Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1151860), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Для антенн меньшего диаметра эффект пРохождения спутником диска Солнца проявляется на большей территории, так как основной лепесток диаграммы направленности антенны шире и поэтому диск Солнца дольше находится в Ределах основного лепестка и существенных боковых лепестков. Нап и Ример, если диаметр антенны равен 10 м, то на частоте 4 ГГц требуемое угловое смещение' а=1'. Мак снмальное время перерыва Те — это время, в течение которого тень спутника проходит земную станцию или Земля и стационарный спутник смещаются на угол 2а (рис.
6.10). Следовательно если 2а=2', то максимальное время перерыва г,=в лгеч24 60=8 (6.2) ~~нтываемое по увеличению на 3 дп шумовой температуры относи- 137 Такой перерыв наблюдается в течение около 6 дней дважды в год в полдень на долготе спутника. В работе [280) описаны методы разнесения сфазированных спутников, обращающихся по слегка наклонным орбитам, которые позволяют избежать одновременных перерывов при использовании пары спутников. Однако для работы с такими разнесенными спутниками необходимо переключение антенн или облучателей и перевод нагрузки со спутника на спутник для исключения перерывов связи. Возможно использование двух облучателей иа одном зеркале для спутников с малым разнесением по углу, чтобы работать с двумя спутниками одной земной станции.
На рис. 6.11 представлена геометрическая схема, поясняющая явление прохождения спутником диска Солнца. Здесь действительное склонение Солнца относительно экватора составляет 6 38'. Северная широта тени спутника во время прохождения диска Солнца равна 41' для этого конкретного дня марта. В общем случае склонение Солнца 1) и северная широта тени спутника во время прохождения спутником диска Солнца на широте ф связаны соотношением (8ет = — з1п ф 1 — соз ф+ Ь/гз (6.3) где 11=35 786 км — высота спутника во время прохождения им диска Солнца и гз =6378 км — радиус Земли.
Тень спутника сходит с Земли при максимальном угле склонения (широта тропика Рака), который равен 23,5'. Однако перерыв, имеющий практическое значение, не может, разумеется, иметь места на широтах, превышающих максимальную широту видимости спутника', т. е. 81'. ' Поясним соотношение (6.3) дополнительным рисунком пЬ пь — гз 3!и ф 1д ТЗ— оЬ Ь+ гЬ Ь+ ( гз — гз соз ф) Из рисунка видно, иго при 11=23,5', т. е. в момент мансимзльиого склонения Солнца в полдень 22 декабря, тень спутника оказывается далеко ане пределов Земли. Тень спутника сходит с Земли при меньшем угле склонения Солипа, приблизительно равном 8,7'.
При этом на Земле эта тень находится на широте 81' — границе видимости геостационарного спутника. (Ори.я. ред.) 138 На рис. 6.12 показан путь движения эллиптической области, где наблюдаются перерывы связи для станций с узкой диаграммой направленности антенн из-за прохождения спутником диска Солнца, для нескольких последовательных дней в марте 1970 г. х4т дна мадиж т сл: з5'а д Рис, б.!2.
Приближенные трассы движения по поверхности Земли области, где наблюдается перерыв связи при прохождении стационарным спутником диска Солнца 1280]; -~ -~-~движение центра области перерыва связи 4 марта 1970 г. Влияние наклонения плоскости орбитаь Геостационарная орбита имеет то преимушество, что позволяет упростить требования к режиму слежения антенны земной станции и позволяет избежать проблемы переброски, т. е.
перевода ретрансляции на радиолинии с одного спутника на другой во время, когда один из них уходит из зоны видимости, а другой появляется в ней. Ее использование также исключает возможность совместного дрейфа двух спутников в пределах основного лепестка антенны земной станции. Дополнительным преимуществом является почти постоянное Расстояние до спутника и очень малый доплеровский сдвиг частоты. Как уже было сказано, спутники не являются точно стационарными. Если не производить коррекцию, то плоскость наклонения орбиты изменяется ( -0,86'!год) вследствие гравитационного п и Ритяжения Луны и Солнца, а орбиты не остаются идеально к го Ру оными.
Рассмотрим теперь, какое влияние оказывают эти факто ы на Р на систему связи. Например, наклонение орбиты и ее отличный от от нуля эксцентриситет приводят к тому, что групповое время зап отклоняется аздывания сигнала на трассе ЗС вЂ” Сп — ЗС немного очередь,мо с от своего номинального значения 0,25 с, что, в свою Р д, может вызвать ухудшение качества связи.
Вследствие ра подсп тников е наклонения орбиты спутника к плоскости эквато- У ковая точка непрерывно перемещается, описывая 139 «восьмерку». На рис. 6.13 показаны трассы подспутииковой точки для 24-часовых круговых орбит при разных углах наклонения, включая предельный случай геостационарной орбиты (с нулевым наклонением), когда эта траектория вырождается просто в точку. анна в аддамгп угл уг чаи пр а) Рис. б./З.
Синхронные орбиты спутников Земли (а) и траектории движения подспутниковой точки (б) При увеличении наклонения орбиты,осьмерка» увеличивается в размере. При наклонении / рад (пр) ем /((1) ширина этой фигуры равна /е/4, а размах по широт -2/. Аналитическое описание движения подспутниковой точка я терминах относительного времени суток 0 д 2л//24 (/ в часах) ~ наклонения / имеет вид ф = агся!п (я(п :(п % соа/5 ~ ( фд — — агся!п 3 т:вота'8 (6.4/ Заметим, что орбиту можно намеренно сделать наклонной, чтобы обеспечить видимость спутника с Северного и Южного полюсов Земли или просто расширить зону обслуживания до более высоких широт. Тогда используются три или более спутников при различных наклонениях орбит и соответственно с разными фазами «восьмерки». На рис.
6.14 представлена зависимость максимальных изменений расстояния до спутника и скорости изменения этого расстояния от широты земной станции и разности между долготой земной станции и средней долготой спутника. Данный график построен для угла наклонения /=-1'. Изменение расстояния до спутника во времени описывается выражением г =г,в+А,я!п(2п//Т), (6.6) где г,р — среднее расстояние, / — текущее время, ч, и Т вЂ” длительность сидерических суток.
Как и следует ожидать, максимальное изменение запаздывания имеет место на максимальной широте видимости /+81' н при нулевом смещении по долготе. В !4о этой точке максимальное изменение расстояния составляет 111,3 км, что соответствует 371 мкс в пересчете на групповое время запаздывания. Эксцентриситет е экваториальной эллиптической орбиты вызывает изменение расстояния между спутником и наблюдателем, находящимся на экваторе, на величину .+е('уз+се) с в(42 164 км).
во ео ь »" бо н ьо ь Рис. б.!д. Диапазоны изменений скорости аАь м/с, н расстояния А», км, в (6.6) 14261. Угол наклонения равен 1'. Дла южнык широт следует брать аналогичную величину, но с отрицательным знаком, а прн изменении угла наклоненяя — умножать на величину угла наклонении ) !в градусаз) го го ао бо во отяасатеяьяая долгота земной станции Гооанасть по допьете мел у сп иэс) Роль этого изменения группового времени запаздывания исследована в гл.
10, где рассматриваются тактовая синхронизация, буферные накопители и системы единого времени, используемые при многостанционном доступе с временнйм разделением (МДВР). Наклонные эллиптические орбиты, например орбиты советского спутника «Молния», могут обеспечить покрытие района до более высокой широты при большем угле места антенны земной станции. Орбиту можно рассчитать так, чтобы спутник находился над данным районом относительно ббльшую часть своего пеРиода обращения, и тем самым уменьшить проблему перехода с одного спутника на другой. Орбита спутника «Молния» имеет наклонение 65', высоту в апогее — около 40000 км, высоту в пеРигее — около 500 км, субсинхронный период обращения 12 ч.
6.3. спутник Сп тн утниковые антенны для покрытия всей видимой поверхности Земл ли с геостационарной орбиты имеют ширину диаграммы направленн Р енности 17,3 . Спутник находится в поле зрения земных о станций, ц Расположенных на экваторе, до ч-81 по долготе отноо сительно по земных стан подспутниковой точки. Точно так же спутник видим с ложены точно танции, смещенных до -+81' по широте, если они распоточки. Типичн чно в' направлении на север или юг от подспутниковой ичные зоны покрытия при различных углах места по- 14! казаны на рис. 6.15 и 6.16.
Если угловое расстояние между спутниками сделать меньше 120', то на экваторе можно использовать ббльшие углы места и обеспечить покрытие более высоких широт. а ао' Рис. о.!о. Зоны покрытия стационарного спутника при различных углах места На рис. 6.17 представлен фотоснимок Земли с высоты синхронк1ой орбиты, сделанный синхронным метеорологическим спутником НАСА. Полезная номограмма, связывающая угол места земной стантгии с ее широтой н относительной долготой (рис. 6.18), была разработана в 1428]. Здесь широта земной станции может быть северной или южной, а долгота — восточной или западной относительно подспутниковой точки.
На рис. 6.18 азимутальный угол Л равен 0' вдоль вертикальной оси н 90' — вдоль горизонтальной оси. Угол места спутника равен 0' на широте 81' для относительной долготы 0'. Расстояние до спутника (рис. 6.19) изменяется от 35786 км при угле места 90' до 37412 км при угле места 45' и 41679 км при угле места 0' [5051.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
