛЬТА, АТЛАС, ПЕГАС и др.Для восполнения израсходованного резерва КА, будут использоваться одиночные запуски КА.

Диапазоны и полосы частот

В системе ИРИДИУМ задействуются следующие радиолинии:

- радиолинии "Абонент - КА", "КА -абонент" (диапазон L);

- радиолинии "Шлюзовая станция - КА", "КА - шлюзовая станция" (диапазон Ка);

- радиолиния "КА - КА" (диапазон Ка) ;

- радиолинии передачи команд и приема ТЛМ информации; "Земля - КА", "КА - Земля" (диапазон Ка).

В таблице 3.1 представлены диапазоны частот радиолинии системы и используемые полосы.

Т аблица 3.1

Диапазон частот радиолий

Радиолиния "КА - Абонент"

Зоны обслуживания

Любой КА орбитальной группировки формирует 48 лучей, образуя каждым лучем парциальную зону обслуживания (соту) диаметром 400 морских миль. В совокупности 48 лучей формируют подспутниковую зону диаметром примерно 2800 морских миль.Орбитальная группировка в целом формирует квазисплошную подспутниковую зону, охватывающую поверхность Земли.Для формирования подспутниковой зоны каждый КА имеет 6 антенных фазированных решеток (АФАР). Каждая АФАР формирует 8 лучей. Для каждого из 48 лучей устанавливаются соответствующие значения пеленга, ширины луча по азимуту и углу места.Каждый КА осуществляет программное сканирование лучей на соты. Когда луч конкретной антенны направлен на соту, осуществляется передача от абонента и прием абонентом в соответствии с установленными интервалами передачи и приема, определяемыми структурой кадра МДВР.Для исключения перекрытия сот от смежных КА при их смещении к полюсу предусматривается изменение диаграммы направленности АФАР по программе.

Использование спектра частот

Многократное использование рабочей частоты в системе ИРИДИУМ основано на применении многолучевых антенн и сотовой структуры обслуживаемой зоны.Все смежные соты используют различные частоты. Каждая 8-ми сотовая структура, создаваемая ОГ, обеспечивает возможность повторения полосы частот. В результате диапазон частот 1616-1626.5 МГц используется в системе более 150 раз.

Частотный диапазон радиолинии "Абонент - КА" содержит 64 частотных канала с разносом 160 кГц, полоса частот каждого канала 126 кГц.

Частотный диапазон радиолинии "КА - Абонент" содержит 29 каналов с разносом 350 кГц, полоса частот каждого канала 280 кГц.

Предполагается, что в полосе частот 1616-1626.5 МГц задействованы:

- в радиолинии "Абонент - КА" 64 канала, 9 из которых для управления;

- в радиолинии "КА - Абонент" 29 каналов, 4 из которых для управления.

Методы доступа

В радиолиниях "Абонент - КА" и "КА - Абонент" применяется временное разделение каналов. Для ОГ 11х7 структура кадра имела длительность 60 мсек и содержала 7 слотов передачи и 7 - приема; для ОГ 11х6 структура кадра не объявлена, можно ожидать, что она изменится (8 слотов передачи, 8 - приема).Кадры для радиолинии "Абонент - КА" и "КА -Абонент" идентичны по структуре и отличаются по скорости передачи в этих радиолиниях.

Формат многостанционного доступа сочетает временное разделение каналов для каждой соты и частотное разделение для смежных сот (FDMA).

При программном сканировании парциального антенного луча КА, в каждом соте кадр используется дважды.

Сжатие речевой цифровой информации, модуляция и кодирование

В радиолинии "КА - Абонент" реализуется сжатие речевой цифровой информации, коэффициент сжатия (DSI) 2.2:1; информация о сжатии, а также сигналы цикловой и тактовой синхронизации передаются по каналу управления, для этой цели в радиолинии "КА - Абонент" задействуются 4 радиоканала. Коэффициент сжатия 2.2 позволяет обеспечить передачу в радиолинии "КА -Абонент" 55 речевых каналов на 25-ти несущих.

Используется метод модуляции ФМ-4. Для ослабления уровня гармонических составляющих, модулированный сигнал фильтруется (т.н. многократная "косинусная" фильтрация).

В радиолиниях "Абонент - КА" и "КА -Абонент" применяется кодирование (R = 3/4) и декодирование по Витерби, К = 7.

Надежность связи и пропускная способность

В радиолиниях "Абонент - КА" и "КА - Абонент" обеспечиваются вероятности ошибки на бит:

- при передаче ТЛФ информации - не хуже 1.10Е-2, реально предполагается обеспечить 1.10Е-3 - 1.10Е-4;

- при передаче цифровой информации - 1.10Е-6. Средняя пропускная способность при использовании полосы частот 10.5 МГц составляет 110 каналов на одну соту поверхности Земли.

ОГ КА формирует на поверхности Земли примерно 2150 сот при использовании числа лучей АФАР КА, равного 48. В указанных условиях, при использовании полосы частот 1616-1626.5 МГц (ВАКР-92) пропускная способность оставляет 3835 дуплексных телефонных каналов связи .

Радиолиния "КА - шлюзовая станция"

Зоны обслуживания

Каждый КА ОГ может обеспечивать независимую связь с двумя шлюзовыми станциями, соответственно используются две антенны, расположенные снизу конструкции моноблока КА. Усиление каждой антенны составляет:

- в радиолинии "КА - шлюзовая станция" - 18 дБ;

- в радиолинии "Шлюзовая станция - КА" - 21.5 дБ.

Энергетика радиолиний предусматривает запас на потери в атмосфере (ливни) на 13 дБ и 26 дБ, соответственно, в радиолиниях "КА - шлюзовая станция" и "шлюзовая станция - КА". Типы антенн на КА - АФАР.

Использование спектра частот, метод доступа, сжатие речевой цифровой информации, модуляция и кодирование

В радиолиниях предусматривается работа в 6-ти каналах. Скорость передачи в каждом канале 12.5 Мбит/сек.В радиолиниях "КА - шлюзовая станция" и "Шлюзовая станция - КА" реализуется сжатие речевой цифровой информации, коэффициент сжатия (DSI) 2.2:1, информация о сжатии, а также сигналы цикловой и тактовой синхронизации передаются по каналам управления.

Используется метод модуляции ФМ-4, для ослабления уровня гармонических оставляющих, модулированный сигнал фильтруется.

В радиолиниях "КА - шлюзовая станция" и "Шлюзовая станция - КА" применяется кодирование (R = 1/2), декодирование по Витерби (К = 7).

Надежность связи и пропускная способность

В радиолиниях "КА - шлюзовая станция" и "Шлюзовая станция - КА" обеспечивается вероятность ошибки на бит - не хуже 1.10Е-6.

Каждая из двух дуплексных радиолиний связи обеспечивает 600 каналов речевой информации, при использовании сжатия речевой цифровой информации (2.2:1), число каналов речевой информации -1300.

Радиолинии межспутниковой связи

Зоны обслуживания

Каждый КА ОГ имеет радиолинии связи с двумя соседними КА одной орбитальной плоскости и двумя КА в соседних (слева и справа) орбитальных плоскостях. Всего каждый КА для осуществления межбортовой связи имеет 4 антенны и 4 тракта радиоэлектронного оборудования. В качестве антенн применены щелевые антенные решетки с усилением 36 дБ, управление диаграммой направленности каждой из антенн осуществляется по азимуту в пределах +/- 5 град.

Использование спектра частот и метод доступа

Для межспутниковой связи используется полоса частот 200 МГц (23.18 - 23.38 ГГц). План частот предусматривает размещение в полосе 200 МГц 8-ми отдельных частотных полос для исключения взаимных помех между каналами. Скорость передачи в каждой линии 25 Мбит/сек.

Используется метод временного разделения каналов, структура кадра не объявлена,

Сжатие речевой информации, модуляция и кодирование

В радиолиниях межспутниковой связи применяется сжатие речевой цифровой информации, коэффициент сжатия (DSI) 2.2:1, информация о сжатии передается по каналам управления в кадре МДВР.

Используется метод модуляции ФМ-4, для ослабления уровня гармонических составляющих используется фильтрация модулированного сигнала.В радиолиниях межспутниковой связи используется избыточное кодирование (R = 3/4), декодирование по Витерби (К = 7).

Надежность связи и пропускная способность

Обеспечивается вероятность ошибки не хуже 1.10Е-6 на бит информации.

Каждый канал межспутниковой связи обеспечивает передачу 600 телефонных цифровых каналов без сжатия и, соответственно, при коэффициенте сжатия (DSI) 2.2:1 - 1300 телефонных цифровых каналов.

Командная и телеметрическая радиолинии

Командная линия обеспечивает передачу на КА ОГ управляющей информации, телеметрическая -передачу с КА ОГ данных о состоянии и режимах работы бортовых систем.Командная и телеметрическая линии работают в двух режимах функционирования КА:

1. Штатный режим. Передача команд, прием квитанций об исполнении команд.

Прием телеметрической информации осуществляются с использованием связных линий, в т.ч. с использованием каналов межбортовой связи. В штатном режиме обеспечивается возможность управлять и контролировать режимы работы каждого КА ОГ.

2. Нештатный режим распространяется на участок выведения КА на рабочую орбиту, а также на случаи отказа стабилизации КА или других отказов, приводящих к невозможности использования связных линий.

Управление КА в нештатном режиме осуществляется по отдельным командной и телеметрической радиолиниям.

Предыдущая страница............ Стартовая страница.............. Следующая страница