Спутниковая связь

Любая система спутниковой связи состоит из 3-х основных элементов: космического сегмента (спутники, вращающиеся на орбитах вокруг Земли), наземных станций (служат для управления полетом спутников и передачи сигналов со спутников в наземные сети связи и обратно) и абонентских терминалов. Порядок работы спутниковых систем сходен с обычными сотовыми, где функции центральных коммутаторов выполняют наземные станции, а роль базовых станций играют спутники.

По типу используемых орбит спутниковые системы связи делятся на два класса: уже упоминавшиеся системы со спутниками на геостационарной орбите (расстояние до поверхности Земли - около 36 000 км) и негеостационарные.

Достоинством геостационарной орбиты является то, что угловая скорость вращения спутников на ней точно совпадает со скоростью вращения Земли и каждый спутник оказывается как бы "висящим" над заданной точкой на экваторе. При этом один спутник может охватывать связью примерно треть всей поверхности планеты, за исключением полюсов. Основные недостатки геостационарных систем обусловлены большой удаленностью спутников от Земли и проявляются в сильном ослаблении принимаемых сигналов и в довольно большой их задержке при распространении - 0,24 с, что становится заметным даже при обычном телефонном разговоре.

Негеостационарные спутниковые системы обычно используют круговые орбиты двух типов: средневысотные (MEO, высота - 5000 - 15 000 км) и низкоорбитальные (LEO, высота - 500 - 2000 км). При этом один MEO-спутник способен охватить связью до 25% поверхности Земли, а для построения глобальной системы связи требуется около 10 ИСЗ. Зона покрытия LEO-спутника значительно меньше - 3 - 7%, и глобальная система должна содержать уже порядка 50 ИСЗ.

Такой выбор орбит не прихоть разработчиков - он продиктован расположением в околоземном пространстве так называемых зон Ван Аллена - поясов заряженных частиц, удерживаемых магнитным полем Земли. Оборудование ИСЗ, расположенных вне указанных орбит, будет подвергаться сильной "бомбардировке" частицами и быстро выйдет из строя.

ГЛОНАСС. Принцип работы.

Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приёмников ГЛОНАСС, возможность определения:

• горизонтальных координат с точностью 50-70 м (вероятность 99,7%);

• вертикальных координат с точностью 70 м (вероятность 99,7%);

• составляющих вектора скорости с точностью 15 см/с (вероятность 99,7%)

• точного времени с точностью 0,7 мкс (вероятность 99,7%).

Эти точности можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод навигации и/или дополнительные специальные методы измерений.

Сигнал ВТ предназначен, в основном, для потребителей Министерства обороны России, и его несанкционированное использование не рекомендуется. Вопрос о предоставлении сигнала ВТ гражданским потребителям находится в стадии рассмотрения.

Для определения пространственных координат и точного времени требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приёме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приёмник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения.

Одновременно с проведением измерений в приёмнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приёмника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Универсального координированного времени (UTC).

Эффе́кт До́плера — изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника. Его легко наблюдать на практике, когда мимо наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим, сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется. Когда машина не движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон, который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится (а длина уменьшится), и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт сирена. В тот момент, когда машина будет проезжать мимо наблюдателя, он услышит тот самый тон, который на самом деле издаёт сирена. А когда машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а не приближаться, то наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие меньшей частоты (и, соответственно, большей длины) звуковых волн.

Для волн (например, звука), распространяющихся в какой-либо среде, нужно принимать во внимание движение как источника, так и приёмника волн относительно этой среды. Для электромагнитных волн (например, света), для распространения которых не нужна никакая среда, в вакууме имеет значение только относительное движение источника и приёмника^[1].

Эффект был впервые описан Кристианом Доплером в 1842 году.

Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемую им волну, то длина волны уменьшается, если удаляется — длина волны увеличивается:

Билет№79