Принципы спутниковой связи

Спутник — это тело, которое движется вокруг другого тела по математически предсказуемому пути, называемому Орбита . Спутник связи — это не что иное, как микроволновая ретрансляционная станция в космосе, которая полезна в телекоммуникациях, радио и телевидении наряду с интернет-приложениями.

Повторитель — это схема, которая увеличивает силу принимаемого сигнала и ретранслирует его. Но здесь этот ретранслятор работает как приемоответчик , который изменяет полосу частот передаваемого сигнала от принятого.

Частота, с которой сигнал отправляется в пространство, называется частотой восходящей линии связи, а частота, с которой он отправляется приемоответчиком, является частотой нисходящей линии связи .

Следующий рисунок ясно иллюстрирует эту концепцию.

Теперь давайте посмотрим на преимущества, недостатки и применение спутниковой связи.

Спутниковая связь — преимущества

Есть много преимуществ спутниковой связи, таких как —

• гибкость

• Простота в установке новых цепей

• Расстояния легко преодолеваются и стоимость не имеет значения

• Возможности вещания

• Каждый уголок земли покрыт

• Пользователь может контролировать сеть

гибкость

Простота в установке новых цепей

Расстояния легко преодолеваются и стоимость не имеет значения

Возможности вещания

Каждый уголок земли покрыт

Пользователь может контролировать сеть

Спутниковая связь — недостатки

Спутниковая связь имеет следующие недостатки —

• Первоначальные затраты, такие как затраты на сегмент и запуск, слишком высоки.

• Скопление частот

• Вмешательство и распространение

Первоначальные затраты, такие как затраты на сегмент и запуск, слишком высоки.

Скопление частот

Вмешательство и распространение

Спутниковая связь — Приложения

Спутниковая связь находит свое применение в следующих областях —

• В эфире радио.

• В телевизионных передачах, таких как DTH.

• В интернет-приложениях, таких как обеспечение интернет-соединения для передачи данных, GPS-приложения, интернет-серфинг и т. Д.

• Для голосовой связи.

• Для сектора исследований и разработок, во многих областях.

• В военных приложениях и навигации.

В эфире радио.

В телевизионных передачах, таких как DTH.

В интернет-приложениях, таких как обеспечение интернет-соединения для передачи данных, GPS-приложения, интернет-серфинг и т. Д.

Для голосовой связи.

Для сектора исследований и разработок, во многих областях.

В военных приложениях и навигации.

Ориентация спутника на его орбите зависит от трех законов, называемых законами Кеплера.

Законы Кеплера

Йоханнес Кеплер (1571-1630), ученый-астроном, дал 3 революционных закона, касающихся движения спутников. Путь, по которому идет спутник вокруг его первичной (Земли), является эллипсом . Эллипс имеет два очага — F1 и F2 , земля является одним из них.

Если рассматривать расстояние от центра объекта до точки на его эллиптической траектории, то самая дальняя точка эллипса от центра называется апогеем, а самая короткая точка эллипса от центра называется перигеем .

1- ^й закон Кеплера

1- ^й закон Кеплера гласит, что «каждая планета вращается вокруг Солнца на эллиптической орбите, причем одним из ее фокусов является Солнце». Таким образом, спутник движется по эллиптическому пути, причем одним из его фокусов является Земля.

Полуосновная ось эллипса обозначена как « а », а полуосновная ось обозначена как b . Следовательно, эксцентриситет e этой системы можно записать как —

$$e = \ frac {\ sqrt {a ^ {2} -b ^ {2}}} {a}$$

• Эксцентриситет (е) — это параметр, который определяет разницу в форме эллипса, а не в форме круга.

• Большая полуось (а) — это самый длинный диаметр, соединяющий два очага вдоль центра, который касается обоих апогеев (самых дальних точек эллипса от центра).

• Полу минорная ось (b) — это самый короткий диаметр, проведенный через центр, который касается обоих перигеев (самые короткие точки эллипса от центра).

Эксцентриситет (е) — это параметр, который определяет разницу в форме эллипса, а не в форме круга.

Большая полуось (а) — это самый длинный диаметр, соединяющий два очага вдоль центра, который касается обоих апогеев (самых дальних точек эллипса от центра).

Полу минорная ось (b) — это самый короткий диаметр, проведенный через центр, который касается обоих перигеев (самые короткие точки эллипса от центра).

Они хорошо описаны на следующем рисунке.

Для эллиптической траектории всегда желательно, чтобы эксцентриситет находился в диапазоне от 0 до 1, т. Е. 0 <e <1, поскольку, если e становится равным нулю, траектория больше не будет иметь эллиптической формы, а будет преобразована в круговую траекторию. ,

2- ^й закон Кеплера

Второй закон Кеплера гласит, что «за равные промежутки времени площадь, покрываемая спутником, равна относительно центра Земли».

Это можно понять, взглянув на следующий рисунок.

Предположим, что спутник покрывает расстояния p1 и p2 в одном и том же интервале времени, тогда области B1 и B2, охватываемые в обоих случаях соответственно, равны.

3- ^й закон Кеплера

^Третий закон Кеплера гласит: «Квадрат периодического времени орбиты пропорционален кубу среднего расстояния между двумя телами».

Это можно записать математически как

T2 альфаа3 $$T ^ {2} \: \ альфа \: \: а ^ {3}$$

Что подразумевает

$$T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3}$$

Где $\ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM}$ — постоянная пропорциональности (согласно ньютоновской механике)

$$T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3}$$

Где μ = геоцентрическая гравитационная постоянная Земли, т.е. Μ = 3,986005 × 10 ¹⁴ м ³ / сек ²

$$1 = \ left (\ frac {2 \ pi} {T} \ right) ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu}$$

1=n2 fraca3 mu Rightarrowa3= frac mun2 $$1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \: \: \: \ Rightarrow \: \: \: a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}}$$

Где n = среднее движение спутника в радианах в секунду

Орбитальное функционирование спутников рассчитывается с помощью этих законов Кеплера.

Наряду с этим, есть важная вещь, которую следует отметить. Спутник, когда он вращается вокруг Земли, испытывает силу притяжения от Земли, которая является силой гравитации. Кроме того, он испытывает некоторую тяговую силу от солнца и луны. Следовательно, на него действуют две силы. Они —

• Центростремительная сила — сила, которая стремится привлечь объект, движущийся по траектории движения, к себе, называется центростремительной силой .

• Центробежная сила — сила, которая стремится оттолкнуть объект, движущийся по траектории движения, в сторону от его положения, называется центробежной силой .

Центростремительная сила — сила, которая стремится привлечь объект, движущийся по траектории движения, к себе, называется центростремительной силой .

Центробежная сила — сила, которая стремится оттолкнуть объект, движущийся по траектории движения, в сторону от его положения, называется центробежной силой .

Таким образом, спутник должен уравновесить эти две силы, чтобы удержаться на своей орбите.

Земные Орбиты

Спутник, когда он запускается в космос, должен быть размещен на определенной орбите, чтобы обеспечить определенный путь для его революции, чтобы поддерживать доступность и служить своей цели, будь то научный, военный или коммерческий. Такие орбиты, которые назначены спутникам относительно Земли, называются Земными Орбитами . Спутники на этих орбитах являются спутниками Земли.

Важные виды Земных Орбит —

• Гео Синхронная Земная Орбита

• Средняя Земля Орбита

• Низкая околоземная орбита

Гео Синхронная Земная Орбита

Средняя Земля Орбита

Низкая околоземная орбита

Геосинхронные спутники орбиты Земли

Геосинхронный спутник Земли (ГЕО) — это спутник, который расположен на высоте 22 300 миль над Землей. Эта орбита синхронизирована со сторонним реальным днем (т. Е. 23 часа 56 минут). Эта орбита может иметь наклон и эксцентриситет . Это не может быть круглым. Эту орбиту можно наклонить на полюсах Земли. Но он выглядит неподвижным при наблюдении с Земли.

Та же геосинхронная орбита, если она круглая и находится в плоскости экватора, называется геостационарной орбитой . Эти спутники расположены на высоте 35 900 км (так же, как и геосинхронные) над экватором Земли, и они продолжают вращаться относительно направления Земли (с запада на восток). Эти спутники считаются стационарными относительно Земли, и, следовательно, из названия следует.

Геостационарные спутники Земли используются для прогнозирования погоды, спутникового телевидения, спутникового радио и других видов глобальной связи.

На следующем рисунке показана разница между геосинхронной и геостационарной орбитами. Ось вращения указывает на движение Земли.

Примечание. Каждая геостационарная орбита является геосинхронной. Но каждая геосинхронная орбита НЕ является геостационарной.

Средние спутники орбиты Земли

Спутниковые сети со средней околоземной орбитой (MEO) будут вращаться на расстоянии около 8000 миль от поверхности Земли. Сигналы, передаваемые со спутника MEO, перемещаются на меньшее расстояние. Это приводит к улучшению уровня сигнала на приемном конце. Это показывает, что меньшие, более легкие приемные терминалы могут использоваться на приемном конце.

Поскольку сигнал проходит меньшее расстояние до спутника и от него, задержка передачи уменьшается. Задержка передачи может быть определена как время, необходимое для прохождения сигнала на спутник и обратно на приемную станцию.

Для связи в реальном времени, чем короче задержка передачи, тем лучше будет система связи. Например, если спутнику GEO требуется 0,25 секунды для прохождения туда и обратно, то спутнику MEO требуется менее 0,1 секунды для завершения той же поездки. MEO работает в диапазоне частот от 2 ГГц и выше.

Спутники на низкой околоземной орбите

Спутники на низкой околоземной орбите (LEO) в основном делятся на три категории, а именно: малые LEO, большие LEO и мега-LEO. НОО будут находиться на орбите на расстоянии от 500 до 1000 миль над поверхностью Земли.

Это относительно короткое расстояние уменьшает задержку передачи до 0,05 секунды. Это дополнительно снижает потребность в чувствительном и громоздком приемном оборудовании. Маленькие LEO будут работать в диапазоне 800 МГц (0,8 ГГц). Большие LEO будут работать в диапазоне 2 ГГц или выше, а Mega-LEO работают в диапазоне 20-30 ГГц.

Более высокие частоты, связанные с Mega-LEO, приводят к большей пропускной способности информации и дают возможность использовать схему передачи видео с низкой задержкой в ​​реальном времени.

На следующем рисунке изображены пути LEO, MEO и GEO.