Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь (1979) (1152062), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Во время затенения спутника Землей электропитание 134 о о Ф о а х о о о о о- Ж ю о о ох Ф Ф Ф о л ао Ф о 1 х М а ох а~ Ф х ИФ о да о хй х х о о х о х Ф о х о о х Ф о 5 аО .х а' о Е' о,о Ю х о ох о х Ю д х о о о о о 3 Ф о Фо Ф о о. Ф'у .Ф Ио о Ф оИ а~ о „ о ~о о о о. = — о а Ф Ф 1 о. » 1- о Ф о о Я о о х Ф о о МФ о а оо Ю о Ф о '„, й Ф й 3 о а хо" л" ааа"х с а- ах З 'х- хх хо ха„ха а ха а х ах а ха с аахаххах '"йах а ао х ха ах х х 'а О х о я=ох ,аоод а ха "ох и хо а аха" а а хох а ха х й = х ах ах х хха аппаратуры обеспечивается аккумуляторными батареями. Длительность затенения изменяется в пределах от приблизительно 10 мин в начале и конце нахождения в зоне тени до приблизительно 72 мин во время равноденствия.
Затенение начинается за нли аа -'.адаоа оа аеаа вель~~» ааааа„луее„- гае, " га Рие. 69. Геометрическая схема прохождения стационарным спутником связи тени Земли (г) н диска Солнца (г) в точках равноденст. вня Хо В бв "во Я во Я го чг то о оо то' во во гоо по гво гго гво гто гво гво день года Рис. О.Ю. Изменение времени затенения спутника в тече- нне года: — — — граница полной тени; — — — — граница полу- тени 23 дня до равноденствия н заканчиваетсячерез23дня после равноденствия. Упрощенная геометрическая схема положения геостацнонарного спутника в период равноденствия показана на рис.
6.9. Длительность затенения за сутки в зависимости от дня года приведена на рнс. 6.10. Перерыв связи при прохождении спутником диска Солнца, Более серьезным, хотя и более коротким перерывом работы является перерыв вследствие прохождения спутником диска Солнца, который происходит, когда углы наведения от данной земной станции на спутник и на Солнце настолько близки, что оба находятся в пределах ширины основного лепестка диаграммы направленности антенны земной станции (рис. 6.11). Тогда тень Рис. б.П. Геометрическая схема движения по поверхности Земли, области, где наблюдается перерыв в связи при прохождении стационарным спутником диска Солнца [230); 93' з.
д, — долгота стационарного спутника спутника падает вблизи земной станции. Земная станция воспринимает Солнце как диск с очень малым угловым диаметром 29' (0,48') и с чрезвычайно большой интенсивностью теплового шума. Для среднего спокойного Солнца минимальная шумовая температура равна 25000 К для одной поляризации 1207). Для больших антенн диаметром 30 м на частоте 4 ГГц минимально приемлемое угловое смещение а электрической оси антенной системы земной станции от центра Солнца приближенно равно 0,6' и равно углу, закрываемому Солнцем. Таким образом, Солнце соответствует шумовому диску с эффективным диаметром с(, находягцемуся на расстоянии стационарного спутника от поверхности Земли, где с(=25 з)п а=775 км.
Величина 5=37 10' км †наклонная дальность спутника. 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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
