Цифрова сателитна комуникация. Спътникови комуникации, видове, система, оборудване, средства, орбити, обхвати на сателитни комуникации. Области на приложение на сателитните комуникации

СЪВРЕМЕННИ САТЕЛИТИ И САТЕЛИТНИ СИСТЕМИ

Основни видове сателити

В съвременния свят жителите на нашата планета вече активно използват постиженията на космическите технологии. Научните спътници, като космическия телескоп Хъбъл, ни показват величието и необятността на пространството около нас, чудеса, случващи се както в далечните краища на Вселената, така и в близкия космос.

Активно се използват комуникационни спътници, като например Galaxy XI. С тяхно участие се осигуряват международни и мобилни телефонни комуникации и, разбира се, сателитна телевизия. Комуникационните сателити играят огромна роля в разпространението на интернет. Благодарение на тях ние имаме достъп до информация с огромна скорост, която физически се намира на другия край на света, на друг континент.

Сателитите за наблюдение, един от тях "Spot", предават информация, важна за различни индустрии и отделни организации, като помагат например на геолозите да търсят минерални находища, администрациите на големите градове да планират развитието, еколозите да оценят нивото на замърсяване на реките и морета.

Самолетите, корабите и автомобилите се ориентират с помощта на сателити на глобалната система за ориентация GPS и GLONASS, а морските комуникации се контролират с помощта на навигационни и комуникационни спътници.

Вече сме свикнали да виждаме изображения, направени от сателити като Meteosat в прогнозите за времето. Други сателити помагат на учените да наблюдават околната среда, като предават информация като височина на вълните и температура на морската вода.

Военните сателити предоставят на армиите и агенциите за сигурност широка гама от информация, включително електронни разузнавателни данни от например сателитите Magnum и изображения с много висока разделителна способност от класифицирани оптични и радарни разузнавателни спътници.

В този раздел на сайта ще се запознаем с много сателитни системи, принципите на тяхната работа и структурата на сателитите.

Геостационарна или геосинхронна орбита на Кларк

Идеята за създаване на комуникационни сателити за първи път възниква малко след Втората световна война, когато А. Кларк в броя на списанието Wireless World от октомври 1945 г. представя подробно концепцията си за комуникационна релейна станция, разположена на надморска височина от 35 880 км. земната повърхност.

Такава орбита се нарича геосинхронна, геостационарна или орбита на Кларк. Колкото по-висока е орбитата на сателита, толкова по-голяма е продължителността на една обиколка около Земята. При движение по кръгова орбита с надморска височина 35880 км един оборот се извършва за 24 часа, т.е. през периода на денонощното въртене на Земята. Сателит, движещ се в такава орбита, постоянно ще бъде над определена точка на повърхността на Земята (въпреки че ще са необходими редовни корекции на орбитата, за да се компенсира влиянието на гравитационното поле на Луната).

Кларк смята такава орбита за идеална за глобални релейни комуникации. Три спътника, разположени на геостационарна орбита в екваториалната равнина, осигуряват радиовидимост над по-голямата част от повърхността на Земята (с изключение на полярните региони). Това елиминира влиянието на йоносферата върху радиокомуникациите. Идеята на Кларк не беше осъществена веднага, тъй като по това време нямаше средства за доставяне на сателит дори до ниска околоземна орбита, да не говорим за стационарен.

А. Кларк представи първоначалните си предложения за геостационарен спътник на Съвета на Британското междупланетно общество под формата на меморандум. Този документ с дата 25 май 1945 г. в момента се намира в архивите на Смитсоновия институт във Вашингтон.

Комуникационен сателит Comstar 1

Един от първите геостационарни спътници, използвани за ежедневните нужди на хората, е сателитът "Комстар". Сателити "Комстар 1"контролиран от оператора "Комсат"и са наети от AT&T. Техният експлоатационен живот е проектиран за седем години. Те предават телефонни сигнали и телевизионни сигналив рамките на Съединените щати, както и в Пуерто Рико. Чрез тях могат да се предават едновременно до 6000 телефонни разговора и до 12 телевизионни канала. Геометрични размери на спътника "Комстар 1": височина: 5,2 м (17 фута), диаметър: 2,3 м (7,5 фута). Началното тегло е 1410 кг (3109 фунта).

Приемно-предавателна комуникационна антена с вертикални и хоризонтални поляризационни решетки позволява както приемане, така и предаване на една и съща честота, но с перпендикулярна поляризация. Поради това пропускателна способностРадиочестотните канали на спътника са удвоени. Гледайки напред, можем да кажем, че поляризацията на радиосигнала вече се използва в почти всички сателитни системи, това е особено познато на собствениците на телевизионни системи за сателитно приемане, където при настройка на високочестотни телевизионни канали те трябва да настроят или вертикално или хоризонтална поляризация.

Друг интересен дизайнерска характеристикасе състои в това, че цилиндричното тяло на спътника се върти със скорост около един оборот в секунда, за да се осигури ефектът на жироскопична стабилизация на спътника в космоса. Ако вземем предвид значителната маса на спътника - около един и половина тона - тогава ефектът наистина се осъществява. И в същото време сателитните антени остават насочени към определена точка в космоса на Земята, за да излъчват там полезен радиосигнал.

В същото време спътникът трябва да е в геостационарна орбита, т.е. „висят“ над Земята „неподвижно“, по-точно летят около планетата със скоростта на нейното въртене около собствената си ос в посоката на нейното въртене. Отклонението от точката на позициониране поради влиянието на различни фактори, най-значимите от които са смущаващото привличане на Луната, срещи с космически прах и други космически обекти, се следи от системата за управление и периодично се коригира от двигателите на система за контрол на ориентацията на сателита.

Владимир Каланов, сайт "Знанието е сила".
Литър: Тим Фърнис. Историята на космическите превозни средства.

Уважаеми посетители!

Вашата работа е деактивирана JavaScript. Моля, активирайте скриптове във вашия браузър и ще ви се отвори пълната функционалност на сайта!

Сателитната комуникация е един от видовете радиокомуникации, базиран на използването на изкуствени земни спътници като ретранслатори. Сателитната комуникация се осъществява между земни станции, които могат да бъдат стационарни или мобилни.

Сателитната комуникация е развитие на традиционните радиорелейни комуникации чрез поставяне на ретранслатора на много голяма надморска височина (от стотици до десетки хиляди км). Тъй като неговата зона на видимост в този случай е почти половината от земното кълбо, няма нужда от верига от ретранслатори. За да се предава чрез сателит, сигналът трябва да бъде модулиран. Модулацията се извършва в земната станция. Модулираният сигнал се усилва, прехвърля до желаната честота и се изпраща към предавателната антена.

Граждански изследвания сателитни комуникациив западните страни започва да се появява през втората половина на 50-те години на ХХ век. Импулсът за тях беше нарасналата нужда от трансатлантически телефонна комуникация. Първият изкуствен спътник на Земята е изстрелян в СССР през 1957 г., но поради по-голямата секретност на космическата програма развитието на спътниковите комуникации в социалистическите страни протича по различен начин, отколкото в западните страни. За дълго времесателитните комуникации се развиват само в интерес на Министерството на отбраната на СССР. Развитието на гражданските спътникови комуникации започва със споразумение между 9 страни от социалистическия блок за създаване на комуникационна система Intersputnik, което е подписано едва през 1971 г.

В първите години на изследване се използват пасивни сателитни ретранслатори, които представляват обикновен рефлектор на радиосигнал (често метална или полимерна сфера с метално покритие), който не носи никакво приемо-предавателно оборудване на борда. Такива сателити не са получили широко разпространение. Всички съвременни комуникационни спътници са активни. Активните повторители са оборудвани с електронно оборудване за приемане, обработка, усилване и препредаване на сигнала. Сателитните повторители могат да бъдат нерегенеративни или регенеративни. Нерегенеративен сателит, след като получи сигнал от една земна станция, го прехвърля на друга честота, усилва го и го предава на друга земна станция. Един сателит може да използва няколко независими канала, които извършват тези операции, всеки от които работи с определена част от спектъра (тези канали за обработка се наричат ​​транспондери. Регенеративният сателит демодулира получения сигнал и го модулира отново. Благодарение на това грешката корекцията се извършва два пъти: на сателита и на приемните наземни станции е сложността (и следователно много по-високата цена на сателита), както и увеличеното забавяне на предаването на сигнала.

Орбити на комуникационни сателити:

Орбитите, в които са разположени сателитните релета, са разделени на три класа:

1 - екваториален, 2 - наклонен, 3 - полярен

Важна разновидност на екваториалната орбита е геостационарната орбита, при която спътникът се върти с ъглова скорост, равна на ъгловата скорост на Земята, в посока, съвпадаща с посоката на въртене на Земята. Очевидното предимство на геостационарната орбита е, че приемникът в зоната на обслужване "вижда" сателита постоянно. Има обаче само една геостационарна орбита и е невъзможно да поставите всички сателити в нея. Друг недостатък е голямата надморска височина и следователно по-високата цена за извеждане на сателит в орбита. Освен това сателит в геостационарна орбита не може да обслужва земни станции в полярния регион.

Наклонената орбита решава тези проблеми, но поради движението на спътника спрямо наблюдател на земята е необходимо да се изстрелят поне три спътника в една орбита, за да се осигури 24-часов комуникационен достъп.

Полярна орбита - краен случай на наклонена

Когато използват наклонени орбити, земните станции са оборудвани със системи за проследяване, които насочват антената към спътника. Станциите, работещи със сателити в геостационарна орбита, също обикновено са оборудвани с такива системи за компенсиране на отклонения от идеалната геостационарна орбита. Изключение правят малките антени, използвани за приемане на сателитна телевизия: тяхната диаграма на излъчване е достатъчно широка, така че те не усещат сателитни вибрации близо до идеалната точка. Характеристика на повечето мобилни сателитни комуникационни системи е малкият размер на терминалната антена, което затруднява приемането на сигнала.

Типична схема за организиране на сателитни комуникационни услуги е следната:

  • - операторът на сателитен сегмент създава комуникационен сателит за своя сметка, като прави поръчка за производство на сателит от един от производителите на спътници и го пуска и поддържа. След като сателитът бъде изведен в орбита, операторът на сателитен сегмент започва да предоставя услуги за отдаване под наем на честотния ресурс на релейния спътник на компании, опериращи сателитни комуникационни услуги.
  • - оператор на сателитни комуникационни услуги сключва споразумение с оператор на сателитен сегмент за използване (наем) на капацитет на комуникационен спътник, като го използва като ретранслатор с голяма зона на обслужване. Операторът на сателитни комуникационни услуги изгражда наземната инфраструктура на своята мрежа върху специфична технологична платформа, произведена от компании, които произвеждат наземно оборудване за сателитни комуникации.

Области на приложение на сателитните комуникации:

  • - Опорни сателитни комуникации: първоначално появата на сателитните комуникации е продиктувана от нуждите за предаване на големи обеми информация. Първата сателитна комуникационна система беше системата Intelsat, след това бяха създадени подобни регионални организации (Eutelsat, Arabsat и други). С течение на времето делът на преноса на глас в общия обем на транк трафика непрекъснато намалява, отстъпвайки място на преноса на данни. С развитието на оптичните мрежи, последните започнаха да изместват сателитните комуникации от пазара на опорните комуникации.
  • - VSAT системи: VSAT (терминал с много малка апертура) системите предоставят сателитни комуникационни услуги на клиенти (обикновено малки организации), които не изискват голям капацитет на канала. Скоростта на трансфер на данни за VSAT терминал обикновено не надвишава 2048 kbit/s. Думите "много малка бленда" се отнасят за размера на крайните антени в сравнение с размерите на по-старите антени на опорната комуникационна система. VSAT терминалите, работещи в C-обхвата, обикновено използват антени с диаметър 1,8-2,4 m, в Ku-обхвата - 0,75-1,8 m. VSAT системите използват технологията за предоставяне на канали при поискване.
  • - Мобилни сателитни комуникационни системи: характеристика на повечето мобилни сателитни комуникационни системи е малкият размер на терминалната антена, което затруднява приемането на сигнала.

Принципи на организиране на VSAT сателитни комуникации:

Типична организационна схема сателитна мрежа VSAT изглежда така:

  • - релеен сателит, разположен в орбита (комуникационен сателит)
  • - център за управление на мрежата (NCC) на компанията мрежов оператор VSAT, обслужващ оборудването на цялата мрежа чрез комуникационен сателит
  • - оборудване (сателитни модеми или терминали), разположено от страната на клиента и взаимодействащо с външния свят или помежду си през HUB на компанията VSAT оператор в съответствие с топологията на мрежата

Основният елемент на сателитната мрежа VSAT е NCC. Това е Центърът за управление на мрежата, който осигурява достъп до клиентско оборудване от Интернет, телефонна мрежа обществено ползване, други терминали на VSAT мрежата, осъществява обмен на трафик в рамките корпоративна мрежаклиент. NCC има широколентова връзка към магистрални комуникационни канали, предоставени от магистрални оператори, и осигурява прехвърлянето на информация от отдалечен VSAT терминал към външен свят. NCC е оборудван с мощен приемо-предавателен комплекс, който предава всички мрежови информационни потоци към комуникационен сателит. NCC включва оборудване за формиране на канали (сателитна приемо-предавателна антена, приемо-предаватели и др.) и HUB (център за обработка и комутация за цялата информация във VSAT мрежата)

Технологии, използвани в сателитните комуникации:

повторно използване на честоти в сателитни комуникации:

Тъй като радиочестотите са ограничен ресурс, е необходимо да се гарантира, че различните земни станции могат да използват едни и същи честоти. Можете да направите това по два начина:

пространствено разделяне - всяка сателитна антена получава сигнал само от определена област, докато различни зони могат да използват едни и същи честоти.

поляризационно разделяне - различни антени приемат и предават сигнали във взаимно перпендикулярни равнини на поляризация, като едни и същи честоти могат да се използват два пъти (за всяка от равнините).

честотни диапазони:

Изборът на честота за предаване на данни от земна станция към сателит и от сателит към земна станция не е произволен. Честотата определя например поглъщането на радиовълните в атмосферата, както и необходимите размери на предавателната и приемната антена. Честотите, на които се осъществява предаването от земната станция към сателита, са различни от честотите, използвани за предаване от сателита към земната станция (обикновено първите са по-високи). Честотите, използвани в сателитните комуникации, са разделени на диапазони, обозначени с букви:

Име на диапазон

Приложение

Мобилни сателитни комуникации

Мобилни сателитни комуникации

4 GHz, 6 GHz

Фиксирани сателитни комуникации

За сателитни комуникации в този диапазон честотите не са определени. Обхватът, определен за радарни приложения, е 8-12 GHz.

Фиксирани сателитни комуникации (за военни цели)

11 GHz, 12 GHz, 14 GHz

Фиксирани сателитни комуникации, сателитно излъчване

Фиксирани сателитни комуникации, междусателитни комуникации

Ku-обхватът позволява приемане със сравнително малки антени и следователно се използва в сателитната телевизия (DVB), въпреки факта, че в този диапазон метеорологичните условия оказват значително влияние върху качеството на предаване. За предаване на данни от големи потребители (организации) често се използва C-лента. Това осигурява повече високо качествоприемане, но изисква доста голяма антена.

Спешните проблеми се решават от верига от космически станции с орбитален период от 24 часа, заемащи височина 42 000 км спрямо центъра на Земята... в екваториалната равнина.

А. Кларк, 1945 г.

В каменната ера сплотената мрежа е работила чрез многократно повтаряне на действия за регулиране на обема на дима, отделян от огъня. Земята познаваше бързоходците, Малкият Мук стана най-добрият. Модерна системаизползва космически кораб. Предимството на сателита е голямото покритие на територията. Използваните вълни са предимно къси, способни да се разпространяват по права линия. Има само един свят - цените са различни навсякъде...

Предпоставки за ползване

Идеята за препредаване е замислена от Емил Гуарини-Форезио през 1899 г. Концепцията за индиректно предаване на сигнали е публикувана от German Journal for Electrical Engineering (том 16, 35-36). Артър Кларк през 1945 г. изрази концепцията за комуникационна система между геостационарни космически кораби. Писателят отказва да вземе патент, отричайки две заключения:

  1. Ниска вероятност идеята да бъде реализирана.
  2. Необходимостта да се представи идеята на човечеството като цяло.

В същото време ученият посочи координатите на най-доброто покритие на зони от повърхността на планетата:

  • 30 градуса изток – Африка, Европа.
  • 150 градуса изток – Китай, Океания.
  • 90 градуса запад - Америка.

Писателят подцени работната честота, като изрази намерението си да използва 3 MHz, намалявайки хипотетичните рефлектори (няколко фута).

Наземни микровълнови системи

Англо-френският консорциум, ръководен от Андре Клавие, отиде по-далеч. Първите успешни опити за използване на обхвата на микровълновата комуникация датират от 1931 г. Ламаншът демонстрира предаване на информация на честота 1,7 GHz (съвременна клетъчна лента) над 64 километра от станции, оборудвани с антени с диаметър 3 метра, свързващи Дувър и Кале.

Интересно! Първа реклама телевизионен канал VHF използва честота от 300 MHz.

Историците са склонни да разглеждат Втората световна войнаконят, който изведе индустрията до върха. Изобретяването на клистрона и подобряването на технологиите за производство на параболоиди направиха неоценим принос. Разцветът на трансатлантическите отношения датира от 50-те години на 20 век.

За справка! Първата релейна линия, образувана от осем ретранслатора, Ню Йорк - Бостън, построена през 1947 г.

Америка и Европа са установили предаването на информация чрез ретранслатори (радиовръзка, наречена реле). Веднага започна комерсиално телевизионно излъчване. Характеристика на микровълновите комуникации е способността за точно прогнозиране на резултата още на етапа на проектиране на системата.

За справка! Релейната комуникация е технология за предаване на цифрови и аналогови сигнали между приемници, разположени в зрителното поле.

Космически кораб

Първият съветски спътник (1957 г.) носи комуникационно оборудване. Три години по-късно американците издигат надуваем балон на височина 1500 км, който служи като пасивен ретранслатор благодарение на метализираното покритие на сферата. На 20 август 1964 г. 11 държави, включително СССР, подписват споразумение за създаване на Intelsat (международни комуникации). Съветският блок следваше пътя на секретността, докато Западът правеше пари. Източният блок създава своя програма през 1971 г.

Сателитите бяха истински божи дар, позволявайки ни да свързваме противоположните брегове на океана. Алтернатива е оптичното влакно.

Първо тъмен конизстрелян от военните заедно с тропосферната комуникация, която използва ефекта на отразяване на вълните от горните слоеве. Съветските микровълнови комуникации бяха прихванати от небесната група Риолит. Система, разработена за ЦРУ (САЩ). Устройството заемаше позиция, уловена от земния лъч на съветската релейна връзка, записваща съобщения. Териториите на Китай и Източна Европа бяха контролирани. Диаметърът на чадъроподобните рефлектори достигаше 20 метра.

Ръководството на САЩ винаги е знаело за намеренията на лидерите на СССР, слушайки всичко, дори телефонни разговори. Днес сателитните системи позволяват, благодарение на ефекта на Доплер, дистанционно да присъстват на всички „поверителни“ разговори, провеждани в стаи, оборудвани с типичен прозорец с двоен стъклопакет.

Регистрирани са първите опити за реализиране на идеите на Никола Тесла в космоса: безжично предаванеелектричество сателитни антени. Епопеята започва през 1975 г. Сега концепцията се завърна у дома. Wardenclyffe Tower отдавна е разрушена, но главният остров на Хаваите получи своята част от 20 W безжично.

За справка! Използването на космически комуникации се оказа икономически осъществима алтернатива на оптичните влакна.

Характеристики на сигнала

Използването на сателити не е изненадващо, предвид горното.

Прозрачни прозорци

Феноменът на поглъщане на вълни от атмосферата е известен отдавна. Учените, изследвали феномена, заключиха:

  • Затихването на сигнала се определя от честотата.
  • Наблюдават се прозорци на прозрачност.
  • Феноменът се модулира от метеорологичните условия.

Например обхватът на милиметровите вълни (30-100 GHz) е силно потиснат от дъжд. Близостта на честотата от 60 GHz абсорбира молекулите на кислорода, 22 GHz - водата. Честотите под 1 GHz се прекъсват от галактическото лъчение. Температурният шум в атмосферата оказва негативно влияние.

Това обяснява избора на съвременните честоти за космически комуникации. Пълен списък на характеристиките на сигнала на Ku-обхвата е показан на фигурата.

C-лентата също се използва.

Приемни зони

Лъчът, пресичащ повърхността на земното кълбо, образува изотропни еквивалентни криви на приемане. Общите загуби са:

  1. 200 dB – C-лента.
  2. 206 dB – Ku-лента.

Слънчевите смущения могат да попречат на улавянето на пакети. Най-лошите условия с продължителност 5-6 дни се създават през извън сезона (зима, есен). Интерференцията на осветителното тяло осигурява на техниците на наземните станции гарантирана работа. По време на природно явление системите за проследяване се изключват. В противен случай чиниите могат да хванат слънцето, като дадат неправилни команди на бордовите системи за стабилизиране. Банките и летищата получават предупреждение: комуникациите ще бъдат временно прекъснати.

Зони на Френел

Препятствията около комуникационната кула провокират добавянето на вълни, образувайки зони на затихване/усилване на сигнала. Феноменът обяснява необходимостта от чисто пространство в близост до трансивъра. За щастие микровълновите печки нямат този недостатък. Благодарение на важна функция, всеки летен жител хваща NTV+ с чиния.

Трептене

Непредвидимите промени в атмосферата причиняват постоянна промяна на сигнала. Флуктуации до 12 dB в амплитудата засягат честотна лента от 500 MHz. Феноменът продължава максимум 2-3 часа. Сцинтилацията пречи на способността на наземните станции да проследяват сателита, което налага да се вземат превантивни мерки.

Линейност на лъча

Характеристика на микровълните е праволинейната траектория на лъча. Феноменът позволява да се концентрира мощността, намалявайки изискванията към бордовите системи. Със сигурност първоначалната задача е била шпионаж. По-късно антените престанаха да бъдат тясно фокусирани, покривайки огромни територии, като Русия.

Инженерите наричат ​​това свойство недостатък: невъзможно е да се заобикалят планини и дерета.

Характеристики на добавяне на вълни

На практика няма модел на смущения. Възможно е значително компресиране на съседни честотни канали.

Капацитет

Теоремата на Котелников определя горната граница на спектъра на предавания сигнал. Прагът се задава директно от носещата честота. Микровълните, поради високите си стойности, съдържат до 30 пъти повече информация от VHF.

Възможност за регенерация

развитие цифрови технологиипроправи пътя за техники за коригиране на грешки. Изкуствен спътник:

  • получи слаб сигнал;
  • декодиран;
  • коригирани грешки;
  • кодиран;
  • предаде го.

Отличното качество на сателитните комуникации стана тема на разговори.

Наземни антени

Сателитните чинии се наричат ​​параболоиди. Диаметърът достига 4 метра. В допълнение към горното, налични са 2 вида антени за релейна комуникация (и двете наземни):

  1. Диелектрични лещи.
  2. Рупорни антени.

Параболоидите осигуряват висока селективност, позволявайки комуникацията да бъде установена от лъч, изминал хиляди километри. Типичната чиния не може да предава сигнал; изисква се по-висока производителност.

Принцип на работа

Шпионските сателити непрекъснато се движеха, осигурявайки относителна неуязвимост и стелт наблюдение. Използването на мирни технологии пое по различен път. Реализирана концепция на Кларк:

  • Екваториалната орбита е дом на стотици геостационарни сателити.
  • Непоклатимата позиция осигурява лесно насочване на наземното оборудване.
  • Орбиталната височина (35 786 метра) е фиксирана, тъй като е необходимо да се балансира силата на центробежната гравитация.

Устройството покрива част от територията на планетата.

Системата Intelsat се състои от 19 сателита, групирани в четири региона. Абонатът вижда 2-4 едновременно.

Срокът на експлоатация на системата е 10-15 години, след което се подменя остарялото оборудване. Гравитационните ефекти на планетите и Слънцето разкриват необходимостта от използване на стабилизиращи системи. Процесът на корекция значително намалява живота на горивото на устройствата. Комплексът Intelsat позволява отклонение на позицията до 3 градуса, удължавайки живота на орбиталния рояк (над три години).

Честоти

Прозорецът на прозрачност е ограничен до диапазона 2-10 GHz. Intelsat използва 4-6 GHz регион (C-лента). Увеличаването на натоварването доведе до преминаване на част от трафика към Ku-обхвата (14, 11, 12 GHz). Работната площ е разпределена на части към транспондери. Наземният сигнал се приема, усилва и излъчва обратно.

проблеми

  1. Скъпо стартиране. Преодоляването на 35 хиляди километра отнема много ресурси.
  2. Забавянето на разпространението на сигнала надхвърля една четвърт от секундата (достига 1 s).
  3. Малкият ъгъл на наклон на линията на видимост на изкуствения самолет увеличава разходите за енергия.
  4. Рецепцията не е покрита ефективно. Гигантските пространства са лишени от абонати. Ефективността на излъчване е изключително ниска.
  5. Прозорците за прозрачност са тесни, наземните станции трябва да бъдат разпръснати географски и поляризацията трябва да се промени.

Решения

Недостатъците са частично елиминирани чрез въвеждането на наклонена орбита. Сателитът престава да бъде геостационарен (вижте по-горе шпионските сателити от Студената война). Необходими са минимум три устройства на еднакво разстояние, за да се осигури комуникация през цялото денонощие.

Полярна орбита

Само полярната орбита е в състояние да покрие повърхността. Ще са необходими обаче няколко орбитални периода на космическия кораб. Рояк от сателити, разположени зад ъгъла, може да реши проблема. Полярните орбити заобиколиха комерсиалното излъчване, превръщайки се във верен помощник на системите:

  • навигация;
  • метеорология;
  • наземни контролни станции.

Наклонена орбита

Наклонът е използван успешно от съветските спътници. Орбитата се характеризира със следните параметри:

  • период на обръщение – 12 часа;
  • наклон - 63 градуса.

Видими 8/12 часа, трите спътника осигуряват комуникация с полярните региони, недостъпни от екватора.

Сателитен телефон

Мобилната джаджа директно улавя пространството, заобикаляйки наземните кули. Първият Inmarsat през 1982 г. осигури достъп на моряци. Седем години по-късно е създаден сухоземен вид. Канада беше първата, която осъзна ползите от оборудването на пустинни райони с рядко население. Програмата беше последвана от САЩ.

Проблемът се решава чрез изстрелване на нисколетящи сателити:

  1. Периодът на обръщение е 70..100 минути.
  2. Надморска височина 640..1120 км.
  3. Зоната на покритие е кръг с радиус 2800 км.

Като се имат предвид физическите параметри, продължителността на една индивидуална комуникационна сесия обхваща диапазона 4-15 минути. Поддържането на производителност изисква известно усилие. Няколко американски търговци фалираха през 90-те, неспособни да спечелят достатъчно абонати.

Характеристиките на теглото и размерите непрекъснато се подобряват. Globalstar предлага патентован софтуер за смартфони, който използва Bluetooth, за да улови сигнала от сравнително обемист сателитен приемник.

Сателитните телефони изискват мощна приемна антена, за предпочитане стационарна. Те оборудват предимно сгради и транспорт.

Оператори

  1. ACeS покрива Азия с един сателит.
  2. Inmarsat е най-старият оператор (1979). Оборудва яхти и кораби. С 11 самолета компанията бавно се разширява на пазара. мобилни устройства, с помощта на ACeS.
  3. Thuraya обслужва Азия, Австралия, Европа, Африка, Близкия изток.
  4. MSAT/SkyTerra е американски доставчик, използващ оборудване, еквивалентно на Inmarsat.
  5. Terrestar покрива Северна Америка.
  6. IDO Global Communications е в латентна фаза.

мрежи

Търговските проекти са ограничени.

GlobalStar

GlobalStar е съвместна рожба на Qualcomm и Loral Corporation, по-късно подкрепена от Alcatel, Vodafone, Hyundai, AirTouch, Deutsche Aerospace. Изстрелването на 12 сателита беше прекъснато на 1 ноември 1998 г. Първоначалната цена (февруари 2000 г.) беше $1,79/мин. Преминала поредица от фалити и трансформации, компанията осигурява клиенти в 120 страни.

Осигурява 50% от трафика в САЩ (над 10 000 разговора). Работата се поддържа от наземни повторители. Има общо 40, включително 7, които обхващат Северна Америка. Териториите без наземни ретранслатори образуват зона на мълчание (Южна Азия, Африка). Въпреки че уредите редовно орат небесните висини.

Абонатите получават американски телефонни номера, с изключение на Бразилия, където кодът е +8818.

Списък на услугите:

  • Гласови повиквания.
  • Системи за позициониране с грешка 30 км.
  • 9,6 kbit/s пакетен интернет достъп.
  • Мобилна комуникация CSD GSM.
  • Роуминг

Телефоните използват технологията Qualcomm CDMA, с изключение на Ericsson и Telit, които приемат традиционни SIM карти. Базови станциипринуден да поддържа и двата стандарта.

Иридий

Доставчикът използва полярна орбита, осигуряваща 100% покритие на планетата. Организаторите фалират, компанията се възражда през 2001 г.

Това е интересно! Иридий е виновникът за изригванията на нощното небе. Летящите спътници се виждат ясно с просто око.

Флотът на компанията включва 66 спътника, използващи 6 траектории на ниска орбита на височина 780 км. Устройствата комуникират чрез Ka-лента. Лъвският пай беше пуснат от бивши фалирали. Към януари 2017 г. са актуализирани 7 бр. Регенерацията продължава: първата група (10 броя) отлетя на 14 януари, втората на 25 юни, третата на 9 октомври.

Това е интересно! Сателитът Iridium 33 удари руския Космос 2251 на 10 февруари 2009 г. Небесни отломки летят над Сибир днес.

Компанията продължава да предоставя услуги на 850 хиляди абонати. 23% от печалбите са платени от държавата. Цената на един разговор е 0,75 – 1,5 долара/мин. Обратните повиквания са сравнително скъпи при $4/мин (Google Voice). Типични сфери на дейност на работодателите:

  1. Производство на масло.
  2. Морски флот.
  3. Авиация.
  4. Пътешественици.
  5. Учени.

Обитателите на станцията на Южния полюс Амундсен-Скот поискаха да предадат специална благодарност. Компанията навсякъде продава пакети за разговори с продължителност 50-5000 минути. Валидността на първите оставя много да се желае, скъпите (5000 минути = 4000 долара) остават в експлоатация 2 години. Месечно подновяване – $45:

  • 75 минути струват $175, периодът на използване е 1 месец.
  • 500 минути – 600-700 долара, срок на използване – 1 година.

телефони

Бившите собственици доставяха на клиенти телефонни апарати от два производителя:

Motorola 9500 стана сътрудник на първото търговско изпитание на компанията. Мобилната удароустойчива версия 9575, която все още се използва днес, се роди през 2011 г., допълнена с GSM бутон за спешно повикване и усъвършенстван интерфейс за определяне на местоположението. Устройството създава Wi-Fi гореща точка, което позволява на потребителите на обикновени смартфони да изпращат имейли, SMS, посетете Интернет.

Оборудването на Kyocera е изоставено от производителя. Моделите се продават от дистрибутори. KI-G100, базиран на GSM телефон с честота 900 MHz, е оборудван с куфар, оборудван с мощна антена, която улавя излъчванията. Осигурена е възможност за получаване на SMS; само някои модели (9522) могат да изпращат съобщения. SS-66K е оборудван с нетипична сферична антена.

  1. 9575 удароустойчив, водоустойчив телефон, оборудван с прахоустойчив корпус. Издържа на температури от минус 20 до плюс 50 градуса по Целзий.
  2. 9555 – оборудван с вградени слушалки, USB интерфейс и адаптер за RS-232 сериен порт.
  3. 9505A е масивна джаджа с форма на тухла. Оборудван с естествен RS-232 интерфейс.
  4. SS-55K пуснат в ограничено издание. Невероятен размер, продаван от търговци на eBay.

Другото оборудване на компанията включваше:

  1. Пейджъри.
  2. Телефонни автомати.
  3. Оборудване за яхти и самолети.

шамандури

Плаващи шамандури, напомнящи система за проследяване на цунами, са способни да приемат/предават кратки съобщения. Интерфейсът ще ви позволи да използвате функционалността на марков телефон, който отказва да улавя сателити.

Космическата или сателитната комуникация по същество е вид радиорелейна (тропосферна) комуникация и се отличава с това, че нейните ретранслатори не са на повърхността на Земята, а на сателити в открития космос.

Идеята за сателитни комуникации е представена за първи път през 1945 г. от англичанина Артър Кларк. Той публикува статия в списание за радиотехника за перспективите на ракети като V-2 за изстрелване на спътници на Земята за научни и практически цели. Последният абзац на тази статия е много важен: „Изкуствен спътник на определено разстояние от Земята ще направи едно завъртане за 24 часа. Той ще остане неподвижен над определено място и в рамките на оптична видимост от почти половината от земната повърхност. Три ретранслатора, поставени в правилно избрана орбита с ъглово разделение от 120°, ще могат да покрият цялата планета с телевизионно и VHF радиоразпръскване; Страхувам се, че онези, които планират следвоенна работа, няма да сметнат този въпрос за лесен, но аз смятам, че този път е окончателното решение на проблема.

На 4 октомври 1957 г. СССР изстреля първия в света изкуствен спътник на Земята, първият космически обект, чиито сигнали бяха приети на Земята. Този сателит бележи началото на космическата ера. Сигналите, излъчвани от сателита, са използвани не само за пеленгиране, но и за предаване на информация за процесите в сателита (температура, налягане и др.). Тази информация се предава чрез промяна на продължителността на съобщенията, излъчвани от предавателите (импулсна модулация). На 12 април 1961 г. в Съветския съюз за първи път в историята на човечеството е извършен полет на човек в открития космос. Космически кораб„Восток” с пилота-космонавт Ю. Гагарин на борда е изстрелян в околоземна орбита. За измерване на орбиталните параметри на сателитния кораб и наблюдение на работата на бордовото му оборудване на него беше инсталирано множество измервателно и радиотелеметрично оборудване. За намиране на посоката на кораба и предаване на телеметрична информация е използвана радиосистемата Signal, работеща на честота 19,955 MHz. Двупосочната комуникация между астронавта и Земята беше осигурена от радиотелефонна система, работеща в късия (19,019 и 20,006 MHz) и ултракъсия (143,625 MHz) диапазон на дължина на вълната. Телевизионната система предава изображения на астронавта на Земята, което дава възможност за визуален контрол върху състоянието му. Едната от телевизионните камери предава изображението на пилота отпред, а другата - отстрани.

Постиженията на руската наука в областта на космическите изследвания позволиха да се реализират предсказанията на Артър К. Кларк. В края на 50-те години на миналия век в СССР и САЩ започнаха да се провеждат експериментални изследвания върху възможностите за използване на изкуствени спътници на Земята като радиоретранслатори (активни и пасивни) в наземни комуникационни системи. Теоретичните разработки в областта на енергийните възможности на сателитните комуникационни линии позволиха да се формулират тактически и технически изисквания за сателитни ретранслаторни устройства и наземни устройства въз основа на действителните характеристики на техническите средства, съществуващи по това време.

Като се има предвид идентичността на подходите, ще представим експериментални изследвания в областта на създаването на сателитни комуникационни линии на примера на САЩ. Първият активен радиоретранслатор "Скор" е изстрелян на 18 декември 1958 г. в наклонена елипсовидна орбита с височина в апогей 1481 km и височина в перигей 177 km. Оборудването на спътника се състоеше от два приемо-предавателя, работещи на честоти 132.435 и 132.095 MHz. Работата се извършваше в режим на бавно реле. Сигналът, изпратен от наземната предавателна станция, се съхранява чрез запис върху магнитна лента. Като източници на енергия са използвани сребърно-цинкови батерии с капацитет 45 ампера на час при напрежение 18 волта. Продължителността на комуникацията беше приблизително 4 минути на оборот на сателит. Извършено е препредаване на 1 телефонен или 7 телетайпни канала. Срокът на експлоатация на спътника беше 34 дни. Сателитът изгоря при повторно влизане на 21 януари 1959 г. Вторият активен радиоретранслатор "Куриер" е изстрелян на 4 октомври 1960 г. в наклонена елипсовидна орбита с височина в апогей 1270 km и височина в перигей 970 km. Оборудването на спътника се състоеше от 4 приемо-предавателни устройства (честота 150 MHz за предаване на команди и 1900 MHz за комуникация), устройство с магнитна памет и източници на енергия - слънчеви клетки и химически батерии. Като основен източник на енергия са използвани силициеви слънчеви клетки в количество 19 152 броя. Като буферна каскада са използвани никел-кадмиеви батерии с капацитет 10 ампера на час при напрежение 28-32 волта. Продължителността на комуникационната сесия беше 5 минути на оборот на сателит. Срокът на експлоатация на спътника беше 1 година. На 10 юли 1962 г. активният ретранслатор Telstar е изстрелян в наклонена елиптична орбита с апогей 5600 km и перигей 950 km, който е предназначен за активно предаване на радиосигнали в реално време. В същото време той препредава или 600 симплексни телефонни канала, или 12 дуплексни телефонни канала, или един телевизионен канал. Във всички случаи работата е извършена по метода на честотна модулация. Комуникационни честоти: по линията спътник-Земя 4169,72 MHz, по линията Земя-сателит 6389,58 MHz. Продължителността на една комуникационна сесия по линията САЩ-Европа през този сателит беше около 2 часа на ден. Качеството на предаваните телевизионни изображения варира от добро до отлично. Проектът предвиждаше много значителен експлоатационен живот на спътника - 2 години, но след четири месеца успешна работа командният ред се провали. Установено е, че причината за повредата е повреда на повърхността поради радиация, докато сателитът преминава през вътрешния радиационен пояс.

На 14 февруари 1963 г. е изстрелян първият синхронен спътник от системата Sincom с орбитални параметри: височина на апогея 37 022 km, височина на перигея 34 185, орбитален период 1426,6 минути. Работната честота по линията Земя-сателит е 7360 MHz, по линията сателит-Земя 1820 MHz. Основният източник на енергия на спътника бяха 3840 слънчеви клетки с обща мощност 28 W при напрежение 27,5 волта. Комуникацията със спътника се поддържаше само 20 077 секунди, след което бяха извършени наблюдения с астрономически методи.

На 23 април 1965 г. в СССР е изстрелян първият комуникационен спътник Молния-1. С изстрелването на втория комуникационен спътник „Молния-2” на 14 октомври 1965 г. започва редовна експлоатация на линия за връзка на дълги разстояния чрез спътници. По-късно е създадена системата за далечна космическа връзка "Орбита". Състоеше се от мрежа от наземни станции и изкуствени спътници на Земята „Молния“, „Дъга“, „Хоризонт“. По-долу, в Глава 7, ще бъде показано, че модификациите на сателитите Horizon продължават да функционират през 21 век. Това показва високата надеждност на местното оборудване в сравнение с чуждестранните.

Първите сателитни комуникационни станции са построени, тествани и въведени в експлоатация в град Щелково край Москва и в Усурийск. Те бяха свързани с кабелни и релейни комуникационни линии съответно с телевизионни центрове и междуградски телефонни централи в Москва и Владивосток.

Най-подходящ за оборудване на земни станции сателитна системасе оказа оборудване за тропосферна комуникация TR-60/120, което, както е известно, използва предаватели висока мощности високочувствителни приемни устройства с нискошумни параметрични усилватели. На негова база се разработва приемно-предавателният комплекс „Горизонт“, монтиран на наземни станции на първата сателитна комуникационна линия между Москва и Владивосток.

Специално разработени са предаватели за комуникационни и командно-измервателни линии, параметрични усилватели с шумова температура 120 K за монтаж в подогледалната кабина на антената, както и напълно ново оборудване, което осигурява докинг с местни телевизионни центрове и междуградски телефонни централи.

През онези години дизайнерите на земни станции, страхувайки се от влиянието на мощни предаватели върху приемниците, ги инсталираха на различни антени и в различни сгради (приемащи и предаващи). Въпреки това, опитът с използването на една обща антена за приемане и предаване, натрупан на тропосферни комуникационни линии, направи възможно последващото прехвърляне на приемното оборудване към предавателната антена, което значително опрости и намали разходите за експлоатация на сателитни комуникационни станции.

През 1967 г. чрез комуникационния спътник Молния-1 е създадена обширна телевизионна мрежа от приемни земни станции "Орбита" с централна предавателна станция близо до Москва. Това направи възможно организирането на първите комуникационни канали между Москва и Далечен изток, Сибир, Централна Азия, предават програмата на Централната телевизия до отдалечени райони на нашата родина и освен това достигат до повече от 30 милиона телевизионни зрители.

Сателитите Molniya обаче обикаляха около Земята по удължени елиптични орбити. За да ги проследят, антените на наземните приемни станции трябва постоянно да се въртят. Този проблем се решава много по-лесно от сателити, въртящи се в стационарна кръгова орбита, която се намира в екваториалната равнина на височина 36 000 км. Те правят една обиколка около Земята за 24 часа и затова изглеждат на наземния наблюдател като висящи неподвижно над една точка на нашата планета. Три такива сателита са достатъчни, за да осигурят комуникация на цялата Земя.

През 80-те години на миналия век комуникационните спътници Радуга и телевизионните спътници Екран, работещи в стационарни орбити, работеха ефективно. Не бяха необходими сложни наземни станции, за да приемат техните сигнали. Телевизионните предавания от такива сателити се приемат директно на прости колективни и дори индивидуални антени.

През 80-те години на миналия век започва развитието на персоналните сателитни комуникации. В тази връзка сателитният телефон е директно свързан със сателит в ниска околоземна орбита. От сателита сигналът пристига до наземна станция, откъдето се предава към обикновената телефонна мрежа. Броят на сателитите, необходими за стабилна комуникация навсякъде по планетата, зависи от орбиталния радиус на конкретна сателитна система.

Основният недостатък на персоналните сателитни комуникации е тяхната относително висока цена в сравнение с клетъчните комуникации. Освен това в сателитните телефони са вградени предаватели с висока мощност. Поради това се считат за опасни за здравето на потребителите.

Най-надеждните сателитни телефони работят в мрежата Inmarsat, създадена преди повече от 20 години. Сателитните телефони Inmarsat се предлагат под формата на калъф с отварящ се капак с размерите на ранните лаптопи. Капакът на сателитния телефон служи като антена, която трябва да се завърти към сателита (нивото на сигнала се показва на дисплея на телефона). Тези телефони се използват главно на кораби, влакове или тежкотоварни превозни средства. Всеки път, когато трябва да направите или да отговорите на нечие обаждане, ще трябва да поставите сателитния телефон върху някаква равна повърхност, да отворите капака и да го завъртите, като определите посоката на максималния сигнал.

Понастоящем в общия комуникационен баланс сателитните системи все още представляват приблизително 3% от глобалния трафик. Но необходимостта от сателитни връзки продължава да расте, тъй като с обхват от над 800 км сателитните връзки стават по-рентабилни в сравнение с други видове комуникации на дълги разстояния.