Фулл. Вопросы для подготовки к экзамену по ссс за 2022 год
 Скачать 2.69 Mb.
|
персональной спутниковой связи «Гонец-Д1М». Число КА в орбитальной группировке ― 12 (4 орбитальные плоскости по 3 КА); Зона обслуживания ― глобальная; Ракета-носитель ― Рокот (3 КА); Разнос плоскостей по долготе восходящего угла –45; Высота орбиты / наклонение ― 1350-1500 км / 82,5; Период обращения ― 115 мин.; Срок активного существования ― 5-7 лет; Мощность, потребляемая БРТК, макс. – 200 Вт; Масса КМ / БРТК – 300 кг / 56 кг; Скорость передачи информации, Кбит/сек: 2,4; 4,8; 76,8; Объем ОЗУ ― 8 Мбайт; Диапазоны частот: 0,2...0,3 ГГц (вверх), (Д1); 0,3...0,4 ГГц (вниз), (Д2); Число каналов: Земля –Космос: 1+13; Космос–Земля: 1+1. При 12-ти КА на орбите система «Гонец» способна обеспечить передачу данных в режиме реального времени в северных широтах. При этом в средних широтах связь будет почти беспрерывной, а на экваторе перерывы в передаче сигнала составят около 15 минут. При 24-х КА связь будет доступна «онлайн» в любой точке земного шара. В настоящее время в стадии опытной эксплуатации находится система «Гонец-Д1М». Наземная инфраструктура состоит из центра управления системой и четырёх региональных станций в различных регионах России (Европейской части, Южной Сибири, Крайнем Севере и Дальнем Востоке). Запланировано развёртывание системы «Гонец-Д1М», включающей до 16 КА и 7 региональных станций. Увеличение количества КА системы значительно улучшит её ТТХ, такие как время ожидания сеанса связи и время доставки информации. Основным назначением системы «Гонец» является обеспечение связью зон вне покрытия наземными сетями GSM, предоставление связной среды для российской системы координатно-временного обеспечения ГЛОНАСС и связь со стационарными и мобильными АТ, находящимися в труднодоступных регионах. Оборудование и программное обеспечение КА и АТ спроектировано таким образом, что для работы системы не требуется непрерывное нахождение абонентов в зоне радиовидимости КА. При отсутствии совместной зоны радиовидимости АТ и КА сообщение буферизуется и передаётся при пролёте одного из КА системы над абонентом. На базе системы «Гонец» реализованы следующие услуги: ― обмен сообщениями между абонентами системы Гонец в глобальном масштабе; ― передача данных о местоположении объектов, полученных с использованием системы ГЛОНАСС или других навигационных систем; ― обмен сообщениями между абонентами ССС «Гонец» и абонентами стандартной электронной почты как в персональном, так и в групповом режимах, по стандартным почтовым протоколам Х.400 и SMTP/IMAP, с возможностью отправки прикреплённых файлов небольших размеров; ― обмен сообщениями между абонентами системы «Гонец» и абонентами мобильных сетей связи в глобальном масштабе; ― циркулярная передача сообщений группе пользователей; ― передача телеметрической (датчиковой) информации контролируемых объектов в центры мониторинга; ― построение ведомственных подсистем связи. 35. Межспутниковые линии связи между геостационарными космическими аппаратами. Межспутниковая линия связи (МЛС) представляет собой высокоскоростной радиоканал передачи информации между двумя КА, находящимися в зоне прямой видимости. МЛС может быть организована между КА, находящимися как на одной орбите (например, ГСО↔ГСО, так и на разных ГСО↔ВЭО, НКСС↔ГСО. МЛС может применяться и для КА, базирующихся на низкоорбитальной позиции. Наиболее целесообразно применение МЛС в случае, когда РТР КА связи оборудованы системой обработки сигналов на борту (ОСБ). В этом случае обеспечивается маршрутизация информации через МЛС, рационально используются ресурсы пропускной способности ССС за счёт перераспределения информационных потоков, транслируемых через бортовые РТР различных КА. На рисунке МЛС вместо ВОЛС, фидерной или радиорелейной линии связи (принцип двойного скачка) Размеры РФ могут не обеспечивать полный охват её территории с одного КА на ГСО в случае узких парциальных лучей (≤0,45°), в связи с чем и возникает задача передачи информации с ретрансляцией через два КА, находящихся в достаточно удаленных точках орбиты. Последовательная ретрансляция информации через два КА может быть обеспечена как с использованием наземных РТР станций (станций «подскока»), принимающих информацию с одного КА и передающих ее на другой, так и путем межспутниковой ретрансляции. В первом случае, в Западной Сибири, должны создаваться специальные РТР станции подскока. При этом увеличивается время задержки сигнала, влияющие на качество телефонной связи из-за увеличения времени распространения сигналов. Предельное значение среднего времени распространения сигналов при передаче в телефонном канале в одном направлении определяется рекомендацией 11 МККТТ (Женева, 1980 г.) и составляет 400 мс. Обычно задержка сигнала на линии связи с одним КА на ГСО, с учетом задержки в наземных соединениях составляет не менее 290 мс. При использовании принципа «двойного скачка» в ССС задержка сигнала на линии связи ориентировочно составит 600 мс, что в 1,5 раза выше допустимого значения, предусмотренного рекомендацией 11 МККТТ. 36. Межспутниковые линии связи между космическими аппаратами на низкой орбите, базирующиеся в одной и разных орбитальных плоскостях. Межспутниковая линия связи (МЛС) представляет собой высокоскоростной радиоканал передачи информации между двумя КА, находящимися в зоне прямой видимости. МЛС может быть организована между КА, находящимися как на одной орбите (например, ГСО↔ГСО, так и на разных ГСО↔ВЭО, НКСС↔ГСО. МЛС может применяться и для КА, базирующихся на низкоорбитальной позиции. Наиболее целесообразно применение МЛС в случае, когда РТР КА связи оборудованы системой обработки сигналов на борту (ОСБ). В этом случае обеспечивается маршрутизация информации через МЛС, рационально используются ресурсы пропускной способности ССС за счёт перераспределения информационных потоков, транслируемых через бортовые РТР различных КА. МЛС позволяет: повысить устойчивость функционирования ССС путём исключения из её состава промежуточных земных ретрансляционных станций; рационально использовать ресурсы пропускной способности ССС за счёт перераспределения информационных потоков, транслируемых через бортовые РТР различных КА. МЛС находит применение: в военной системе спутниковой связи (ВССС); в навигационных системах (ГЛОНАСС и др.); в системах подвижной связи (низколеты с КА на ГСО); в глобальных системах гражданской связи. Задачи, решаемые МЛС: сокращение, либо полное исключение периода отсутствия связи ЗС с низколетящим спутником; увеличения протяженности организуемых линий связи на расстояние, превышающее размеры ЗО отдельных КА, входящих в орбитальную группировку (ОГ). сокращение времени распространения сигнала в линиях связи, протяженность которых превышает размеры ЗО отдельных КА, входящих в ОГ; исключение необходимости двойного скачка при передаче сообщения в линиях связи, протяженность которых превышает размеры зон обслуживания отдельных КА. 37. Межспутниковая линия связи КА МО США «AEHF». На каждом КА AEHF имеются две связные антенны МЛС, выполненные по схеме Кассегрена (видно, что малое зеркало выгнуто в сторону большого зеркала, поз.6,7), которые закреплены на круглой штанге (поз. 2). Два электромотора (поз. 3 и 4), охватывающие изогнутой под углом 90° вал, вращают зеркало антенны в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях вместе с приемопередающей аппаратурой, которая установлена на обратной стороне большого зеркала. Приемопередающая аппаратура защищена теплостабильной панелью (поз. 1), аналогичной той, что защищает аппаратуру РТР. На большом зеркале видно отверстие, в котором расположен излучающий рупор. Фидерные тракты расположены внутри изогнутой штанги. Такая конструкция ОПУ позволяет вращать зеркало антенны в двух взаимно- перпендикулярных плоскостях в пределах углов ±180°. 38. Антенная система межспутниковой линии связи с лучеводным фидерным трактом. Антенная система МЛС с лучеводным фидером содержит: 1 – Рупор; 2 – платформа крепления рупора; 3 – лучеводный фидер; 4 – виртуальный рупор; 5 – платформа крепления большого зеркала; 6 – кронштейн большого зеркала; 7 – большое зеркало; 8 – малое зеркало. Лучевод обеспечивает вращение параболической антенны по углу места и азимуту. Система содержит 4 прецизионно полированных алюминиевых зеркал, которые помещены в бериллиевый контейнер. Низкий коэффициент расширения бериллия минимизирует тепловые искажения системы подвески (для точности). Лучеводный фидер антенны МЛС характеризуется: - малыми габаритами в транспортном положении; - высокой степенью интеграции с КА; - малыми потерями в волноводном тракте приема/передачи; - высокой степенью гибкости и модульности конструкции, а именно: лучеводная полноприводная система может быть использована с зеркалами различных размеров и конструктивного исполнения: по диаметру, фокусному расстоянию, с модифицированными и другими зеркалами, различных частотных диапазонов, включая многочастотные системы; - приемо-передающий блок может размещаться как снаружи, так и внутри КА на термостатируемой плите, защищая приемо-передающую аппаратуру от воздействий космической среды; - сектор сканирования ограничен только затенением корпусом КА, размером большого зеркала и конструктивным исполнением ОПУ; - малые потери лучевода позволяют минимизировать апертуру антенны и мощность передатчика для МЛС. Облучатель формирует суммарный и разностный сигнал для системы наведения и автосопровождения. В качестве облучателя применён двухмодовый конический рупор с диаметром апертуры порядка 28,0 мм. Ширина суммарной ДН по уровню половинной мощности порядка 12°. Уровень облучения краёв параболоидов ниже 39. Двухзеркальная антенная система МЛС с механическим сканированием. Рисовать не надо, для ознакомления. Данная конструкция по сравнению с другими вариантами имеет следующие преимущества: ‒ минимальную длину трактов, следовательно, минимальные потери при передаче высокочастотной энергии от передатчика (МШУ) до облучателя антенны; ‒ высокий уровень технологичности операций изготовления, контроля геометрических размеров. Достоинствами данной системы являются: − конструкция ОПУ может быть легко изменена, чтобы удовлетворить требованиям сектора сканирования и конфигурации КА; − приемо-передающий блок может размещаться внутри или снаружи КА; − связь между антенной, ОПУ и приемо-передающим устройством достаточно гибкая и применима к любому КА с МЛС; − сектор сканирования ограничен только затенением корпусом КА, размером большого зеркала и конструктивным исполнением ОПУ; ‒ высокая механическая прочность (стойкость к механическим воздействиям и температурным деформациям); ‒ возможность модификации профилей системы зеркал с целью улучшения энергетики; ‒ простой интерфейс стыковки с механизмами системы наведения. Параболическое зеркало для ознакомления. 40. Основные технические характеристики усилителей мощности и особенности их применения в бортовой аппаратуре геостационарного космического ретранслятора. Эквивалентная излучаемая изотропная мощность передающей части ствола. Основными характеристиками усилителей мощности являются: - выходная мощность в режиме насыщения; - КПД; - фазо- и амплитудно-частотные характеристики, в частности полоса пропускания; - передаточная характеристика по напряжению (устанавливает связь между мгновенными значениями сигнала на входе и выходе УМ) (рисунок); - амплитудно-фазовая характеристика, представляющая зависимость между фазовым сдвигом и амплитудой входного сигнала. В бортовой и наземной передающей аппаратуре ССС в большинстве случаев используются УМ на лампах бегущей волны — ЛБВ [TWT — Traveling Wave Tube] и полупроводниковые УМ [SSPA — Solid State Power Amplifier]. Плюсы УМ на ЛБВ: ― возможность обеспечения высокой выходной мощности (более 100 Вт) во всех используемых частотных диапазонах; ― высокий КПД, достигающий в лучших образцах современных ЛБВ 70% и более; ― широкополосность, составляющая 10% от центральной частоты усиления; ― высокая надежность, большой расчетный срок службы (более 15 лет) и способность выдерживать значительные ударные и вибрационные нагрузки; ― приемлемые массогабаритные характеристики. Минусы УМ на ЛБВ: - нужно формировать высокие напряжения [10-12 кВ], это сложно. В транзисторных УМ чаще всего используют полевые транзисторы {FET — Field Effect Transistor} на основе арсенида галлия (GaAs). Плюсы УМ на транзисторах: - лучшая по сравнению с ЛБВ линейность передаточной и АФХ; - низковольтное питание. Минусы УМ на транзисторах: - низкая мощность одного транзистора (нужны схемы суммирования); - КПД ниже по сравнению с ЛБВ (20-40 % против 70%). Эквивалентной излучаемой изотропной мощностью называют величину ЭИИМ [дБВт] = 𝑃 П ∙ 𝐺 П [𝑃 П – мощность передатчика; 𝐺 П – КУ передающей антенны], она определяет энерговооруженность передающей стороны. 41. Основные технические характеристики приёмников бортовой аппаратуры геостационарного космического ретранслятора. Основным параметром приёмников являются коэффициент усиления, полоса пропускания и коэффициент шума N пр {NF – Noise Figure or Noise Factor}, определяемый в основном коэффициентом шума входного малошумящего усилителя – МШУ {LNA – Low Noise Amplifier}. Отношение Q = G п /T называют добротностью приемной системы. Заметим, что эквивалентная шумовая температура приемной системы зависит не только от собственных шумовых характеристик антенны и приёмника, но и от внешних источников шума. Добротность не вполне объективно отражает качество приемной аппаратуры и может изменяться в зависимости от условий функционирования. Поэтому в справочной литературе эти условия обычно оговариваются (например, при ясному небе и угле возвышения антенны не менее указанного). Эквивалентная спектральная плотность мощности шума, приведенная ко входу приемника, равна: 𝑁 0 = 𝑘𝑇, где – k постоянная Больцмана (k = 1,38 Е-23 Вт/(К*Гц)) Для обеспечения требуемого качества передачи цифровой информации необходимо обеспечить вполне определенное пороговое отношение энергии принимаемых двоичных символов – E b к спектральной плотности мощности шума – N 0 : ℎ п 2 = 𝐸 𝑏 𝑁 0 = 𝑃 𝑐 ∗ 𝜏 𝑘 ∗ 𝑇 = 𝑃 𝑐 𝐶 ∗ 𝑘 ∗ 𝑇 , где τ – длительность передаваемых двоичных символов, С = 1/τ – пропускная способность канала связи. Энергетический потенциал (ЭП) – имееть размерность частоты, равен отношению мощности полезного сигнала на входе приемника к эквивалентной спектральной плотности мощности шума: ЭП = 𝑃 𝑐 𝑁 0 = 𝑃 п ∗ 𝐺 п ∗ 𝑆 эфф 4𝜋𝑟 2 ∗ 𝐿𝑘𝑇 Пропускная способность канала прямо пропорциональна энергетическому потенциалу: 𝐶 = ЭП ℎ п 2 ⁄ . 42. Собственные шумы приемника. Эквивалентная шумовая температура приемной системы, приведенная к входу приемника. Добротность приемной части ствола. Собственные шумы приемника часто характеризуются его шумовой температурой — Т пр . Между коэффициентом шума и шумовой температурой существует однозначная связь: 𝑇 пр = 290 ∗ (𝑁 пр − 1), [𝐾]. В качестве МШУ используются параметрические (охлаждаемые и неохлаждаемые) транзисторные усилители. Коэффициент шума МШУ любого типа монотонно увеличивается с ростом частоты. У охлаждаемых параметрических усилителей, имеющих лучшие шумовые характеристики, в L-Ka диапазонах частот коэффициент шума лежит в пределах ориентировочно 0,15 — 1,5 ДБ. Шумовая температура неохлаждаемых МШУ в (2,5 — 3) раза выше, чем у охлаждаемых. В полупроводниковых МШУ часто используют транзисторы с высокой подвижностью электронов {НЕМТ — High Electron Mobility Transistor}. Технология НЕМТ позволяет получить коэффициент шума в Ku диапазоне частот 1 — 2дБ (Т пр = (75 — 170)°К), в Ka- диапазоне 1,8 — З дБ (Т пр = (150 — 300)°К ), в У-диапазоне частот (3-5) дБ (Т пр = (150—300)°К). Эквивалентная шумовая температура приемной системы (антенны, фидерного тракта и собственно приемника), приведенная ко входу приемника, определяется следующим соотношением: 𝑇 = 𝑇 𝐴 𝑇 Ф + 290 ∗ 𝑇 Ф − 1 𝑇 Ф + 𝑇 пр , где T А – эквивалентная шумовая температура приемной антенны, Т ф - потери в фидерном тракте, определяемые как отношение мощностей на входе и выходе тракта. Собственные шумы приемника. Внутренние шумы радиоприемников обусловлены флуктуациями напряжений и токов в усилительных элементах, а также электрическими флуктуациями в резисторах и активных составляющих комплексных сопротивлений. Основное значение имеет шум, действующий во входных каскадах радиоприемника, поскольку он подвергается наибольшему усилению. Эквивалентная шумовая температура приемной системы, приведенная к входу приемника. Выражается из полной мощности шума на входе приемника 𝑃 ш = 𝑘 ∗ ∆𝑓 ш ∗ 𝑇 ∑ , где 𝑘 − постоянная Больцмана; ∆𝑓 ш − эквивалентная шумовая полоса приёмника; 𝑇 ∑ − эквивалентная шумовая температура, приведённая ко входу станции. |