Мордухович Л.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи. Курсовое проектирование (1987) (1152059), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В частном случаедля круговой орбиты Земля оказывается в центре плоскости орбиты, а высотыапогея и перигея равны между собой и являются таким образом высотой орбиты.86АпогеиПлоскостьэкватораПеригейРис. 3,2. Параметры орбиты ИСЗПосле завершения вывода на орбиту движение спутника в космическомпространстве практически свободно. Оно продолжается по инерции с сообщенной ему при запуске скоростью, при которой сила притяжения Земли уравноешивает действующую в противоположном направлении центробежную силу,связи с тем, что сила притяжения зависит от высоты, для свободного движения спутника на каждой высоте орбиты требуются соответствующие определенные скорость движения и связанный с ней период обращения. Поэтому дляобеспечения заданной скорости свободного движения (или периода обращеия) спутник должен двигаться по орбите на строго определенной высоте.
Параметры орбиты в сильной мере определяют длительность сеанса связи длязаданных пунктов на поверхности Земли. Для увеличения длительности сеансоа связи и обеспечения их повторяемости в одно и то же время суток длязаданных пунктов обычно используют синхронные или субсинхронные орбиты,период обращения которых либо равен земным суткам (периоду обращенияЗемли вокруг своей оси), либо в целое число раз меньше их. При использовании субсинхронных орбит можно обеспечить увеличение продолжительностисвязи и даже сделать ее круглосуточной с помощью нескольких спутников,движущихся по одной орбите в разных фазах или по орбитам с отличающимися параметрами. Параметры орбиты в сильной степени определяют такжеразмеры зоны видимости со спутника и зоны обслуживания (покрытия) (рис.3.3).
Зона обслуживания является частью зоны видимости, в пределах которойобеспечивается заданное качество связи при соблюдении установленных ограничений на помехи от других радиослужб (гл. 4).87исзРис. 3.3. Зона видимости и зона обслуживанияВажными параметрами, непосредственно связанными с орбитой спутника,•являются угол места и минимальное значение угла мест для зоны обслуживания. Угол места, характеризующий заданную точку земной поверхности, заметно влияет на параметры ССС или ССВ и представляет собой угол менадунаправлением на спутник и плоскостью, касательной к земному шару в данной точке.
В пределах зоны обслуживания угол места не остается постоянными принимает минимальное значение на краю зоны обслуживания в наиболееудаленной от спутника точке.В настоящее время наиболее широко используют геостационарную орбиту,которой называют круговую синхронную орбиту, расположенную в плоскостиэкватора. При этом спутник вращается вокруг центра Земли с угловой скоростью, равной по величине и направлению скорости вращения Земли вокругсвоей оси, для чего высоту орбиты выбирают равной 35786 км.
Период обращения такого спутника, называемого геостационарным, примерно 24 ч, в связи с чем спутник неподвижен относительно любой точки поверхности Земли ипозволяет обеспечить круглосуточную связь при постоянной ориентации антенн.Большая высота геостационарного спутника позволяет обслуживать большую территорию, равную примерно 1/3 поверхности Земли (рис. 3.4). В связи с тем, что геостационарный спутник располагается в плоскости экватора, в•северных широтах он виден лишь под малыми углами места. При малых углахместа требуется повышенный энергетический потенциал линии связи, так какпри этом, во-первых, увеличивается длина пути,проходимого радиоволнамичерез толщу атмосферы, что увеличивает затухание;во-вторых,происходитувеличение шумовой температуры приемной установки ЗС за счет тепловогоизлучения Земли, принимаемого боковыми лепестками диаграммы направленности антенны; в-третьих, при малых углах места необходимо считаться с экранирующим действием рельефа местности, высоких строений, деревьев.
ТакоеS8ВОСТОЧНАЯдилготлЗАПАДНА ЯJ ВВ 3;зо tzi ill 'Si si/ se тв вя se «•# зя 2в ю В г в го зв «е so 60 ю аи soioi на 120 но /«# /se ISO 170 ISO no ma и. 'iffГраницазонывидимостис гвосгпацио1нарнаго спутника при Лсп=80°вди^Ътная границазонырцбuduMacmu. сорбигпы„Малпин "в период пт 2-го до Ш-еочаса после прохожденияперигея при е=10°ц изаВс орбитыМолния"3период'от\до 22~го 4Qco?noc/ie про \>ш1ндения перигея приТраектория лодспутникаБац точка орои, ты„ Молния"'.3Рис.
3.4. Зоны видимости со спутниканаорбите«Молния» и с геостационарногоспутника2-й виток (12 часов]1- й виток {12 часов)—па 1го но ЮП se so 7П to so ш да га ю п щ га за to so en is ea за та на ко аа т на /ев по •no isa ua mположение делает невозможным использование геостационарного спутника длятерриторий, расположенных за пределами 75° Северной 'или Южной широты.Наряду с геостационарной орбитой широкое применение нашла высокоэллиптическая субсинхронная орбита типа «Молния» с периодом обращения 12 ч,Угол наклонения плоскости орбиты равен примерно 63°30', высота расположенного в Северном полушарии апогея составляет 40250 км, а перигея — 500 км.Долгота восходящего узла равна 68° в. д., что обеспечивает максимальнуюдля территории СССР длительность сеанса связи.
В соответствии со вторымзаконом Кеплера вблизи апогея спутник движется сравнительно медленно инаходится там в течение 8 ч (2/3 периода обращения). Высота спутника в области апогея того же порядка, что и высота геостационарного спутника. Поэтому зона видимости со спутника на орбите типа «Молния» по площади примерно такая же, как и у геостационарного, но имеет другую конфигурацию относительно экватора и включает в себя все приполярные районы (рис. 3.4). Втечение суток спутник на высокоэллиптической орбите проходит два отличающихся на 180° по долготе апогея, каждый из которых может быть использован для связи в течение 8 ч. Таким образом, три спутника в соответствующихфазах позволяют организовать в случае необходимости круглосуточную связь взаданной зоне обслуживания.Основные достоинства орбиты типа «Молния» — возможность обслуживания приполярных территорий и простота вывода спутника на орбиту; недостатки ее вызваны движением спутника на орбите и необходимостью в связи сэтим обеспечения слежения антенн ЗС за спутником.При проектировании ССВ и ССС возникают различные задачи, для решения которых необходимо знать геометрическиесоотношения, определяющиевзаимное расположение ЗС и спутника (СП).
Например, для правильной ориентации антенн ЗС при заданных географических координатах ЗС и СП требуется определить угол места г8 и азимут1 a s антенны ЗС в направлении навыражения (рис. 3.5)s-спутник. С этой целью удобно использовать следующиеn— а ' ,если ЗС западнее СП,"i> ЗС севернее СП;п+ a ,а.',если ЗС восточнее СПесли ЗС западнее СПIv 2л — a ,если ЗС восточнее СП,)-,> ЗС южнее СП.)IЗдесьsin £„„cos—? 3 C sin ¥a = arccos -eos ¥ = cos £ cos £cos б + sin £ ч sin £ r n , б = | KВ свою очередь угол местаe s — arctg [(cosЧ1" — v o ) / s i n Y ] ,гдеyo=Rs[[R*+H).Наклонная дальность (расстояние от ЗС до спутника)1Азимут — угол, отсчитываемый в горизонтальной плоскости по часовойстрелке от направления на Северный полюс в сторону заданного направления.90Спутник- Меридиан ЗСРис.
3.5. Геометрические соотношения между геостационарным спутником и ЗСДля геостационарного спутника формулы несколько упрощаются с учетомого, что его широта £ с п = 0, a Y<> = 0.15. В результатеа' = arccos (tg £ 3 C /tg Ч) > cos Ч"1 = cos £ 3C cos б ,es = arctg [(cos T — 0,15)/sin 1F].При этом d будет достигать максимального значения йМакс =42250 км при 4 f ==75° (например, при 6 = 0 и £ з с = 7 5 ° с. ш.
(рис. 3.5)). При больших значенияхспутник не будет виден, так как окажется за горизонтом. Отметим также,что для геостационарного спутника изменения d от минимального значения,равного 36 000 км, до максимального значения dMaKc при энергетическом расчете вносит погрешность не более 1,3 дБ (рис. 3.1 и 3.20). В связи с этим »пределах зоны видимости наклонную дальность можно считать постоянной аравной dManc, что создаст небольшой энергетический запас (не более 1,3 дБ).Во многих практических случаях удобно пользоваться кривыми рис. 3.6,.которые позволяют при заданных координатах ЗС и спутника непосредственноопределить соответствующие угол места и азимут (/ на рис..
3.6). Этот жерисунок позволяет определить широту, с которой спутник виден под заданным углом места при известном значении относительной долготы б (// на рис.3.6).При использовании приведенных геометрических соотношений необходимо'иметь в виду, что согласно [12] геостационарные спутники связи, введенные вэксплуатацию до 1.01.87 г., должны иметь возможность поддержания своейпозиции на орбите (точность удержания) с точностью по долготе не менее±1°. При этом необходимо стараться довести это значение, по крайней мере,до ±0,5°. Введенные в эксплуатацию позже спутники связи должны иметьточность удержания ±0,1°. Заметим, что космические станции других спутниковых служб (кроме фиксированной и радиовещательной спутниковых служб)должны обеспечивать точность удержания ±0,5°.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
