Система спутниковой связи
Полезная модель направлена на упрощение и удешевление системы при одновременном повышении энергопотенциала и помехоустойчивости, поскольку не требует создания сложных электромеханических и электронных антенных конструкций. Указанный технический результат достигается тем, что каждый спутник оснащен бортовым ретрансляционным комплексом, включающим в себя передающую антенну и N независимых разнесенных в пространстве, направленных в определенную общую область земной поверхности однолучевых широкоугольных приемных антенн, выход каждой из которых подключен на один из N входов устройства когерентного сложения сигналов, находящегося в составе приемного тракта ретрансляции. Упомянутое устройство выполнено в виде процессора адаптивной обработки и усиления разнесенных сигналов, общий выход которого соединен со входом передающего тракта ретрансляции. 2 илл.
Предлагаемая полезная модель относится к области радиосвязи и может быть использована в спутниковых системах связи.
В настоящее время существуют системы связи, использующие для передачи информации спутниковые радиоканалы. Главным показателем эффективности линий спутниковой связи является энергочастотный потенциал, определяемый полосой частот ретрансляции и энергопотенциалами участков Земля - космический аппарат и космический аппарат - Земля и определяющий пропускную способность и помехоустойчивость линий спутниковой связи.
Известно, что линии спутниковой связи, содержащие одну широкоугольную приемную антенну, используемую обычно для формирования глобальной или близкой к ней зоны обслуживания, обладают низким энергопотенциалом участка Земля - космический аппарат, а также низкой помехоустойчивостью. (1)
Несмотря на постоянное увеличение энергооснащения разрабатываемых бортовых радиотехнических комплексов необходимость повышения энергочастотного потенциала не теряет своей актуальности на протяжении полувека. В связи с указанными особенностями развития систем спутниковой связи все более пристальное внимание уделяется увеличению эффективной площади антенных устройств прежде всего бортовых, поскольку к большинству земных станций обычно предъявляются требования простоты, легкости и низкой стоимости. Наиболее яркая тенденция последних лет, как в России, так и за рубежом, проявляется в исследованиях и создании крупноапертурных многолучевых антенн, в частности, развертываемых в
космосе после выведения космического аппарата на орбиту. Первыми примерами стали системы подвижной и персональной спутниковой связи на геостационарной орбите со спутниками Гаруда, Турайа, Инмарсат-4 Вместе с тем, очевидно, что применение многолучевых антенн указанного типа весьма проблематично в тех случаях, когда используется негеостационарные орбиты для регионального (национального) обслуживания, примером которого являются системы спутниковой связи с космическими аппаратами, выводимыми на высокоэллиптические орбиты. Нетрудно представить, что даже при нахождении космического аппарата вблизи апогея в течение некоторого времени для поддержания фиксированных парциальных зон покрытия лучей требуется сложная в реализации система ориентации антенны, не совмещаемая в общем случае с системой ориентации на центр Земли и стабилизации космического аппарата. При движении в пределах всего рабочего участка эллиптической орбиты помимо осевого смещения лучей будут происходить более существенные изменения формы и размеров парциальных зон, а также и дальности до земных станций. В таких ситуациях альтернативный принцип незакрепленных, скользящих лучей, подобный применяемому в системах спутниковой связи на низких орбитах, если и будет возможен, то при непрерывном по пространству и во времени покрытии зон обслуживания, что принципиально не исключается, но приводит к существенному возрастанию числа космических аппаратов и, в итоге, усложнению и удорожанию системы.
Известна система спутниковой связи, описанная в заявке №2005125001 на изобретение (2). Данная система спутниковой связи включает в себя наземные объекты, взаимодействующие между собой через орбитальную группировку спутников связи, перемещающихся по низкой эллиптической орбите, которая имеет наклонение около 63,4 градуса. В состав каждого спутника связи введены многолучевая фазированная антенная решетка передачи, многолучевая фазированная антенная решетка приема, управляющие входы которой соединены с выходами блока угловой ориентации и стабилизации
лучей диаграммы направленности в пространстве, причем каждый луч в процессе движения спутника по орбите отслеживает заданный регион с сохранением заданной площади зоны обслуживания. Недостатками этой системы являются ее высокая сложность и стоимость, обусловленные трудностью реализации угловой ориентации и стабилизации лучей в пространстве, а также проблематичность решения этой задачи в сочетании с отслеживанием и поддержанием фиксированных зон обслуживания многолучевой антенной в случае выведения спутника на высокоэллиптическую орбиту.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в устранении указанных недостатков, а именно, в упрощении и удешевлении системы при одновременном повышении энергопотенциала и помехоустойчивости.
Достигаемый технический результат заключается в том, что в системе спутниковой связи, содержащей множество приемо-передающих устройств, установленных на наземных подвижных и/или стационарных объектах и взаимодействующих по радиоканалам связи через группировку сфазированных во времени спутников, выведенных на наклонную эллиптическую орбиту с апогеем в Северном полушарии, при этом каждый спутник оснащен бортовым ретрансляционным комплексом, включающим в себя передающую антенну и N независимых разнесенных в пространстве, направленных в определенную общую область земной поверхности однолучевых широкоугольных приемных антенн, выход каждой приемной антенны подключен на один из N входов устройства когерентного сложения сигналов, выполненного в виде процессора адаптивной обработки и усиления разнесенных сигналов и имеющего общий выход, соединенный со входом передающего тракта бортового ретрансляционного комплекса.
Сущность полезной модели заключается в том, что упрощение и удешевление системы с одновременным повышением ее энергопотенциала и помехоустойчивости при нахождении спутников на наклонных высокоэллиптических орбитах с апогеем в Северном полушарии
достигается благодаря увеличению эффективной площади бортовой приемной антенной системы за счет установки на космический аппарат вместо одной широкоугольной приемной антенны N независимых разнесенных в пространстве, направленных в определенную общую область земной поверхности простейших широкоугольных приемных антенн, и адаптивной весовой обработки сигналов в трактах каждой из них, с взаимным фазированием и последующим когерентным сложением по напряжению, а собственных шумов - по мощности, при этом устройство когерентного сложения сигналов (когератор) имеет общий выход, соединенный со входом передающего тракта бортового ретрансляционного комплекса.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами:
Фиг.1 Структура предлагаемой системы спутниковой связи
Фиг.2 Блок-схема бортового ретрансляционного комплекса
Полезная модель включает в себя множество приемо-передающих устройств 1, установленных на наземных подвижных и/или стационарных объектах 2, расположенных в Северном полушарии Земли и взаимодействующих между собой по радиоканалам связи через с группировку сфазированных во времени спутников 3, циклически перемещающихся по наклонной высокоэллиптической орбите с наклонением около 63,4 градуса и с апогеем порядка 40000 км над обслуживаемой областью Земной поверхности в Северном полушарии. При этом один из спутников 3 находится в активном состоянии при нахождении вблизи апогея. Каждый спутник 3 оснащен бортовым ретрансляционным комплексом 4, включающим в себя передающую антенну 5 и N независимых разнесенных в пространстве и направленных в обслуживаемую область земной поверхности однолучевых широкоугольных приемных антенн 6. Выход каждой приемной антенны 6 подключен к соответствующему входу устройства когерентного сложения сигналов 7, общий выход которого соединен со входом передающего тракта бортового ретрансляционного комплекса 4. Устройство когерентного сложения сигналов 7 может быть выполнено в виде процессора адаптивной обработки и усиления разнесенных сигналов. Каждый из N входов устройства
7 последовательно соединен с первым узкополосным фильтром 8, первым смесителем 9, вторым узкополосным фильтром 10 и с первым входом второго смесителя 11, образующими цепь промежуточной обработки сигналов. Второй вход второго смесителя 11 соединен со входом первого узкополосного фильтра 8, а выход второго смесителя 11 соединен с соответствующим входом сумматора 12. Выход последнего через первый усилитель 13 соединен со входом передающего тракта, содержащего передающую антенну 5, а через второй усилитель 14 - со вторыми входами первых смесителей 9. Все элементы предлагаемой модели могут быть реализованы на базе известных и стандартных технических средств.
Предлагаемая система работает по следующей схеме. Группировка спутников 3, оснащенных бортовыми ретрансляционными комплексами 4, выводится на наклонную высокоэллиптическую орбиту с апогеем в Северном полушарии. Спутники 3 сфазированны во времени так, что при прохождении зоны радиовидимости земных станций они поочередно активизируются и обеспечивают непрерывную радиосвязь со всеми подвижными и/или стационарными объектами 2, являющимися пользователями системы спутниковой связи и расположенными в северном полушарии Земли. Благодаря этому радиосигналы, посылаемые любым приемо-передающим устройством 1, установленным на соответствующем объекте 2, являющемся отправителем информации, принимаются бортовым ретрансляционным комплексом 4 активизированного спутника 3 и после необходимых преобразований направляются в обслуживаемую зону Земли, где они принимаются приемо-передающим устройством 1 другого объекта 2, являющегося адресатом данной информации. Каждая приемная антенна 6 может иметь независимую глобальную в пределах всей зоны радиовидимости спутника или усеченную зональную диаграмму направленности. В каждом конкретном случае энергетические уровни радиосигналов, принимаемых отдельными антеннами 6, обуславливаются реальной текущей взаимной ориентацией и взаимным удалением объекта-отправителя 2 и приемной антенны 6 спутника 3. Выход каждой приемной антенны 6 подключен к
соответствующему входу устройства когерентного сложения принимаемых сигналов 7, где эти сигналы подвергается следующим преобразованиям. В первом узкополосном фильтре 8 из общего спектра принятых радиоволн выделяются те, которые находятся в рабочем диапазоне частот. Выделенный таким образом сигнал поступает на первый смеситель 9 и узкополосный фильтр 10, и далее в управляемый "взвешивающий" второй смеситель 11, выполняющий функции фазовращателя. Узкополосной фильтр 8, первый смеситель 9, узкополосный фильтр 10 и второй смеситель 11 образуют цепь промежуточной обработки сигналов. Выходные напряжения N этих цепей линейно суммируются в сумматоре 12, усиливаются первым усилителем 13 и направляются на вход передающего тракта с антенной 5 для дальнейшей ретрансляции. Одновременно суммарный сигнал, формируемый первым усилителем 13, подвергается предварительному ограничению и усилению во втором усилителе 14 и подается по петле положительной обратной связи на вторые входы первых смесителей 9. После взвешивания во вторых смесителях 11 фазы входных сигналов всех цепей приводятся к единой фазе полезной составляющей суммарного сигнала, а амплитуды остаются пропорциональными их весовым коэффициентам. В результате таких преобразовании полезные сигналы суммируются по напряжению, а собственные шумы - по мощности, благодаря чему повышается помехоустойчивость системы.
В данном примере устройство когерентного сложения 7 настроено на определенную частотную полосу, в которой работает то или иное приемопередающее устройство 1, установленное на соответствующем объекте 2. Для ретрансляции сигналов в другой полосе частот должен использоваться отдельный частотно-селективный когератор.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает упрощение и удешевление системы по сравнению с системами, оснащенными многолучевыми антеннами или фазированными антенными решетками, поскольку не требуется создание сложных, крупногабаритных электромеханических и электронных антенных конструкций больших
размеров, не умещающихся под обтекателем ракетоносителя и потому раскрываемых в космосе. Одновременно исчезает необходимость электронного фазирования и юстировки электромагнитного поля антенн для формирования лучей заданной диаграммы направленности, т.к. снимается требование высокоточной ориентации и прицеливания лучей в ту или иную точку земной поверхности. Также предлагаемая полезная модель позволяет повысить энергопотенциал и помехоустойчивость системы по сравнению с системой, содержащей одну широкоугольную приемную антенну.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Аболиц А.И. Системы спутниковой связи. М., ИТИС, 2004.
2. Заявка на изобретение №2005125001 RU, кл. Н04В 7/195 (2006.01) приор. 01.08.2005
Система спутниковой связи, содержащая множество приемопередающих устройств, установленных на наземных подвижных и/или стационарных объектах и взаимодействующих по радиоканалам связи через группировку сфазированных во времени спутников, выведенных на наклонную эллиптическую орбиту с апогеем в Северном полушарии, при этом каждый спутник оснащен бортовым ретрансляционным комплексом, включающим в себя передающую антенну и N независимых разнесенных в пространстве, направленных в определенную общую область земной поверхности однолучевых широкоугольных приемных антенн, выход каждой из которых подключен на один из N входов устройства когерентного сложения сигналов, выполненного в виде процессора адаптивной обработки и усиления разнесенных сигналов и имеющего общий выход, соединенный со входом передающего тракта бортового ретрансляционного комплекса.
