С61 Спутниковые системы связи: Учебное пособие для вузов

A
= cos
B
cos
C
+ sin
B
sin
C
cos
α
;
cos
B
= cos
A
cos
C
+ sin
A
sin
C
cos
β
;
cos
C
= cos
A
cos
B
+ sin
A
sin
B
cos
β.
Ðèñ. 4.7.
Геометрические соотношения
между координатами геостационарного
спутника и ЗС
Ðèñ. 4.8.
К определению угла
места для ЗС в направлении
на геостационарный спутник

---

Электромагнитная доступность к спутниковым линиям связи
71
Теорема синусов сферического треугольника
sin
α
sin
A
=
sin
β
sin
B
=
sin
γ
sin
C
;
A
= 90
◦
−
θ
2
;
C
= 90
◦
−
θ
1
;
β
=
φ
2
−
φ
1
,
где
φ
1
, φ
2
— географические координаты долготы проекции подспут-
никовой точки и земной станции соответственно;
θ
1
, θ
2
— географи-
ческие координаты широты подспутниковой точки спутника и земной
станции соответственно.
При определении координат долготы и широты следует учиты-
вать знак, принимая северную широту и восточную долготу положи-
тельной, а южную широту и западную долготу отрицательной. Рас-
стояние, км, от земной станции до проекции спутника (отрезок
ac
на
рис. 4.7) определяется по формуле
d
= 111
B
= 111
β
′
,
так как один дуговой градус сферических координат на поверхности
Земли соответствует 111 км на ее поверхности.
Из треугольника ONM (рис. 4.8) следует
(
ε
+ 90) +
β
′
+
γ
′
= 180
,
или
ε
+
β
′
+
γ
′
= 90
,
где
γ
′
— угол между направлениями от спутника на подспутниковую
точку и на ЗС.
Согласно теореме синусов для плоского треугольника
D
sin
β
′
=
R
з
sin
γ
′
=
r
sin(90 +
ε
)
=
r
cos
ε
.
(4
.
2)
С учетом теоремы косинусов для плоского треугольника:
D
=
√
r
2
+
R
2
З
−
2
R
З
r
cos
β
′
,
где
R
З
— радиус Земли;
r
— радиус орбиты ИСЗ (радиус Земли плюс
высота спутника);
D
— наклонная дальность — расстояние от земной
станции до спутника;
ε
— угол места антенны ЗС при наведении ее
на спутник.
Для удобства вычислений при определении азимута рассчитыва-
ется дополнительный угол
C
′
, который для геостационарных спутни-
ков всегда меньше 90
◦
. Итак,
cos
B
= cos
A
cos
C
+ sin
A
sin
C
cos
β
;
B
= arccos(cos
A
cos
C
+ sin
A
sin
C
cos
β
);
sin
C
′
=
sin
C
sin
β
sin
B
,
C
′
= arcsin
sin
C
sin
β
sin
B
.

---

72
Р а з д е л 4
По топографическому определению азимутом называется угол
между направлением на север и направлением на подспутниковую
точку. Таким образом, истинный азимут станции наблюдения опре-
деляется как
A
З
= 180 +
C
′
, если подспутниковая точка находится
южнее и западнее станции или как
A
З
= 180
−
C
′
, если южнее и вос-
точнее. Целесообразно определить также и угол
γ
′
, чтобы с учетом
направленности бортовой антенны установить, находится ли земная
станция в пределах ее диаграммы направленности:
γ
′
= 90
◦
−
ε
−
β
′
;
D
sin
β
′
=
r
cos
ε
.
С учетом (4.2) угол места антенны ЗС
ε
= arccos
(
cos
r
sin
β
′
D
)
.
В существующей технической литературе встречается также таб-
личный способ расчета, где величины
D
,
ε
,
d
и
γ
′
для геостационарных
спутников можно определить из номограмм, рассчитанных по приве-
денным ниже формулам.
Угол места
α
и азимут
β
каждого из направлений на ИСЗ, распо-
ложенного на геостационарной орбите, определяется соответственно
выражениями:
α
= arctg
cos(
φ
тн
−
φ
сп
) cos
θ
тн
−
0
,
15
√
1
−
[cos(
φ
тн
−
φ
сп
) cos
θ
тн
]
2
;
β
= arcsin
{
sin(
φ
тн
−
φ
сп
)
√
1
−
[cos(
φ
тн
−
φ
сп
) cos
θ
тн
]
2
}
.
Здесь
φ
тн
, φ
сп
— долготы пункта размещения антенны земной станции
и подспутниковой точки соответственно;
θ
тн
— широта пункта разме-
щения земной станции.
В рассматриваемом случае азимут отсчитывается от направления
на юг по часовой стрелке. Для конкретизации требований к системам
наведения обычно задаются координатами подспутниковых точек и
координатами земной станции [11].
4.5. Особенности энергетики спутниковых линий
связи
Линии спутниковой связи без ретрансляции через вспомогатель-
ный спутник состоят из двух участков: Земля — спутник и спутник —
Земля. В энергетическом смысле оба участка оказываются напряжен-
ными, первый — из-за стремления к уменьшению мощности передат-

---

Электромагнитная доступность к спутниковым линиям связи
73
чиков и упрощению земных станций (в особенности в системах с боль-
шим числом малых приемопередающих земных станций, работающих
в необслуживаемом режиме), второй — из-за ограничений на массу,
габаритные размеры и энергопотребление бортового ретранслятора.
Особенностью спутниковых линий связи является наличие боль-
ших потерь сигнала, обусловленных затуханием его энергии на трас-
сах большой физической протяженности.
Так, при высоте орбиты
ИСЗ 36 тыс. км затухание сигнала на трассе может достигать 200 дБ,
что соответствует ослаблению сигнала в 10
20
раз. Помимо этого ос-
новного пространственного затухания сигнал на линиях спутниковой
связи подвержен влиянию большого числа других факторов, отмечен-
ных ранее, таких, как поглощение в атмосфере, вращение плоскости
поляризации, вызванное эффектом Фарадея, рефракция, деполяри-
зация. На приемное устройство спутника и земной станции, кроме
собственных аппаратурных шумов, воздействуют разного рода поме-
хи в виде теплового излучения земной поверхности, атмосферы, из-
лучений Космоса, Солнца и планет.
В этих условиях правильный
и точный учет влияния всех факторов позволяет осуществить опти-
мальное проектирование системы, обеспечить ее надежную работу и
в то же время исключить излишние энергетические запасы, приво-
дящие к неоправданному увеличению сложности земной и бортовой
аппаратуры. Точный учет воздействия на приемную антенну ЗС теп-
ловых шумов окружающего антенну пространства является сложной
научной проблемой, подходы к решению которой будут представлены
в последующих разделах.
Нормы на некоторые показатели качества спутниковых каналов
(в том числе на отношение сигнал-шум) имеют статистический харак-
тер. Это заставляет проводить количественную оценку возмущающих
факторов также статистическими методами и вводить при расчетах не
только количественную меру воздействия соответствующего фактора,
но и вероятность его появления.
Необходимо учитывать характер и число передаваемых сигналов,
а также особенности их преобразования в спутниковом ретрансляторе.
Следует иметь в виду, что при передаче программ телевидения борто-
вой ретранслятор работает в односигнальном режиме, типичном для
наземных радиорелейных линий, и лишь усиливает ретранслируемый
сигнал. При передаче телефонных каналов в системах с многостанци-
онным доступом через бортовой ретранслятор проходит одновременно
несколько сигналов, разделенных по частоте, времени или форме, ока-
зывающих взаимное влияние, которое также должно учитываться при
расчете энергетики спутниковых линий. В зависимости от класса сис-

---

74
Р а з д е л 4
темы на борту может применяться тот или иной вид обработки сигна-
ла, в том числе и его полная регенерация, уменьшающая накопление
шумов и искажений, возникающих на различных участках трассы.
Вопросы к главе 4
1. Что такое электромагнитная доступность источников излучения?
2. Какие энергетические параметры КА влияют на его ЭМД?
3. Какие энергетические параметры ЗС влияют на ЭМД?
4. Каким образом частота рабочего диапазона влияет на затухание сигнала
в свободном пространстве?
5. От каких факторов зависят дополнительные потери на трассе распрос-
транения?
6. Что такое шумовая добротность приемной системы ЗС и от каких пара-
метров она зависит?
7. Какие виды шумов необходимо учитывать при расчете шумовой доброт-
ности?
8. Какие типы МШУ используются в спутниковой связи?
9. Какие факторы определяют шумовую температуру антенны?
10. Чем вызвана деполяризация сигнала на трассе ССС?

---

5
Методы многостанционного доступа
и предоставления каналов
5.1. Виды многостанционного доступа
При одновременной работе многих земных станций через один
КА-ретранслятор в некоторой общей полосе частот, например в общей
полосе частот одного ствола ретранслятора, на входе приемной антен-
ны ретранслятора образуется групповой сигнал от излучений неско-
льких земных станций. Этот групповой сигнал усиливается ретранс-
лятором, переносится на другую частоту — частоту передачи, еще раз
усиливается в передающем тракте ретранслятора и излучается борто-
вой антенной в сторону земных станций, где каждая из них должна
принять предназначенный ей сигнал без помех от других работаю-
щих станций. Этот процесс уплотнения в эфире сигналов от многих
станций и последующее их разделение на Земле называется многос-
танционным доступом.
Многостанционный доступ является характеристикой простран-
ственно-распределенной радиосистемы, в отличие от многоканальной
линии связи, где множество источников сигналов физически присут-
ствуют на входе многоканальной линии связи и вследствие этого от-
сутствуют проблемы синхронизации источников сигналов отдельных
каналов [12].
Многостанционный доступ с разделением сигналов отдельных
станций в некоторой общей полосе частот может быть организован:
•