Фулл. Вопросы для подготовки к экзамену по ссс за 2022 год
 Скачать 2.69 Mb.
|
|
3. Антенные системы спутников Intelsat-V и Intelsat-VI. Необходимость увеличения пропускной способности спутниковых каналов связи инициировала разработку и практическое применение бортовых МЛА с 3 − 10 независимыми полуглобальными, зональными и узкими приемо-передающими лучами, как например, на КА Intelsat- IV, Intelsat-V (1981г). Одновременно, начались работы по повышению эффективного использования выделенной для спутниковой связи полосы частот, которое началось с поляризационного разделения сигналов, позволяющего удвоить степень использования выделенной связи полосы частот. Позднее, с внедрением в практику бортовых МЛА с большим количеством узких лучей, появилась возможность пространственного разделения сигналов, позволяющего использовать выделенную полосу частот многократно. По мере роста числа АТ ЗС с низкими или средними требованиями к скорости передачи, но генерирующих пульсирующий трафик, возникла необходимость в разработке эффективных способов использования связных ресурсов РТР. Основная идея многочисленных предложенных методов сводится к коллективному использованию сетевых ресурсов с предоставлением пользователю нужной ему части пропускной способности (полосы частот) сети только тогда, когда он испытывает в этом потребность. Реализована передача способом «один канал на несущую», позволяющая эффективно перераспределять полосу частот РТР между ЗС, а также цифровая интерполяция речи, предусматривающая заполнение пауз в цифровом речевом сигнале, которые составляют с каждой стороны около 60% длительности разговора, «информацией» от других источников. Также были реализованы различные варианты протоколов множественного доступа к каналам связи, позволившие эффективно перераспределять пропускную способность сети между АТ в соответствии с их текущими потребностями. Прогресс в технологии антенных систем обеспечил снижение их массы и стоимости, а также повышение точности наведения и автосопровождения, что в свою очередь позволило более экономно использовать энергоресурсы РТР. В результате перечисленных достижений значительно увеличился энергетический потенциал космических радиолиний, возросла пропускная способность каналов связи. Постепенно начал осваиваться частотный диапазон 14/12 ГГц. Большое число АТ ЗС ССС, работающих по принципу «каждый с каждым», привело к необходимости коммутации приемных и передающих лучей бортовых МЛА, обеспечивая полносвязность топологии сетей. Сначала использовалась статическая коммутация лучей путем скачкообразной перестройки частот приема/передачи ЗС (РТР Intelsat-V), потом произошел переход на более эффективную бортовую коммутацию лучей (SS-TDMA) при помощи СВЧ коммутационной матрицы, например, на Intelsat- VI. Головная компания по разработке и изготовлению ИСЗ Intelsat-VI ― Hughes Aircraft Company (США).Конструирование и производство антенной системы осуществлялось несколькими компаниями: рефлекторы антенн С- и Кu-диапазонов изготовлены компанией British Airospace; облучатели зеркал ГЗА С-диапазона частот, выполненные в виде ФАР, разработаны фирмой COI (США); антенны Кu-диапазона разработаны и изготовлены фирмой Selenia Spazio (Италия). Облучающая ФАР С-диапазона представляет собой сложную волноводно-коаксиальную конструкцию, состоящую из 150 рупорных излучателей с круглым раскрывом диаметром 1,6λ. ФАР имеет возможность по командам с Земли изменить амплитудно-фазовое распределение для трансформирования зональных лучей в зависимости от точки стояния КА. Это приводит к увеличению массы и потерь в ФАР. Д для обеспечения переключения используются 90 механических переключателей с объединенным электропроводом. Потери в ФАР достигают 𝟑 − 𝟒 дБ. Взаимная развязка между зональными лучами и полусферическим лучом, охватывающими зональные лучи, обеспечиваются за счет ортогональности поляризации (поляризация — круговая). Минимальный уровень развязки лучей ― «минус» 27 дБ. При этом достигается шестикратное использование отведенного рабочего диапазона частот. Развязка лучей в С-диапазоне выполнена за счет пространственного разнесения полусферических зон, как и развязка между зональными лучами. Антенны С-диапазона жестко закреплены на корпусе КА. Точность прицеливания лучей составляет ±0,5°. Антенны Ku-диапазона можно наводить независимо в любую точку земной поверхности, видимую из точки стояния ИСЗ. Доп: 4. Конкурентная борьба систем спутниковой связи с наземными технологиями связи (подводные волоконно-оптические кабели). Этап использования «интеллектуальных» космических аппаратов связи. Л2 Развитие ССС происходило в острой конкурентной борьбе с наземными технологиями связи, которая велась с переменным успехом. Развитие ВОЛС, осуществляемое такими компаниями, как Bell Labs, Corning и рядом других, привело к развертыванию в 80-90-х годах крупномасштабной наземной сети ВОЛС. Первый подводный волоконно-оптический кабель ТАТ-8, проложенный через Атлантический океан и соединивший США, Великобританию и Францию, был введен в эксплуатацию в 1988 году. За ним быстро последовали ТАТ-9 и 10 (1992г.), ТАТ- 11 (1993г.) и ТАТ-12 (1995г.) Не менее быстро росло и число кабелей через Тихий океан. В направлении «восток↔запад» был проложен кабель, соединивший континентальную часть США (Калифорния), Гавайи, Гуам и Японию, в направлении «юг↔север» кабели «Гавайи↔Новая Зеландия» и «Гуам↔Австралия». Использование частотного (по длине волны) мультиплексирования и промежуточных оптических усилителей-ретрансляторов обеспечило практически неограниченную пропускную способность ВОЛС. В результате «удельный вес» ССС в мировых технологиях связи заметно снизился. Например, если доля сети Intelsat в поддержке международного телефонного трафика составляла в конце 80-х годов около 70%, то ко второй половине 90-х годов она упала до 30% и наблюдалась тенденция к дальнейшему снижению. В те же годы телефонные компании были полны оптимизма по поводу решения с помощью ВОЛС проблемы «последней мили». Прокладка оптических кабелей в каждый дом и квартиру обеспечила бы широкий спектр мультимедийных услуг посредством передачи разнородного трафика по одной физической среде. 5. Орбиты космических аппаратов системы спутниковой связи. Космические системы связи используют следующие орбиты: геостационарные орбиты (ГСО) КА; высокоэллиптические орбиты (ВЭО) КА; низкие орбиты (НКСС) КА. ГСО используются для создания региональных и глобальных ССС. Пример − КА типа «Ямал», «Экспресс-АМ», «Anik-F2», «Тайком-4» и др., в том числе и военные системы связи Milstar, AENF, DSCS-III и др. ВЭО, в основном, используется для обслуживания полярных областей: «Молния-1», Milstar UFO (наклонение к плоскости орбиты 63,4° , высота апогея, расположенного в северном полушарии, равна 39500 км, высота перигея – 650 км). • GEO – Global Earth Orbit, геостационарная орбита (ГСО): 36000 км; • MEO – Middle Earth Orbit, средневысотная орбита: 10000 − 20000 км; • LEO – Low Earth Orbit, низкая орбита: 700 − 1500 км; • Солнечно-синхронная орбита ― дистанционное зондирование земной поверхности; • высокоэллиптическая орбита, обслуживание полярных регионов, Крайнего Севера и Арктики, региональная ретрансляция ТВ. 6. Радиационные пояса Ван-Аллена (Van Allen belt). На САС КА влияют внешние воздействующие факторы космического пространства, а именно радиационные пояса Ван-Аллена (Van Allen belt), перепады температур, статические и динамические воздействия на активном участке выведения аппарата в точку базирования, попадания метеоритов и другие факторы. Внутренний пояс находится на высоте от 3 до 12 тыс. км над поверхностью Земли, а внешний – на высоте от 18 до 57 тыс. км. Внутренний состоит главным образом из протонов, а внешний - из электронов. Разделение на внутренний и внешний пояса достаточно условно, поскольку все околоземное пространство заполнено заряженными частицами, которые движутся в магнитном поле Земли. Наличие радиационных поясов и их характеристики учитываются при проектировании спутников, поскольку длительное пребывание электронной техники в таких условиях чревато поломками. 7. Режим прямой ретрансляции. Примеры военного и гражданских космических аппаратов с прямой ретрансляцией. Рисунок - непосредственная ретрансляция с одним преобразованием частоты Традиционные сети спутниковой связи используют прямую ретрансляцию сигналов. С полученным спутником сигналом производится усиление, преобразование частоты и фильтрация. После чего сигнал переизлучается и принимается земной станцией (ЗС). Достоинства: • простота исполнения: снижает затраты на производство ретранслятора; • прозрачность: соответствует минимальной задержке сигнала на борту; • надёжность. Недостатки: • неполное использование мощности; • уязвимость к помехам и несанкционированному доступу; • привязка к ЗС необходимость разворачивания существенного земного сегмента. 8. Режим ретрансляции с обработкой информационных сигналов на борту. Пример космического аппарата с обработкой информационных сигналов на борту. Расшифровка: УРЧ — усилитель радиочастоты; СМ — смеситель; Г — гетеродин; УМ — усилитель мощности; АРУ — автоматическая регулировка усиления; РУ — регулировка усиления; ЛЧП — линейная часть приемника; ДМ — демодулятор; ДК — декодер; ПВС — процессор видеосигналов; КУ — кодирующее устройство; М — модулятор. Системы спутниковой связи с обработкой сигналов на борту позволяют организовать прямую связь между пользователями в режиме «каждый с каждым». Т.о. обеспечивается большая гибкость в организации связи. При использовании же «прозрачного» ретранслятора такой режим требует значительных энергетических затрат. В результате наблюдаются хорошие использование пропускной способности и уровень защищённости от помех, а, следовательно, обеспечивается и лучшее качество связи. При подключении пользователя к сети производится идентификация абонента прямо на спутнике, что исключает несанкционированное использование ресурса. Среди недостатков бортовой обработки сигналов можно отметить её сложность, непрозрачность и более высокую стоимость ретранслятора. Альтернативой непосредственной ретрансляции является использование РТР с обработкой сигналов. Упрощенная структурная схема БРТК РТР с обработкой приведена на рисунке выше. С выхода линейной части приемника (преобразование частоты, усиление, линейная фильтрация) сигнал ПЧ поступает в демодулятор, где переводится в область видеочастот, декодируется и обрабатывается в процессоре видеосигналов. Обработанные видеосигналы кодируются, модулируют несущее колебание, усиливаются и излучаются. Бортовая обработка сигналов (ОСБ) имеет следующие преимущества: ― исключается возможность непосредственного проникновения шумов радиоканала «вверх» в радиолинию «вниз»; ― появляется возможность независимого выбора оптимальных структур сигналов в радиолиниях «вверх» и «вниз»; ― при использовании бортовых передающих МЛА появляется возможность коммутации информационных потоков между лучами, что позволяет существенно повысить пропускную способность сети. 9. Системы жизнеобеспечения космического ретранслятора малого и среднего класса. Состав космического ретранслятора представляет собой: 1) приемный и передающий модули; 2) система обработки информационных сигналов; 3) система межспутниковой линии связи (МЛС); 4) командно-исполнительный модуль (частично); 5) система жизнеобеспечения космического аппарат. Расшифровка состава космического ретранслятора. Система электроснабжения (СЭС) содержит: 1) двигатели вращения солнечных батарей по двум осям; 2) устройство начального разворачивания солнечных батарей; 3) солнечные батареи; 4) блок формирования напряжений питания систем космического аппарата; 5) аккумуляторная батарея; 6) датчик угла положения солнечных батарей; 7) датчик напряжения питания; 8) датчик напряжения батарей. Бортовая цифровая платформа подключена к: 1) система передачи телеметрии; 2) датчики системы телеметрии; 3) система обеспечения теплового режима(СОТР) : система активной и пассивной теплозащиты; нагревательный элемент. 4) датчики температуры электронных компонентов. Система управления движением (СУД) содержит: 1) ГЛОНАСС: координаты, скорость, сетка времени; 2) система управления движением, ориентацией и стабилизацией положения КА; 3) двигательная установка ориентации и стабилизации положения КА. Энергообеспечение бортового ретрансляционного комплекса (БРТК) осуществляется от солнечных батарей (СБ) и подзаряжаемых от них (СБ) аккумуляторов, которые питают бортовую аппаратуру в периоды затенения Солнца Землей. Доп: 10. Космический ретранслятор с комплексом «МЛА↔МБЦП». Зонированное обслуживание земной поверхности требует применения в бортовом радиотехническом комплексе (БРТК) многолучевой антенны (МЛА) или многолучевых антенных решеток (МАР) совместно с мультисервисной бортовой цифровой платформой (МБЦП), образуя комплекс «МЛА↔МБЦП». МБЦП реализует маршрутизацию абонентских сигналов в луче, между лучами и между КА на геостационарной орбите. комплекс «МЛА↔МБЦП», обеспечивающий цифровую обработку сигналов и маршрутизацию в каждом луче зон обслуживания, между лучами и между КА, используя МЛС. МБЦП изготавливается с использованием ДОРА- технологии (долговременная радиационно-устойчивая аппаратура). Мультисервисная бортовая цифровая платформа представляет собой: модулятор QPSK и групповой демодулятор (на передачу и прием); групповой кодер и декодер; коммутатор пакетов Передающее устройство: УПЧ; УМ (далее к передающей МЛА). Приемной устройство: МШУ (от приемной МЛА к МШУ); УПЧ (далее к МБЦП) Комплекс «МЛА↔МБЦП», обеспечивающий цифровую обработку сигналов и маршрутизацию в каждом луче зон обслуживания, между лучами и между КА, использует МЛС. Бортовой комплекс «МЛА↔МБЦП» обеспечивает: дополнительное повышение энергетических характеристик радиолиний РТР↔АТ за счет регенерации сигналов на борту и формирования группового сигнала на линии «вниз», обеспечивающего одночастотный режим работы усилителей мощности; коммутацию сигналов из луча в луч (маршрутизацию), позволяющую установить «односкачковую» связь между маломощными АТ (в сетях «каждый с каждым»), при этом снижаются требования к пропускной способности радиолинии «центральная станция (ЦС)→РТР»; загрузку лучей в соответствии с требованиями потребителей и минимизацию используемого частотно- энергетического ресурса; формирование групповых потоков в стандартах DVB- S и DVB-RCS на линии «вниз», принимая на линии «вверх» сигналы непосредственно от региональных центров, минуя наземные линии связи и ЦС; защиту от несанкционированного использования РТР. 11. Задачи, решаемые бортовой многолучевой антенной. Ключевыми требованиями к перспективным коммерческим ССС являются: расширение сферы услуг связи для индивидуальных потребителей и увеличение пропускной способности ССС; доступность мультимедийных услуг связи широкому кругу потребителей. Эти требования противоречивы по своей сути и могут быть реализованы только при использовании в составе РТР узконаправленных МЛА и мультисервисных бортовых цифровых платформ (МБЦП), образующих бортовой комплекс «МЛА↔МБЦП». МЛА обеспечивает: высокий КУ и низкий УБЛ, что в существенной мере решает проблему электромагнитной совместимости; многократное увеличение пропускной способности системы за счёт адресности передачи и, следовательно, уменьшения объёма передаваемой информации в индивидуальных лучах с одновременным увеличением скорости её передачи; высокую пространственную селекцию между лучами, позволяющую многократно использовать выделенный частотный ресурс БРТК и повысить помехозащищенность каналов связи; экономное использование энергоресурсов КА и, в итоге, повышение пропускной способности системы и её рентабельности в силу возможности одновременного использования только части лучей МЛА; экономное использование орбитально-частотного ресурса РФ, являющегося важнейшим фактором космической деятельности; формирование контурной ДН с низким и сверхнизким потенциалом за пределами освещаемой зоны. В качестве МЛА, как правило, используются либо гибридно-зеркальные (ГЗА) или гибридно-линзовые антенны (ГЛА), либо фазированные антенные решетки (ФАР), либо многолучевые антенные решётки (МАР), которые также строятся также с использованием ГЗА или ГЛА, но по более сложной схеме, с двухуровневым электрическим управлением лучом. 12. Задачи, решаемые бортовым комплексом «МЛА↔МБЦП». Зонированное обслуживание земной поверхности требует применения в БРТК МЛА или многолучевых антенных решеток (МАР) совместно с бортовой цифровой платформой (МБЦП), образуя комплекс «МЛА↔МБЦП». МБЦП реализует маршрутизацию абонентских сигналов в луче, между лучами и между КА на ГСО. В качестве МЛА, как правило, используются либо гибридно-зеркальные (ГЗА) или гибридно-линзовые антенны (ГЛА), либо ФАР, либо многолучевые антенные решётки (МАР), которые также строятся также с использованием ГЗА или ГЛА, но по более сложной схеме, с двухуровневым электрическим управлением лучом. Бортовой комплекс «МЛА-МБЦП» обеспечивает: дополнительное повышение энергетических характеристик радиолинии РТР-АТ за счет регенерации сигналов на борту и формирования группового сигнала на линии «вниз», обеспечивающего одночастотный режим работы усилителей мощности; коммутацию сигналов из луча в луч (маршрутизация), позволяющую установить «односкачковую» связь между маломощным АТ (в сетях «каждый с каждым»), при этом снижаются требования к пропускной способности радиолинии «центральная станция (ЦС)-РТР»; загрузку лучей в соответствии с требованиями потребителей и минимизацию используемого частотно- энергетического ресурса; формирование групповых потоков в стандартах DVB- S и DVB-RCS на линии «вниз», принимая на линии «вверх» сигналы непосредственно от региональных центров, минуя наземные линии связи и ЦС; защиту от несанкционированного использования РТР. Дополнение: МЛУ обеспечивает: высокий КУ и низкий УБЛ, что в существенной мере решает проблему электромагнитной совместимости; многократное увеличение пропускной способности системы за счёт адресности передачи и, следовательно, уменьшения объема передаваемой информации в индивидуальных лучах с одновременным увеличением скорости её передачи; высокую пространственную селекцию между лучами, позволяющими многократно использовать выделенный частотный ресурс БРТК и повысить помехозащищенность каналов связи; экономное использование энергоресурсов КА и, в итоге, повышение пропускной способности системы и её рентабельности в силу возможности одновременного использования только части лучей МЛА; экономное использование орбитально-частотного ресурса РФ, являющегося важнейшим фактором космической деятельности; формирование контурной ДН с низким и сверхнизким потенциалом за пределами освещаемой зоны. |