Организация, построение и структура систем персональной спутниковой связи

Каналы силовой установки  управляются ускорителями по командам центрального процессора; состояние  силовой установки контролируется централыьным процессором по сигналам телеметрии силовой установки, 

 

Энергопитание

В состав системы энергопитания (СЭП) входят:

- панель солнечных батарей ;

- никель-водородные аккумуляторы;

- система распределения  энергии с локализацией неисправности;

- аппаратура регулировки  избыточного напряжения.

Также СЭП оснащена аппаратурой  защиты от неисправностей, автоматически  срабатывающей при неисправностях или при увеличении токовой нагрузки на шине.

Напряжение шины первичного электропитания СЭП составляет 22-36 В и преобразуется в номиналы необходимых напряжений с использованием преобразователей. Следящая система СЭП реализует режим автоматического регулирования напряжения и, при необходимости, уменьшает или повышает ток заряда аккумуляторов. Одна 48 А/час никель-водородная батарея состоит из 22-х элементов и остается работоспособной при выходе из строя отдельных элементов. При нахождении КА в зоне тени, никель-водородная батарея обеспечивает электропитанием всех потребителей до выхода КА из тени иподзаряда через солнечные батареи.

В табл. 3.3 указан расход электроэнергии на конец срока существования  КА.

Таблица 3.3

Расход электроэнергии КА

Узлы.	Средняя мощность на конец срока службы 5 лет), Вт:.
Электронное оборудование Оборудование КА диапазона Оборудование L диапазона Система ориентации Телеметрическая и командная  системы Распределение электроэнергии Терморегулирование Зарядка батареи	433 21 (232, поставляется батарея) 50 20 75 20 750
Общая нагрузка Мощность панелей Запас	1369 Вт 1429 Вт 60 Вт

 

 

Особенности конструкции  КА

К конструкции КА ОГ предъявлены требования по жесткости, расходованию тепла, расположению необходимых солнечных батарей, антенных систем задействуемых радиолиний, радиотехнического оборудования, системе энергоснабжения, системе ориентации и стабилизации, силовой установке.

Базовый проект системы предусматривал конструкцию КА в виде шестигранной "трубы" с расположением на 6-ти плоскостях многолучевых антенн L диапазона; снизу - антенны L диапазона, антенн межспутниковой связи; сверху - двухосные солнечные панели, при этом масса "сухого" КА составляла 299,4 кг, масса заправленного КА - 340,7 кг при расчетном резерве - 45,5 кг. В последующем масса КА увеличилась до 675 - 689 кг, что свидетельствует о более глубокой проработке ряда концепций и, в первую очередь, радиотехнических средств L диапазона (увеличение числа лучей АФАР с 37 до 48-ми, увеличение энергетики радиолинии L диапазона, примерно, на 10 дБ) и связанное с этим изменение конструкции, приведшее к росту ранее объявленной массы, примерно, на 100%.

В качестве примера массовые характеристики КА базового проекта  представлены в табл. 3.4

Таблица 3.4

Масса КА

Узлы	Масса (кг)
Конструкция	24,9
Регулятор температуры	12,1
Топливо (сухое, вес)	8,6
Радиотехническая система  связи	91,6
Узел энергоснабжения	78,9
Антенные системы	83,3
Масса КА (сухого)	299,4
Потребители	41,3
Масса КА (заправленного)	340,7
Резервная масса	45,7

 

 

Вместе с тем, следует  обратить внимание на полноту предъявляемых  требований к конструкции КА, а  именно:

- простота сборки;

- взаимозаменяемость однотипных  сборочных узлов;

- модульная конструкция  всех узлов;

- минимизация веса конструкции;

- минимизация перепадов  температуры путем применения  шлифованных поверхностей,термоизолирующих покрытий, термопроводящих материалов, датчиков температуры и аппаратуры регулирования температуры.

Основные характеристики КА приведены в таблице 3.5

Таблица 3.5

Основные характеристики КА

Параметр	Величина
Стабилизация	3-х осная
Срок службы	5 лет
Точность стабилизации	+-0,5 гр., +-20 км
Диапазоны частот	1616 -1626,5 ГГц
	19,6 ГГц
	29,1 - 29,3 ГГц
	23,18 - 23,38 ГГц
Подспутниковая зона	5 млн. кв. миль
Максимальное число каналов	3835
в L диапазоне на один КА
Максимальное число межспутниковых каналов для одного КА	3000
Максимальное число каналов  связи одного КА с шлюзовой станцией	2000
Ширина занимаемой полосы частот
-------L диапазон	10,5 МГц
-------Ка диапазон	200 МГц (перектестная связь)
-------Ка диапазон	100 МГц (связь с шлюзовой  станцией)
Поляризация	Круговая, правостороняя для L и Ка линейная,
	вертикальная для диапазона  Ка
	(международная связь)
ЭИИМ
-------Диапазон L	12,4 - 31,2дБВт
-------Диапазон Ка (р/л "КА-Земля")	14,5 - 27,5 дБВт
-------Диапазон Ка (р/л "КА-КА")	37,9 дБВт
Добротность
-------Диапазон L	-19,6-5,ЗдБВт/гр.К
-------Диапазон Ка (р/л "КА-Земля")	-10,1 дБВт/гр.К
-------Диапазон Ка (р/л "КА-КА")	+ 5,3 - 7,0 дБВт/гр.К
Шумовая температура приемника  КА
-------Диапазон L	553 гр.К
-------Диапазон Ка (командная  линия)	1193 гр.К
Спектральная плотность  передатчика
-------Диапазон L	-40,6 - 21,8 дБВт/Гц
-------Диапазон Ка	-53,5 - 40,5 дБВт/Гц
Вес, с резервом	388кг
Орбита	Полярная, 6 плоскостей, на каждой плоскости
	по 11 КА

 

2.4. НАЗЕМНЫЙ СЕГМЕНТ

 

Состав наземного сегмента

В состав наземного сегмента входит:

1. Абонентские терминалы  нескольких типов.

2. Шлюзовые станции.

3. Станции передачи команд  и приема телеметрической информации.

4. Основной и резервные  сегменты управления системой  и связью.

5. Сегмент запуска. 

 

Число абонентских терминалов определяется спросом на услуги связи  и, по мнению фирмы MOTOROLA, может достигнуть несколько миллионов пользователей  к моменту завершения формирования системы и подтверждения заявленных услуг.

Число шлюзовых станций для  системы ИРИДИУМ может включать до 250 национальных шлюзовых станций, на первом этапе планируется развертывание от 5 до 20 ШС, две из них в США.

В случае применения системы  ИРИДИУМ в России, потребуется  две шлюзовые станции.

Функциональные требования к сегменту запуска на данной стадии проекта разработаны; территориальное  размещение сегментов (наличие, например, двух сегментов, соответственно, для  групповых и одноразовых запусков) не объявлено.

Следует отметить, что в  настоящее время основными партнерами в создании системы ИРИДИУМ являются :

1. Разработка и изготовление КА: LOCKHEED, RAYTHEOH, MOTOROLA.

2. Запуск КА: МС DONNELL DOUGLAS, CHINA GREET WALL, KHRUNICHEV ENTERPRICE

3. Разработка и изготовление наземных терминалов, шлюзовых станций, командных и телеметрических станций: BECHTEL, GROSBY GROUP, GORSA.IEX, SENTE, SIEMENS, TELESPAZIO. 

 

Следует отметить, что федеральная  комиссии связи США (FCC) выдало лицензию на запуск 5-ти КА созвездия ИРИДИУМ для отработки совместно со 100 персональными терминалами и сегментом управления системы в Чандлере, США. Запуск 5-ти КА для экспериментальной отработки планируется в 1996 г. 

 

Основные характеристики элементов наземного сегмента и  их функционирование в составе системы

Персональный терминал

Продукция системы ИРИДИУМ включает носимые портативные терминалы, мобильные терминалы, передвижные терминалы (для офисов) и пейджеры. Носимые, мобильные и переносные терминалы обеспечивают дуплексную телефонную связь на скорости преобразования речи 2400 бод, для преобразования речи используется вокодер фирмы Мотого1а "VSELP 4800 BPS", при этом используется избыточное кодирование (R=1/2) декодирование по Витерби (К=7), пороговая вероятность ошибки 1*10^(-2).

Основные характеристики персонального терминала приведены  в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Основные характеристики абонентского терминала 

 

Параметр	Величина
Скорость передачи кодированной информации
р/л "Земля-КА"	180 кбит/с
р/л "КА- Земля"	400 кбит/с
Кодирование	сверточное, R=3/4,K=7
Модуляция	ФМ-4
Диапазон частот	1616,0 -1626,5 МГГц
Антенна:
Тип	спиральная
Усиление	+1,0 - +3,0 дБ
Диаграмма	0-30 гр. (азимут)
	10 гр.-90 гр.(угол места)
ЗИИМ:
Типовая	8,45 дБВт
Средняя (для кадра 60 мск)	4,41 -11,91 дБВт
Спектральная плотность	-61,5-53,9 дБВт/Гц

 

 

Тактовая частота пакетов  информации с временным разделением  каналов в радиолинии "Земля-КА"синхронизируется с тактовой частотой пакетов в радиолинии "КА-Земля". Персональный терминал компенсирует изменение дальности до КА, а также компенсирует уход допплеровской частоты путем автоматической регулировки частоты передачи в радиолинии "Земля-КА".

Ожидаемый вес портативного носимого и мобильного терминала  составляет 700 r и 2500 г,соответственно. в мобильном и передвижном терминалах предусмотрена возможность подключения дискретных источников информации (факс, PC) на скорости 2400 бит/сек.  

 

Шлюзовая станция

Шлюзовая станция состоит  из 3-х спутниковых терминалов (приемо-передающих комплексов), быстродействующего процессора, в котором находится банк данных региональных персональных терминалов и коммутационного оборудования связи с местной телефонной сетью общего пользования.

Спутниковые терминалы функционируют  следующим образом:

1-й спутниковый терминал  вступает в связь с KAi; 2-ой спутниковый терминал вступает в связь с KAi+1;

1-ый спутниковый терминал  после ухода из зоны KAi вступает  в сязь с KAi+2;

2-ой спутниковый терминал  после ухода из зоны KAi+1 вступает  в связь с KAi+3 и т.д.

3-ий спутниковый терминал  находится в резерве, при необходимости,  может заменить 1 (2) спутниковый терминал.

Быстродействующий процессор  осуществляет идентификацию персонального  терминала, участвующего в связи, и  формирует адресацию в направлении  персонального терминала или  абонента ТФ ОП.

Коммутационное оборудование, с одной стороны, взаимодействует  с быстродействующим процессоромШС, а с другой - с ТФ ОП и выполняет следующие функции:

- передает линейные/адресные  сигналы сигнальной системы R1 ТФ ОП для начала и окончания  связи;

- передает, в случае необходимости,  сигнальную информацию по общему  каналу (например, относящуюся к  сигнальной системе 7 ТФ ОП) для  начала и окончания связи;

- создает тон и оповещение  абоненту для индикации условий  разговора;

- осуществляет цифровую  коммутацию сигналов импульсно-кодовой  модуляции между сигналами терминалов  каналов ТФ ОП;

- вычисляет продолжительность  сеанса связи и передает счет  пользователю. 

 

Основные технические  характеристики спутникового терминала  шлюзовой станции приведены в  табл. 3.7. 

 

Таблица 1.1.8

Характеристики шлюзовой станции спутниковой связи 

 

Параметр	Величина
Скорость передачи данных	12,5 Мбит/с
Кодирование	Сверточное,Р=1/2,К=7
Модуляция	ФМ-4
Диапазон частот
р/л "Земля-КА"	29,1 – 29,3 ГГц
р/л "КА- Земля"	19,6 ГГц
Антенна:
Диаметр	3,5 м
Усиление	54,0 дВ (20 ГГц)
	57,5 дВ (30 ГГц)
Максимальный уровень  боковых лепестков	-20дБ
Ширина ДН	0,36 гр. (20 ГГц)
	0,24 (30 ГГц)
Слежение	0 -360 гр. (азимут)
	5 - 90 гр.(угол места)
ЗИИМ (регул.)
Теплая погода	51,4дБВт(+-ЗдБ)
Дождь	77,4 дБВт (+- 3 дБ)
Добротность	23,2 дБ/гр.К
Отношение мощности сигнала  к мощности шума (Еб/Мо)	минимум 6,9 ДБ при Рош. = 1*10^-6