Распределение частот в системах связи космических аппаратов.

Диапазон радиочастот, выделенные для работы спутниковых радиотехнических систем

Обозначение диапазона частот	Диапазон частот, ГГц (согласно ITU-R V.431-6)	Применение
L	1,452 1,71	Подвижная спутниковая связь
S	1,93…2,69	Подвижная спутниковая связь
С-low	3.4 5.2	Фиксированная спутниковая связь
С-high	5.725...7.75	Фиксированная спутниковая связь
X	7,25…8,04	Фиксированная спутниковая связь (Для спутниковой связи рекомендациями ITU-R частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц.)
Ku	11,7…12,57; 12,7…14,8	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
K	15,4…27,5	Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание
Ka	27,5…50,2	Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь

Два геостационарных космических аппарата, находящиеся в одной и той же орбитальной точке стояния, и обслуживающие одну и ту же область поверхности Земли, могут разделять частотный диапазон следующим образом:

1) путем разведения космических аппаратов по долготе точки стояния на некоторый угол (обычно 2°), больший, чем ширина диаграммы направленности антенны наземной станции;

2) путем использования ортогональной поляризации несущих колебаний как на линии "вверх", так и на линии "вниз", что позволяет принимать два несущих колебания на одной и той же частоте без существенного взаимовлияния между ними. Ортогональными являются правосторонняя и левосторонняя круговая поляризация, а также вертикальная и горизонтальная линейная поляризация несущего колебания. Коммерческие системы спутниковой связи достаточно широко используют такие технологии совместного использования частотных диапазонов.

Требования к подсистеме связи космического аппарата.

Требования к подсистеме связи формируются на основе многих источников. К ним, в частности, относятся:

1) целевые задачи космического проекта (требования верхнего уровня иерархии, такие как архитектура космической системы, параметры орбит космического аппарата, его срок службы и условия эксплуатации);

2) космический аппарат (требования системного уровня иерархии);

3) собственно подсистема связи (внутренние требования);

4) другие подсистемы космического аппарата;

5) наземная станция (требования совместимости);

6) спутник-ретранслятор (требования совместимости);

7) программа полета (ориентация космического аппарата как функция времени). Требования, получаемые из этих источников, оказывают определяющее влияние на проектный облик подсистемы:

8) скорости передачи данных (командно-программной и телеметрической информации обеспечивающих подсистем космического аппарата и его полезной нагрузки);

9) объем принимаемых / передаваемых подсистемой данных;

10) объем хранимых данных;

11) несущие частоты радиосигналов на линиях «вверх» и «вниз»;

12) полосы частот радиосигналов на линиях «вверх» и «вниз»;

13) потребляемая мощность;

14) масса оборудования подсистемы;

15)ширина лучей приемо-передающей антенны на линиях «вверх» и «вниз»;

16) эффективная изотропно излучаемая бортовой антенной подсистемы мощность (ЭИИМ, англ. EIRP);

17) коэффициент усиления антенны / шумовая температура системы.

Классический перечень задач проектирования подсистемы связи включает поиск компромиссных решений между апертурой антенны и мощностью передатчика, между твердотельным усилителем мощности передатчика и усилителем на базе лампы бегущей волны, между усложнением бортовой подсистемы связи и усложнением наземной станции.

Поскольку с увеличением размера апертуры антенны повышается ее коэффициент усиления, то, уменьшается потребная выходная (высокочастотная) мощность передатчика, а, следовательно, и мощность, потребляемая бортовой подсистемой связи от подсистемы электроснабжения. Однако при этом антенна с большей апертурой имеет большую массу и более узкий луч, что повышает требования к точности ее наведения. Ширина луча антенны уменьшается с увеличением ее апертуры. В зависимости от частоты и требуемого коэффициента усиления, мы обычно делаем выбор между твердотельным усилителем мощности передатчика и усилителем на базе лампы бегущей волны – это задача поиска компромиссного решения на системном уровне. Делая этот выбор, мы должны влияние выбора того или иного варианта построения усилителя мощности на общую массу космического аппарата, на площадь его солнечных батарей, на надежность подсистемы связи и космического аппарата в целом, и на необходимую апертуру антенны. Твердотельные усилители мощности обычно имеют большую надежность, меньшую массу и габаритные размеры. Усилители мощности на базе лампы бегущей волны обладают меньшим технологическим риском (при большем коэффициенте усиления) и более высоким коэффициентом полезного действия.

41.Критерии выбора вариантов проектного облика подсистемы связи.

Критерии выбора того или иного варианта проектного облика подсистемы связи на уровне иерархии подсистем могут быть разбиты на три категории: тактико-технические характеристики, совместимость с существующим оборудованием, опыт предыдущей эксплуатации. В таблице 13-3 приведены критерии выбора того или иного варианта архитектуры подсистемы связи.

Категория	Критерий выбора	Комментарии
Тактико-технические характеристики	· Масса оборудования подсистемы · Объем, занимаемый оборудованием · Мощность (излучаемая и потребляемая от сети постоянного тока) · Вероятность сбоя на символ передаваемой информации – добротность цифровой части подсистемы · Коэффициент шума – добротность аналоговой части подсистемы · Стабильность частоты задающего генератора · Вносимые потери · Надежность   · Энергетическая эффективность	· См. таблицу 11-25 · См. таблицу 11-25     · 10-5 для радиолинии «вверх», 10-4 для радиолинии «вниз»   · Для системы SGLS обычно 4 дБ (см. раздел 13.3)   · Обычно на уровне 10-6   · Определяется средним временем наработки на отказ (см. раздел 19.2) · Процентное отношение мощности, излучаемой передатчиком подсистемы, к потребляемой ею мощности
Совместимость с существующим оборудованием	· Совместимость с системой SGLS · Совместимость с системой TDRSS · Совместимость с другими существующими системами
Опыт предыдущей эксплуатации	· Технологический риск   · Результаты предшествующих полетов	· Определяется субъективно · Измеряется количеством лет успешной летной эксплуатации на всех космических аппаратах

Совместимость является важным критерием выбора варианта проектного облика подсистемы связи, которая должна взаимодействовать с уже существующими средствами (наземным станциям или спутниками-ретрансляторами). Если подсистема связи должна работать с наземными станциями системы связи «Космос-Земля» (англ. Space Ground Link System, SGLS), то ее приемник и передатчик должны соответствовать спецификации системы SGLS. Если же подсистема связи должна работать со спутниковой системой слежения и ретрансляции данных (англ. Tracking and Data Relay Satellite System, TDRSS), то ее приемник и передатчик канала межспутниковой связи должны соответствовать спецификации системы TDRSS.

Для типичного космического аппарата с трехосной системой стабилизации малонаправленные антенны подсистемы связи размещаются на верхней и нижней (относительно Земли при номинальной ориентации) сторонах корпуса космического аппарата. Мы размещаем все антенны радиолиний связи с Землей таким образом, чтобы обеспечить им беспрепятственный обзор Земли, а антенны радиолиний межспутниковой связи таким образом, чтобы обеспечить им беспрепятственный обзор спутника-ретранслятора. Традиционно электронное оборудование подсистемы связи размещается как можно ближе к антеннам. Если мы используем остронаправленную антенну, помещенную в карданный подвес, то мы должны быть уверены в том, что ни корпус космического аппарата, ни присоединенные к корпусу элементы конструкции (такие, как панели солнечной батареи), не будут попадать в зону радиообзора антенны при любых допустимых угловых положениях привода.

Космические аппараты, стабилизированные вращением, обычно имеют цилиндрическую форму и, как правило, содержат в своем составе стабилизированную платформу. За исключением разнообразных малонаправленных антенн, остальные антенны должны размещаться именно на стабилизированной платформе. Часто высокочастотная часть и остальное электронное оборудование подсистемы связи также размещается на стабилизированной платформе, что позволяет избежать проблем, связанных с передачей высокочастотных сигналов через вращающийся подвес платформы.

С точки зрения организации радиосвязи космические аппараты, выводимые на низкие околоземные или на геостационарные орбиты, не имеют принципиальных отличий. Основным же отличием является потери на трассе распространения радиосигналов из-за различной дальности связи, то есть расстояния, проходимого сигналами. Эти потери мы можем компенсировать либо повышением коэффициента усиления антенны, либо увеличением выходной мощности передатчика. Интересным частным случаем является такая организация радиосвязи, когда диаграмма направленности антенны должна обеспечивать покрытие только определенного участка поверхности Земли. По мере увеличения высоты орбиты космического аппарата уменьшается ширина диаграммы направленности антенны, необходимая для покрытия заданного участка поверхности Земли. Повышение коэффициента усиления антенны, обусловленное уменьшением ширины ее диаграммы направленности, компенсирует потери на трассе распространения радиосигналов по обратно-квадратичному закону. В этом случае с увеличением высоты орбиты можно избежать необходимости повышения мощности передатчика.