Диссертация (Повышение помехоустойчивости радиосистем космической связи при воздействии радиоизлучения стационарных плазменных двигателей), страница 13

При этомстатистические и спектрально-временныехарактеристики обеих компонент требуютболее детального изучения.Имеющиеся результаты измеренияспектрально-временныххарактеристикизлучения ЭРД не позволяют построить наих основе достоверные математические иимитационные модели излучения ЭРД врадиодиапазоне. Последнее связано как сРисунок 1.25 – Спектральные характеристикиизлучения ЭРД BPT-4000 для вертикальной игоризонтальной поляризацийограниченным объемом представленныхэкспериментальных результатов, так и сотсутствиемданныхоконкретныхрежимах работы ЭРД, при которых былипроведены те или иные измерения.

Отсутствует анализ соотношения тепловой и импульснойкомпонент излучаемого сигнала и т.д.Все это определяет необходимость проведения систематических экспериментальныхисследований характеристик излучения ЭРД в радиодиапазоне.Такимобразом,взаимодействиеЭРДсрадиосистемами КА и КА в целомявляетсявесьмамногообразнымогибающей излучения ЭРД BPT-4000ипроцессом,вкоторыйвовлекаютсяжизненноважныеподсистемыРисунок 1.26 – Временные эпюры амплитуднойсложныммногиесистемыКА.иПриопределенныхусловияхэлектрофизическиеэффекты,связанные с функционированием54ЭРД, могут приводить к различным негативным последствиям, вплоть до полной потериработоспособности КА или его систем.

Поэтому одной из весьма важных проблем примененияЭРД является минимизация их отрицательных воздействий и обеспечение совместимости сэлементами и системами КА.К основным негативным факторам воздействия ЭРД на функционирование радиосистемкосмической связи относятся:- влияние собственного электромагнитного излучения ЭРД в радиодиапазоне, имеющегосложную спектрально-временную структуру и занимающего спектральный диапазон от десятковМГц до десятков ГГц, на характеристики бортовых приемных систем космической связи;- влияние электрофизических характеристик плазменных струй ЭРД на характеристики, вчастности на диаграммы направленности, приемо-передающих антенных систем КА;- влияние плазменных струй ЭРД на изменение условий прохождения ЭМВ на трассераспространения, приводящих к амплитудным, фазовым, поляризационным и т.п.

искажениямрадиосигнала.1.3 Принципы построения и основные характеристики радиосистемкосмической связи ближнего и дальнего космосаДля проведения количественного анализа влияния собственного излучения ЭРД врадиодиапазоне на характеристики, описывающие качество функционирования космическихсистем связи, необходимо систематизировать основные параметры данных систем связи.Будем рассматривать системы космической связи, условно разбив их на две большиегруппы: радиосистемы космической связи ближнего космоса и радиосистемы дальнейкосмической связи.

В соответствии с терминами и определениями Регламента радиосвязиМеждународного союза электросвязи [64] далее под системами дальней космической (DeepSpace) связи будут пониматься системы, обеспечивающие связь с КА удаленными от Земли нарасстояние более 2 млн. км. Соответственно к системам связи ближнего космоса будутотноситься системы, обеспечивающие связь на меньших расстояниях, вплоть до линии Кармана(100 км от поверхности Земли). Учитывая большое разнообразие систем ближней космическойсвязи и их энергетические характеристики, основное внимание будет уделено системамкосмической связи на основе геостационарных спутников, а также системам связи скосмическими буксирами.Вопросам проектирования, создания и функционирования радиосистем космической связипосвящено большое количество публикаций, например, такие как [65], [66], [67], [68], [69], [70],[71], [72], [73], [74], [75] и т.д.55В контексте рассматриваемой проблемы, а именно - анализа влияния собственногоизлучения ЭРД в радиодиапазоне на характеристики помехоустойчивости радиосистемкосмической связи и управления КА, для дальнейшего количественного анализа наибольшийинтерес представляют принципы построения и характеристики бортовых приемных систем КАразличного назначения.

Именно с учетом этой задачи ниже будут проведены рассмотрение исистематизация данных о системах космической связи ближнего и дальнего космоса.1.3.1 Радиосистемы космической связи ближнего космосаВажным фактором, влияющим на совместное функционирование систем связи и ЭРД,является диапазон используемых частот.

В зарубежных публикациях часто используется системаобозначений диапазонов частот согласно классификации IEEE (Institute of Electrical andElectronics Engineers).1. L-диапазон — диапазон частот дециметровых длин волн, используемых для наземной испутниковой радиосвязи. По определению IEEE, этот диапазон простирается от 1 до 2 ГГцэлектромагнитного спектра (длины волн от 30 до 15 см).2.

S-диапазон — диапазон частот дециметровых и сантиметровых длин волн, используемыхдля наземной и спутниковой радиосвязи. Он простирается от 2 до 4 ГГц (длины волн от 15 до 7,5см).3. C-диапазон — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых для наземной испутниковой радиосвязи. Простирается от 4 до 8 ГГц (длины волн от 7,5 до 3,75 см), хотя вспутниковой связи этот диапазон «сдвинут» в сторону S-диапазона и лежит примерно между 3,4и 7 ГГц.4.

X-диапазон — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых для наземной испутниковой радиосвязи - от 8 до 12 ГГц (длины волн от 3,75 до 2,5 см). В спутниковой связиэтот диапазон «сдвинут» в сторону C-диапазона и лежит примерно между 7 и 10,7 ГГц.5. Ku-диапазон — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых в спутниковомтелевидении - от 12 до 18 ГГц (длины волн от 2,5 до 1,67 см).

В спутниковой связи к этомудиапазону также относят часть X-диапазона: в этом случае Ku-диапазон лежит между 10,7 и 18ГГц.6. K-диапазон — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых в основном длярадиолокации, а также для спутниковой радиосвязи - от 18 до 26,5 ГГц (что соответствует длинамволн от 1,67 до 1,13 см).7. Ka-диапазон — диапазон частот сантиметровых и миллиметровых длин волн,используемых в основном для спутниковой радиосвязи и радиолокации - от 26,5 до 40 ГГц (чтосоответствует длинам волн от 1,13 до 0,75 см).56Необходимо отметить, что представленные выше диапазоны по классификации IEEE, неохватывают весь спектр радиочастот. Так, опущены низкочастотные диапазоны (P, VHF, UHF) иболее высокочастотные - до D диапазона (110…170 ГГц), однако, эти диапазоны пока широко неиспользуются в системах спутниковой связи (ССС).Учитывая имеющиеся экспериментальные данные о диапазонах излучения ЭРД, можноотметить, что наиболее подверженными влиянию этого излучения являются системы связи,работающие в L-, S- и C- диапазонах.

В соответствии с существующими тенденциями развития,ниже будут рассмотрены также ССС, относящиеся к существующим и перспективным ССС свысокой пропускной способностью (HTS – High Throughput Satellite). Их максимальнаяпропускная способность может достигать сотен Гбит/с, а скорости передачи данных дляиндивидуальных потребителей – единиц-десятков Мбит/с [76].Inmarsat Global XpressПрактическая работа по развертыванию первой глобальной сети Global Xpress (GX)началась с запуском первого спутника серии 5F ССС Inmarsat. Сеть Global Xpress построена наоснове трех спутников [76]:• на позиции 64,0° в. д.

КА Inmarsat5F1, выведенного на ГСО 8 декабря 2013г. и предназначенного для обслуживанияЕвропы, Ближнего Востока, Африки ичасти Азии;• КА Inmarsat-5F2, выведенного наГСО 1 февраля 2015 г. Точка стояния55,0°Рисунок 1.27 - Область покрытия сети Inmarsatз.д.;КАориентированнапредоставление услуг в Америке;Global Xpress• КА Inmarsat-5F3, запущенного вконце 2015 г. в точку стояния 144,0° в.

д. с ориентацией на пользователей оставшейся части Азии,Австралии и Океании.На каждом спутнике формируется до 89 фиксированных лучей и 6 коммутированных лучей,обеспечиваявсовокупностиглобальноепокрытие.Изниходновременномогутфункционировать 72 фиксированных луча. Карта зон покрытия группировки трех КА без учетакоммутируемых лучей представлена на Рисунке 1.27. Диапазоны частот, в которых работает сетьGlobal Xpress, приведены в Таблице 1.3.Полоса частот, выделенная на один луч, составляет 32 МГц. В соответствии с планамиоператора Inmarsat спутники должны обеспечивать:• передачу цифрового потока со скоростью свыше 60 Мбит/с,57• прием сигнала на Земле на антенну с диаметром зеркала до 60 см.Скорость передачи информации в луче канала запроса (линия вверх) – до 5 Мбит/с, в каналеответа (линия вниз) — до 50 Мбит/с.

Пропускная способность сети в целом - до 12 Гбит/с, чтонесколько ниже, чем у других систем, работающих в диапазоне Ка, но, в отличие от них, в GlobalXpress реализовано глобальное обслуживание, в т. ч. для мобильных абонентов.Таблица 1.3 – Диапазоны частот системы Inmarsat GXКаналПолоса частот, ГГцПользователя, линия «Земля – КА»29.5 … 30.0Пользователя, линия «КА – Земля»19.7 … 20.2ЗС (шлюза), линия «Земля – КА»28.0 … 29.5ЗС (шлюза), линия «КА – Земля»18.2 … 19.7На линии «КА – терминал пользователя» сигналы формируются в соответствии состандартом DVB-S2, используя режим адаптивной модуляции-кодирования (АМК). В каналезапроса используется протокол MF-TDMA (Multi-Frequency Time-Division Multiple Access) —многочастотный доступ с временным разделением.

Число каналов и значение максимальнойскорости передачи по ним зависит от энергетического потенциала линии.Intelsat (EPIC)Перспективная сеть Intelsat [77],включающая спутники IS-29e и IS-33e,способнаобеспечитьпропускнуюспособность до 200 Мбит/с в рамках лучапо линии «вниз», и до 4 Мбит/с по линии«вверх».ТочкистоянияИСЗсоответственно 50° з. д. и 60° в. д. Вкачестве платформы используется BoeingРисунок 1.28 - Область покрытия системы IntelsatEpicBSS-702MP,включающаяЭРДУнаоснове СПД типа XIPS. Планируемаязона покрытия системы отображена наРисунке 1.28. Система будет использовать лучи различной площади и различных диапазонов: C,Ku и Ka. На данный момент известно, что спутник Intelsat 29e будет обладать 12 стволами в Cдиапазоне, 46 в Ku и 1 в Ka.