Системы подвижной спутниковой связи на основе низкоорбитальных ИСЗ

- космический сегмент;

- сеть Станций приема и обработки информации (СПОИ);

- сеть Координационных центров системы (КЦС);

- парк аварийных радиомаяков (радиобуев).

Для работы аварийных радиомаяков используются следующие фиксированные частоты и диапазоны:

- 121,5 МГц - частота , выделенная МСЭ в качестве аварийной для авиационной подвижной службы;

-  диапазон 406,0 - 406,1 МГц, выделенный МСЭ исключительно для аварийных радиомаяков, работающих в спутниковых системах.

Географическое положение излучающих аварийных радиомаяков определяется системой автоматически с использованием эффекта Допплера с точностью не хуже 5 км. для радиобуев, работающих в диапазоне 406 МГц, и 20 км для радиобуев, работающих на частоте 121,5 МГц.

  Допплеровское определение местоположения дает два решения для каждого радиомаяка: истинное и зеркальное относительно наземной проекции трассы спутника. Эта неоднозначность решается путем расчетов, принимая во внимание эффект вращения Земли. При достаточно высокой стабильности несущей частоты радиомаяка, что имеет место с радиомаяками 406 МГц , которые спроектированы специально с этой целью, истинное решение определяется за один проход ИСЗ. Для радиомаяков 121 МГц эта неоднозначность разрешается в результате второго прохода.

В соответствии с Межправительственным соглашением, космический сегмент системы “КОСПАС-САРСАТ” состоит как минимум из 4 КА, расположенных на полярной круговой орбите. Два спутника “Надежда”, изготавливаемых и поставляемых Россией, размещены на приполярной орбите с высотой 1000 км.; КА оснащены радиокомплексом, осуществляющим прием на частотах 121,5 МГц и 406 МГц. США обеспечивает два метеорологических спутника НОАА, размещенных на приполярных орбитах с высотой 850 км. Эти КА оснащены радиооборудованием, обеспечивающим прием на частотах 121,5 МГц и 406 МГц, изготавливаемым и поставляемым Канадой и Францией. В настоящее время в космическом комплексе системы эксплуатируется 6 КА (3 КА типа КОСПАС и 3 КА типа САРСАТ). Космический аппарат КОСПАС-САРСАТ совершает оборот вокруг Земного шара примерно за 100 минут, при этом с него обозревается участок Земли шириной свыше 4000 км. В зависимости от угла подъема и геометрии конкретного прохода КА время взаимной видимости КА-СПОИ составляет до 15 минут. Бортовая аппаратура КА обеспечивает работу в следующих режимах: в режиме реального времени и в глобальном режиме. На обоих частотах 121,5 МГц и 406 МГц система функционирует в режиме реального времени, в то время как на частоте 406 МГц она действует также и в глобальном режиме, обеспечивая таким образом обслуживание всей поверхности Земного шара.

Глобальное обслуживание обеспечивается посредством записи в бортовом запоминающем устройстве КА информации, получаемой в результате бортовой обработки сигналов радиомаяков. Информация, накопленная в памяти КА, постоянно излучается передатчиком. Прием на СПОИ осуществляется при появлении спутника в ее зоне видимости. Местоположение каждого радиомаяка таким образом может быть определено всеми СПОИ, чем обеспечивается многократная обработка сигналов наземном сегментом.

Бортовой ретранслятор КА сигналы, принятые на частоте 121,5 МГц, передает непосредственно на Землю. При приеме посылок радиомаяков 406 МГц бортовой аппаратурой измеряется Допплеровский сдвиг и из сигнала извлекаются цифровые данные. Эта информация привязывается ко времени, производится ее преобразование в цифровую форму и подается на передатчик. Эта информация также заносится в бортовое запоминающее устройство КА для последующей ее передачи и обработки на Земле в глобальном режиме.

Пропускная способность системы определяется количеством радиомаяков, находящихся в зоне видимости КА, которые могут быть одновременно обработаны системой.

Аварийные радиомаяки используются в основном в интересах следующих подвижных служб:

- авиационная подвижная служба; радиомаяки устанавливаются на самолетах, вертолетах и других воздушных суднах гражданской и военной авиации;

- морская подвижная служба; радиомаяки устанавливаются на морских, речных грузо-пассажирских и промысловых судах, яхтах и других плавучих средствах;

- сухопутная подвижная служба; радиомаяки используются на сухопутных транспортных средствах, при проведении геологических, научных, спортивных и других экспедиций.

Наблюдается также тенденция к использованию радиомаяков на некоторых фиксированных объектах с целью подачи предупреждающих сигналов при критических условиях (например, при возникновении экологической либо другой опасности).

          2.3 Спутниковая система “Курс”

В состав технических средств спутниковой системы контроля за движением транспортных средств “Надежда-М” (в дальнейшем используется условное наименование “КУРС”) должны входить космический комплекс, наземный комплекс и парк радиомаяков, устанавливаемых на обслуживаемых подвижных объектах.

Космический комплекс системы должен включать в себя как минимум два ИСЗ, расположенных на низких полярных орбитах с высотой 1000 км. На такой орбите ИСЗ совершает полный оборот вокруг Земного шара за 104 минуты. Космические аппараты будут иметь на борту комплекс радиотехнических средств, позволяющих осуществлять прием в диапазоне частот 405 МГц. Бортовая аппаратура КА будет осуществлять первичную обработку принятых сигналов и их привязку по времени, а также передавать обработанную информацию по линии ИСЗ-Земля.

   Прием информации, передаваемой с КА будет осуществляться специальными Станциями приема и обработки информации ( СПОИ ), расположенными на территории России. Используя эффект Допплера, оборудование станции автоматически вычисляет географические координаты источника излучения сигнала и определяет его идентификатор. Полученная на выходе информация может быть передана непосредственно в пункт сбора информации пользователя, либо направляться в Координационный центр системы для сортировки и доставки в диспетчерский пункт пользователя. Для приема информации с ИСЗ достаточно иметь в составе системы одну наземную станцию, однако для оптимальной обработки сигналов в таком случае станция должна располагаться как можно ближе к географическому Северному полюсу.

Планируется, что наземный комплекс системы “КУРС” будет включать в себя три СПОИ. При необходимости сеть станций системы “КУРС” в дальнейшем может быть расширена.

Централизованный сбор информации со СПОИ о дислокации всех объектов и ее распределение потребителям, для которых она предназначена (поисково-спасательные центры, пароходства), будет осуществляться Координационным центром системы (КЦС). Предусматривается также возможность получения пользователем информации и на региональной основе — т.е. непосредственно от ближайшей СПОИ, а не из центра системы. 

Для работы в рамках системы контроля за движением транспортных средств объекты пользователей должны быть оснащены радиомаяками, представляющие собой радиопередатчики, излучающие цифровые посылки в диапазоне 405 МГц с периодичностью порядка одной минуты. Посылки содержат цифровой идентификатор радиомаяка, с помощью которого осуществляется опознавание подвижного объекта. Планируется производство нескольких модификаций радиомаяков, в том числе и таких, которые позволят также передавать и дополнительную формализованную информацию ( от 6 до 10 байт ); дополнительная информация может вводиться в передающее устройство вручную либо автоматически.

Аппаратура КА и СПОИ системы “КУРС” будет автоматически вычислять географические координаты местоположения объектов, оснащенных радиомаяками. При этом географические координаты объекта будут определяться с вероятностью 0,99 со среднеквадратичной ошибкой 3,6 км для неподвижных объектов и 20 км для объектов, движущихся со скоростью не более 30 км/час. При наличии двух ИСЗ на орбите, система “КУРС” позволит не реже двух раз в сутки получать информацию о географическом местоположении объекта вне зависимости от его расположения на поверхности Земного шара. Фактическая частота получения информации в основном зависит от географической широты места объекта и может доходить до 10-15 раз в сутки.

Вследствие наличия на борту КА запоминающего устройства системы позволят принимать и обрабатывать сигналы, поступающие с любой точки Земного шара. Это свойство особенно важно для тех диспетчерских служб и подвижных объектов, которые не имеют строго выраженных географических ограничений в своем передвижении, т.е. судов мирового торгового флота, международного автотранспорта и т.д.

Создание спутниковой системы контроля за движением транспортных средств планируется на технической базе находящейся в штатной эксплуатации российской части международной спутниковой системы КОСПАС-САРСАТ (“Надежда”), предназначенной для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, в которой используются многоцелевые ИСЗ с аппаратурой КОСПАС-САРСАТ на борту. В состав космического комплекса российской части системы КОСПАС-САРСАТ входят как минимум два ИСЗ, расположенных на низких полярных орбитах с высотой 1000 км.

Наземный комплекс системы КОСПАС-САРСАТ включает в себя СПОИ и Международный координационно-вычислительный центр (МКВЦ). Станции связаны с центром арендованными телефонными каналами связи.

Штатная орбитальная группировка КОСПАС-САРСАТ/КУРС будет включать в себя четыре ИСЗ с унифицированной бортовой аппаратурой, которая может функционировать как в рамках системы КОСПАС-САРСАТ, так и в рамках системы “КУРС”. Переключение режима работы бортовой аппаратуры будет осуществляться по командам с Земли. При этом два ИСЗ будут постоянно работать  в режиме КОСПАС-САРСАТ, а два других - в рамках системы “КУРС”. Разрабатываемое в настоящее время оборудование второго поколения СПОИ будет также унифицированным, т.е. будет способно принимать и обрабатывать с ИСЗ как в режиме КОСПАС-САРСАТ, так и в режиме “КУРС”, т.е. сбор информации со СПОИ и ее распределение потребителям будет осуществляться существующим МКВЦ системы КОСПАС-САРСАТ.

Такое построение космического и наземного сегментов системы “КУРС” позволит в максимальной степени использовать существующие техническое средства и каналы связи и минимизировать эксплуатационные расходы.

2.4 Спутниковая система “ГОНЕЦ”

Предполагается, что система “ГОНЕЦ” будет включать в себя космический сегмент, состоящий из 36 КА и земной сегмент, включающий в себя абонентские терминалы трех типов. Связь между абонентами может производиться без использования наземных сетей связи.

Первый тип терминалов - носимые терминалы весом 3-5 кг будут обеспечивать передачу информации со скоростью 4,8 кбит/сек. Терминал будет снабжен клавиатурой с полным набором русских, латинских и служебных символов. Кроме того, терминал будет обеспечивать сопряжение с персональным компьютером.

Второй тип терминалов - стационарный, будет обеспечивать передачу информации со скоростью 9,6 кбит/сек и будет отличаться от первого типа терминалов несколько большими размерами антенн и наличием в составе терминала персонального компьютера.

Терминалы первого и второго типов могут также снабжаться речепреобразующими устройствами для цифровой передачи речи. Сопряжение этих типов терминалов с аппаратурой телефонной, телеграфной, телексной и факсимильной связи будет осуществляться через стандартные платы сопряжения, устанавливаемые в персональный компьютер.

Третий тип терминалов - региональные станции будут предназначены для передачи больших массивов информации при работе в составе региональных узлов связи и будут обеспечивать передачу информацию со скоростью 64 Кбит/сек.

Планируется, что система “ГОНЕЦ” будет характеризоваться следующими характеристиками:

- для работы переносных абонентских терминалов диапазон частот 312-315 МГц в направлении Земля-Космос и 387-390 МГц в направлении Космос-Земля;

-для работы скоростных каналов региональных станций будет использоваться L-диапазон, где выбраны участки 1642,5 - 1643,4 МГц и 1541 - 1541,9 МГц на трассах Земля-Космос и Космос-Земля соответственно;

- время ожидания связи не более 10 минут;

- время доставки сообщения до 4 часов (при нахождении абонентов в зоне видимости одного и того же спутника диаметром 5000 км время доставки сокращается до одной минуты);

- средняя длительность сеанса связи составляет 10 минут.

3. Обоснование выбора оптимальной системы

К настоящему времени известно уже несколько видов систем спутниковой связи, отличающихся, в первую очередь, построением космического сегмента. К ним относятся системы с космическими аппаратами на геостационарной, эллиптических и круговых орбитах, каждая из которых имеет много разновидностей.

Системы с КА на геостационарной орбите имеют наибольшую зону радиовидимости и могут обеспечивать связью огромные территории. Такие системы наиболее удобны, если обслуживаемая территория по своему расположению на поверхности Земли и конфигурации полностью входит в зону радиовидимости одного КА. Применяя в этом случае на КА многолучевые антенны, можно сколь угодно точно “очертить” границы этой территории и использовать для ее обслуживания всю энергетику ретранслятора. Вместе с тем, поскольку геостационарная орбита проходит строго над экватором, КА принципиально нет могут обеспечивать связью приполярные и полярные районы Земли из-за низкого угла места антенн земных станций. Кроме того, при использовании в системе двух или более КА возникают ограничения по применению некоторых видов связи (например, как дуплексноя телефонная связь) из-за большого времени задержки сигналов, превышающего заданную МСЭ норму. Следует отметить и тот факт, что на геостационарной орбите уже сосредоточенно большое количество КА и размещение новых в нужных “точках стояния” с требуемой ЭМС представляет серьезную трудность.

В отличие от систем с геостационарными КА, которые могут использовать только единственную орбиту, системы с КА на круговых орбитах имеют много вариантов построения группировок, отличающихся количеством используемых в них КА, структурой построения , высотой и наклонением орбит. В принципе в системах с КА на круговых орбитах может использоваться всего один КА, который способен последовательно обеспечивать связью внутри своей зоны радиовидимости все регионы Земли или переносить записанные в память бортового ретранслятора сообщения на любые расстояния с задержкой во времени.

Что касается структуры группировок, то с точки зрения обеспечения связи между всеми земными и космическими элементами системы (связность системы) более выгодными являются группировки с симметричной структурой, при которой все КА находятся по отношению друг к другу в одинаковом положении. Для лучшего обеспечения связности в системе требуется внести еще некоторую избыточность по отношению к минимальному количеству КА, необходимому для обеспечения сплошного покрытия обслуживаемой территории.

Количество требуемых КА в группировке можно уменьшить, если не требуется глобального покрытия и можно ограничить обслуживаемую системой территорию или допустить на ней некоторые перерывы связи. Варьируя количеством КА и наклонением орбиты, можно выделить широтные пояса в северном и южном полушариях, внутри которых будет обеспечиваться непрерывная связь, а вне их - периодическая. Например, при высоте орбиты 1600 км, выбранной в проекте системы “Паллада”, для обеспечения непрерывной связи в глобальном масштабе требуется 36 КА, а для обслуживания широтного пояса в пределах 35...800 с.ш., включающего всю территорию России, - только 24 КА. Пи обслуживании же отдельных территорий, ограниченных не только в широтном, но и в долготном направлении, группировка КА над остальными территориями останется неиспользованной, и, следовательно, избыточной.

Системы с КА на эллептических орбитах, которые также могут иметь множество вариантов построения, применяются в настоящее время как дополнение к системам с геостационарными КА для обслуживания приполярных и полярных районов. 

В настоящее время в России и за рубежом развернуты работы по созданию глобальных и региональных систем телекоммуникаций с использованием ретрансляторов на низкоорбитальных космических аппаратов (высота орбит 800-1500 км). Создание спутниковых систем связи на низкоорбитальных орбитах обусловлено:

- перегруженностью геостационарной орбиты, приводящей к значительным ограничениям при создании новых систем по точкам стояния космического аппарата и параметров каналов ретрансляции;

- использованием эффекта Допплера для определения местоположения объектов;

- практическое использование на линии Борт-Земля более низких частот, что обеспечивает возможность работы абонента на обычных всенаправленных антеннах;

- потенциальные возможности существенного повышения эффективности повторного использования спектра и увеличения запасов на линии при работе на более высоких частотах.

Кроме того, сети, работающие через низколетящие спутники, отличают:

1	2	3	4