[go: up one dir, main page]

RU2486676C2 - Method of merging satellite communication systems - Google Patents

Method of merging satellite communication systems Download PDF

Info

Publication number
RU2486676C2
RU2486676C2 RU2010152089/07A RU2010152089A RU2486676C2 RU 2486676 C2 RU2486676 C2 RU 2486676C2 RU 2010152089/07 A RU2010152089/07 A RU 2010152089/07A RU 2010152089 A RU2010152089 A RU 2010152089A RU 2486676 C2 RU2486676 C2 RU 2486676C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
satellite
antenna
orbit
orbits
earth
Prior art date
Application number
RU2010152089/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010152089A (en
Inventor
Виктор Сергеевич Алёшин
Михаил Дмитриевич Венедиктов
Ювеналий Александрович Крутяков
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информации (ГОУ ПВО МТУСИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информации (ГОУ ПВО МТУСИ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информации (ГОУ ПВО МТУСИ)
Priority to RU2010152089/07A priority Critical patent/RU2486676C2/en
Publication of RU2010152089A publication Critical patent/RU2010152089A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2486676C2 publication Critical patent/RU2486676C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: disclosed is merging low and medium orbital satellite communication systems with a communication system based on communication satellites located on a high subsynchronous orbit. Systems communicate in a frequency band higher than 20 GHz. Satellites on low or medium orbits are fitted with receiving antennae directed upwards towards a communication satellite on a high orbit.
EFFECT: merging existing satellite systems.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение направлено на формирование объединенных спутниковых систем связи (ССС), способных в режиме реального времени расширить зоны на Земле при обеспечении их всесуточной связью.The present invention is directed to the formation of integrated satellite communications systems (CCC), capable of real-time expansion of zones on Earth while providing them with daily communication.

Известны ССС [1, 2, 3, 4], осуществляющие связь как на низких орбитах до 2000 км (LEO-Low-Earth-Orbit, низкая околоземная орбита), средних орбитах до 20000 км (МЕО-Medium-Earth-Orbit, средняя околоземная орбита) и высоких субсинхронных орбитах, к которым относятся как геостационарная экваториальная орбита (36000 км), так и высокие эллиптические орбиты (~40000 км в апогее) из серии спутников в СССР «Молния».SSSs are known [1, 2, 3, 4], which communicate both in low orbits up to 2000 km (LEO-Low-Earth-Orbit, low Earth orbit), medium orbits up to 20,000 km (MEO-Medium-Earth-Orbit, medium near-Earth orbit) and high subsynchronous orbits, which include both the geostationary equatorial orbit (36,000 km) and high elliptical orbits (~ 40,000 km at the peak) from the series of satellites in the USSR “Lightning”.

Отмечая высокую востребованность населением Земли указанных ССС, следует отметить и их недостатки:Noting the high demand for the indicated MSS by the Earth's population, their shortcomings should be noted:

- высокая стоимость запуска и эксплуатации ССС с высокой массой спутников и их большим числом;- the high cost of launching and operating SSS with a high mass of satellites and their large number;

- необходимость введения межспутниковой связи в одной ССС при ретрансляции сообщений на большие расстояния и большие времена задержки на этих расстояниях.- the need for inter-satellite communication in one CCC when relaying messages over long distances and long delay times at these distances.

Настоящее предложение направлено на частичное устранение этих недостатков путем объединения известных действующих ССС на высоких субсинхронных орбитах с ССС, расположенных на низких или средних орбитах.This proposal is aimed at partial elimination of these shortcomings by combining well-known existing MSS in high subsynchronous orbits with MSS located in low or medium orbits.

Такое объединение, по мнению авторов, позволит существенно уменьшить массу запускаемых на высокие орбиты спутников, что практически позволит уменьшить энергетические и финансовые затраты при запуске спутника и поддержании его на орбите. Также в едином масштабе времени возможна ретрансляция сообщений на большие территории на Земле при минимальной временной задержке. Перечисленные выигрыши предлагаемого изобретения следует считать техническим решением. В качестве прототипа по своей физической сути может быть принята ССС на высокой субсинхронной орбите.Such a combination, according to the authors, will significantly reduce the mass of satellites launched into high orbits, which will practically reduce the energy and financial costs when launching a satellite and maintaining it in orbit. Also, in a single time scale, relaying messages to large areas on Earth with a minimum time delay is possible. These winnings of the invention should be considered a technical solution. As a prototype in its physical essence can be taken CCC in a high subsynchronous orbit.

Предлагается способ объединения ССС, которые располагают на низких или средних околоземных орбитах со спутником связи, который располагают на высокой субсинхронной орбите, включающий в себя операцию односторонней активной ретрансляции излучений, которую получают с земных передатчиков, в направлении Земли, в соответствии с которым активную ретрансляцию излучения, которую получают на приемную антенну спутника на высокой субсинхронной орбите, осуществляют передающей антенной, ось которой направляют на центр Земли в частотном диапазоне выше 20 ГГц, при этом излучающую антенну изготавливают такой, что излучающим пятном мощности передатчика на высоте низких или средних орбит ССС формируют площадь SИЗЛ, на оси которой в направлении упомянутых орбит попадает не менее трех спутников на низких орбитах и не менее одного на средних орбитах ССС, а каждый спутник этой ССС снабжают дополнительно приемником с антенной, направленной на спутник для приема излучений на указанной частоте, причем ось диаграммы направленности антенн земных передатчиков стационарно наводят на центр части орбиты, с которой осуществляют связь с Землей, а телесный угол диаграммы направленности устанавливают ±8,5°.A method is proposed for combining CCCs, which are located in low or medium Earth orbits with a communication satellite, which are located in a high subsynchronous orbit, including the operation of one-way active relaying of radiation received from terrestrial transmitters in the direction of the Earth, in accordance with which active relaying of radiation , which is received at the satellite’s receiving antenna in a high subsynchronous orbit, a transmit antenna is implemented, the axis of which is directed to the center of the Earth in the frequency range above 20 GHz, while the emitting antenna is made such that the radiating spot of the transmitter power at the height of the low or medium orbits of the CCC forms the area S of the RLS , on the axis of which in the direction of the mentioned orbits at least three satellites in low orbits and at least one in medium orbits CCC, and each satellite of this CCC is additionally equipped with a receiver with an antenna aimed at the satellite to receive radiation at a specified frequency, the axis of the antenna pattern of the earth transmitters stationary pointing to the center of the hour and orbits, which are in communication with the Earth, and the solid angle of the radiation pattern set ± 8,5 °.

Предложен вариант способа, в соответствии с которым зеркало передающей антенны спутника на высокой орбите изготавливают сферическим, а излучатель или рефлектор излучателя располагают на оси антенны ниже плоскости, проходящей через края антенны, на величину Δ, которую устанавливают над фокусом сферы так, что угол α от вертикали, проходящей от края антенны и параллельной оси, и направления излучения устанавливают из равенстваA variant of the method is proposed in which the mirror of the satellite’s transmitting antenna in high orbit is made spherical, and the emitter or reflector of the emitter is placed on the axis of the antenna below the plane passing through the edges of the antenna by an amount Δ that is set above the focus of the sphere so that the angle α from vertical, passing from the edge of the antenna and parallel to the axis, and the direction of radiation is established from the equality

α = R И З Л . С С С 180 ( H H О Р Б . С С С ) π г р а д .,

Figure 00000001
α = R AND 3 L . FROM FROM FROM 180 ( H - H ABOUT R B . FROM FROM FROM ) π g R but d .,
Figure 00000001

где RИЗЛ.ССС - радиус зоны облучения излучением передатчика спутника на высокой орбите H; НОРБ.ССС - высота низкой или средней орбиты ССС.where R ISL.SSS is the radius of the radiation zone of the radiation from the satellite transmitter in high orbit H; N ORB.SSS - the height of the low or medium orbit of the CCC.

В дальнейшем изобретение поясняется ссылками на представленные рисунки:The invention is further explained by reference to the drawings:

Фиг.1 - условное изображение объединения двух ССС, где 1 - спутник связи на высокой субсинхронной орбите на высоте H; 2 - приемная антенна спутника 1 для приема излучения земного передатчика; 3 - антенна активного ретранслятора спутника 1 на частоте излучения более 20 ГГц; 4 - спутники на низкой или средней орбитах ССС; 5 - приемные антенны спутников 4, направленные на спутник 1; 6 - зона обслуживания на Земле спутника 4 на орбите высотой НОРБ.ССС; 7 - зона облучения излучением спутника 1 на высоте НОРБ.ССС; 8 - земной передатчик.Figure 1 - conditional image of the union of two CCC, where 1 is a communication satellite in a high subsynchronous orbit at a height H; 2 - a receiving antenna of satellite 1 for receiving radiation from an earth transmitter; 3 - antenna of the active repeater of satellite 1 at a frequency of more than 20 GHz; 4 - satellites in low or medium orbits of the CCC; 5 - receiving antennas of satellites 4, aimed at satellite 1; 6 - service area on Earth of satellite 4 in orbit of height H ORB.SSS ; 7 - a zone of radiation exposure by satellite 1 at a height of H ORB.SSS ; 8 - earth transmitter.

Фиг.2 - условное изображение сферической передающей антенны спутника 1, где 9 - ось антенны 10, направленной на центр Земли; 11 - сфера шара с центром в т.O, частью которой является антенна 10; 12 - излучатель, смещенный на величину Δ 13 вниз по оси 9 относительно плоскости, проходящей через края антенны; 14 - угол α, который обеспечивает формирование площади излучения SИЗЛ на высоте НОРБ.ССС; 15 - диаметр антенны 10.Figure 2 - conditional image of the spherical transmitting antenna of satellite 1, where 9 is the axis of the antenna 10, aimed at the center of the Earth; 11 - sphere of a ball centered in T. O, of which the antenna 10 is a part; 12 - emitter, offset by a value of Δ 13 down the axis 9 relative to the plane passing through the edges of the antenna; 14 - angle α, which provides the formation of the area of radiation S LFL at a height H ORB.SSS ; 15 - diameter of the antenna 10.

Предлагаемый способ объединения ССС представлен на фиг.1. Спутник связи 1 помещают на высокую субсинхронную орбиту на высоте H. Приемную антенну 2 спутника 1 направляют вниз на Землю для приема излучений земного передатчика. Ось передающей антенны 3 при активной ретрансляции направляют на центр Земли, при этом ретрансляцию осуществляют на частоте электромагнитных излучений (ЭМИ) выше 20 ГГц. Антенну 3 предложено выполнить в виде сферического зеркала так, что на высоте низкой или средней орбиты НОРБ.ССС ССС образуют круг ЭМИ, в площадь которого SИЗЛ одновременно попадают не менее трех спутников 4. Прием излучения со спутника 1 спутниками 4 осуществляют приемниками 5, дополнительно включенными в их состав. Антенны дополнительных приемников направляют на спутник 1. Активную ретрансляцию со спутников 4 на Землю осуществляют в соответствии с действующим регламентом этих ССС. При этом зоны обслуживания 6 на Земле спутниками 4 сохраняют без изменений. В частности, диаметр зоны обслуживания 6 низкоорбитальных ССС может составлять до 5800 км [3]. Наличие трех спутников 4 в зоне SИЗЛ 7 может обеспечить связь на достаточно больших территориях Земли. Важным является стационарное направление антенны земного передатчика 8 на середину участка высокой орбиты, с которой спутник 1 осуществляет прием и последующую ретрансляцию излучений на спутники 4. Такое положение антенны передатчика 6, с одной стороны, исключает потребность в автоматическом слежении антенны передатчика 8 за перемещением спутника 1 по орбите во время связи, а с другой стороны, требует, чтобы диаграмма направленности передатчика 8 была бы не менее ±8,5°.The proposed method for combining CCC is presented in figure 1. Communication satellite 1 is placed in a high subsynchronous orbit at a height of H. The receiving antenna 2 of satellite 1 is directed down to Earth to receive the radiation from the earth transmitter. The axis of the transmitting antenna 3 with active relaying is directed to the center of the Earth, while the relaying is carried out at a frequency of electromagnetic radiation (EMP) above 20 GHz. Antenna 3 is proposed to be made in the form of a spherical mirror so that at the low or middle orbit H ORB.SSS SSS form a circle of electromagnetic radiation, in the area of which at least three satellites 4 simultaneously receive radiation S. Satellite 4 is received by satellites 5, additionally included in their composition. The antennas of the additional receivers are directed to satellite 1. Active relay from satellites 4 to the Earth is carried out in accordance with the current regulations of these CCCs. Moreover, service areas 6 on Earth by satellites 4 are kept unchanged. In particular, the diameter of the service area of 6 low-orbit CCCs can be up to 5800 km [3]. The presence of three satellites 4 in zone S of IZL 7 can provide communications in fairly large areas of the Earth. The stationary direction of the antenna of the terrestrial transmitter 8 to the middle of the high-orbit portion with which satellite 1 receives and then relays emissions to satellites 4 is important. This position of the antenna of transmitter 6, on the one hand, eliminates the need for automatic tracking of the antenna of transmitter 8 over the movement of satellite 1 in orbit during communication, and on the other hand, requires that the radiation pattern of transmitter 8 be at least ± 8.5 °.

Следует отметить, что всесуточную связь с высоких субсинхронных орбит обеспечивают путем размещения на этой орбите, например, четырех спутников, равномерно расположенных на орбите с периодом обращения каждого, близким к половине длительности земных суток (см. [2, 3]). В этом случае каждый спутник, входящий в апогей орбиты, включают на связь только на время 6 часов, а после выхода с апогея на место ушедшего спутника выходит следующий без перерыва связи.It should be noted that daily communication from high subsynchronous orbits is provided by placing, for example, four satellites in this orbit evenly located in the orbit with a rotation period of each close to half the duration of an earth day (see [2, 3]). In this case, each satellite entering the apogee of the orbit is switched on only for a period of 6 hours, and after leaving the apogee, the next satellite leaves the place of the departed one without interruption of communication.

Далее энергетические расчеты будут осуществляться на примере объединения низких высокоскоростных орбит ССС с низкоскоростными ССС на субсинхронных эллиптических орбитах серии «Молния» [2, 3, 4].Further, energy calculations will be carried out using the example of combining low high-speed CCC orbits with low-speed CCC on subsynchronous elliptical orbits of the Lightning series [2, 3, 4].

Низкоскоростная ССС, названная «Полярная звезда», из серии «Молния» [3] имеет высоту орбиты 40600 км, число спутников на орбите четыре, наклон орбиты 62°, время обращения ~710 мин, частотный диапазон прием/передача - 5/6 ГГц, средний угол места ~50°, масса 2100 кг.The low-speed CCC, called the Polar Star, from the Lightning series [3] has an orbit height of 40,600 km, the number of satellites in orbit is four, the orbit tilt is 62 °, the orbital time is ~ 710 min, the frequency range of reception / transmission is 5/6 GHz , average elevation angle ~ 50 °, weight 2100 kg.

Найдем радиус, облучающий Землю, RИЗЛ зоны охвата при известном угле места из выражения:Let us find the radius that irradiates the Earth, R FRP of the coverage area at a known elevation angle from the expression:

25 = R И З Л 180 H π

Figure 00000002
, откуда R И З Л = 25 H 57,3 = 1,77 10 4 к м
Figure 00000003
. 25 = R AND 3 L 180 H π
Figure 00000002
from where R AND 3 L = 25 A. H 57.3 = 1.77 10 four to m
Figure 00000003
.

Требуемая мощность передатчика ретранслятора на спутнике РИЗЛ для уверенного приема на Земле в зоне площадью π R И З Л 2

Figure 00000004
мощности на антенну диаметром RПР=1 м будет определяться выражением:The required power of the transmitter of the repeater on the satellite R IZL for reliable reception on Earth in an area of π R AND 3 L 2
Figure 00000004
power to the antenna with a diameter of R PR = 1 m will be determined by the expression:

Δ P П Р . З = Р И З Л K A T M π ( R П Р ) 2 π ( R И З Л ) 2 , ( 1 )

Figure 00000005
Δ P P R . 3 = R AND 3 L K A T M π ( R P R ) 2 π ( R AND 3 L ) 2 , ( one )
Figure 00000005

где KATM=0,05 коэффициент потерь ЭМИ в атмосфере [2].where K ATM = 0.05 the coefficient of loss of electromagnetic radiation in the atmosphere [2].

И, подставляя в (1) значения RПР=1 м и РИЗЛ=1,77·104 км, получаем зависимость:And, substituting in (1) the values of R PR = 1 m and P REF = 1.77 · 10 4 km, we obtain the dependence:

Δ Р П Р . З = Р И З Л 1,77 10 16 В т . ( 2 )

Figure 00000006
Δ R P R . 3 = R AND 3 L 1.77 10 - 16 AT t . ( 2 )
Figure 00000006

Если принять уровень собственных шумов приемников на Земле равным ~2·10-16 Вт (см. [5]), то надежный прием оказывается возможным при превышении сигналом уровня шумов на три порядка, т.е. ΔРПР.З должен быть равным ≥10-13 Вт. Подставив это значение ΔРПР.З в (2), мощность излучения на спутнике «Полярная звезда» должна быть не менее 1000 Вт. Уменьшение расчетного значения РИЗЛ возможно только за счет уменьшения требования к отношению сигнал/шум, например, в три раза. Тогда РИЗЛ можно уменьшить до 330 Вт, однако и при такой мощности излучения передатчика вес и размеры спутника оказываются значительными (вес спутника ~2100 кг).If we take the noise level of the receivers on Earth equal to ~ 2 · 10 -16 W (see [5]), then reliable reception is possible if the signal exceeds the noise level by three orders of magnitude, i.e. ΔР PR.Z should be equal to ≥10 -13 W. Substituting this value ΔР PR.Z in (2), the radiation power on the Polar Star satellite should be at least 1000 watts. A decrease in the calculated value of P REF is possible only by reducing the signal-to-noise ratio requirements, for example, by three times. Then P RL can be reduced to 330 W, however, even with such a transmitter radiation power, the weight and dimensions of the satellite turn out to be significant (satellite weight ~ 2100 kg).

Настоящее предложение направлено на существенное уменьшение веса спутника за счет как уменьшения мощности излучения при активной ретрансляции в направлении Земли, так и за счет перехода на более высокочастотный диапазон связи (выше 20 ГГц). На этих частотах массогабаритные характеристики передатчиков наиболее перспективны для использования в космической технике.This proposal is aimed at a significant reduction in satellite weight due to both a decrease in radiation power during active relaying in the direction of the Earth, and due to the transition to a higher frequency communication range (above 20 GHz). At these frequencies, the mass and size characteristics of the transmitters are most promising for use in space technology.

Как показано в [2], спутник на высокой эллиптической орбите серии «Молния» осуществляет связь только при выходе в апогей орбиты, который наблюдают с Земли в телесном угле ±10°. При наличии четырех спутников на этой орбите, равномерно размещенных друг относительно друга, угол наблюдения перемещения спутника во время связи с Землей уменьшается до ±8°. Поэтому предложено с целью исключения автоматического сопровождения антенной земного передатчика спутника на орбите в апогее ось антенны стационарно направить на верхнюю точку апогея орбиты, а диаграмму направленности антенны установить равной ±8,5°. В верхнюю точку апогея в случае эллиптической орбиты стационарно направляют ось антенны земного передатчика, а в случае круговой субсинхронной орбиты антенну направляют на середину части орбиты, с которой осуществляют связь с Землей. При этом наиболее благоприятное положение земного передатчика на Земле является его расположение на оси передающей антенны спутника на высокой орбите.As shown in [2], a satellite in a high elliptical orbit of the Lightning series communicates only when it reaches the apogee of the orbit, which is observed from the Earth at a solid angle of ± 10 °. If there are four satellites in this orbit, evenly spaced relative to each other, the angle of observation of the satellite’s movement during communication with the Earth decreases to ± 8 °. Therefore, it was proposed to exclude the automatic tracking of the satellite’s earth transmitter in orbit at the apogee by the antenna axis stationary to the upper point of the orbit apogee, and set the antenna radiation pattern to ± 8.5 °. In the case of an elliptical orbit, the axis of the antenna of the earth transmitter is stationary at the highest point of the apogee, and in the case of a circular subsynchronous orbit, the antenna is directed to the middle of the part of the orbit that communicates with the Earth. Moreover, the most favorable position of the Earth transmitter on Earth is its location on the axis of the satellite’s transmitting antenna in high orbit.

По аналогии с предыдущим расчетом вычислим мощность земного передатчика 6, при которой на приемную антенну спутника 1 при радиусе приемной антенны RПР.СП=1 м поступила бы мощность не менее 10-13 Вт. Снова воспользуемся выражением (1).By analogy with the previous calculation, we calculate the power of the terrestrial transmitter 6, at which a power of at least 10 -13 W would arrive at the receiving antenna of satellite 1 with a radius of the receiving antenna R PR.SP = 1 m. We again use the expression (1).

Δ P П Р . С П 10 13 В т = Р И З Л . З . П K A T M π ( R П Р . С П ) 2 π ( R И З Л . З . П ) 2 , ( 3 )

Figure 00000007
Δ P P R . FROM P 10 - 13 AT t = R AND 3 L . 3 . P K A T M π ( R P R . FROM P ) 2 π ( R AND 3 L . 3 . P ) 2 , ( 3 )
Figure 00000007

где ΔРПР.СП - мощность, принимаемая антенной на спутнике, радиус которой RПР.СП=1 м; RИЗЛ.З.П - радиус поперечного сечения мощности излучения земного передатчика в зоне спутника при диаграмме направленности антенны не менее ±8,5°.where ΔР PR.SP - power received by the antenna on the satellite, the radius of which R PR.SP = 1 m; R LB.Z.P - radius of the cross-sectional radiation power of the earth transmitter in the satellite zone with the antenna radiation pattern of at least ± 8.5 °.

Определим RИЗЛ.З.П из очевидного выражения:Define R EX.Z.P from the obvious expression:

8,5 R И З Л . З . П 57,3 H

Figure 00000008
, откуда R И З Л . З . П = 8,5 4,06 10 4 57,3 = 6000 к м
Figure 00000009
, и из (3) находим: 8.5 R AND 3 L . 3 . P 57.3 H
Figure 00000008
from where R AND 3 L . 3 . P = 8.5 4.06 10 four 57.3 = 6000 to m
Figure 00000009
, and from (3) we find:

Р И З Л . З . П . = 10 13 36 10 12 5 10 2 1 = 72 В т

Figure 00000010
. R AND 3 L . 3 . P . = 10 - 13 36 10 12 5 10 - 2 one = 72 AT t
Figure 00000010
.

Произведем далее расчет мощности передатчика спутника 1 РИЗЛ.СП при активной ретрансляции ЭМИ в направлении спутников 4 на низких или средних орбитах ССС. Эту ретрансляцию, как уже указывалось, осуществляют на частотах ЭМИ выше 20 ГГц. Рассмотрим случай ретрансляции на спутники 4, расположенные на низких орбитах. В частности, в СССР на низких орбитах LEO выводились спутники серии «Космос» в интересах обслуживания связью Северного полушария:Next, we will calculate the power of the satellite transmitter 1 R REF.SP with active relay of electromagnetic radiation in the direction of satellites 4 at low or medium orbits of the CCC. This relay, as already indicated, is carried out at EMP frequencies above 20 GHz. Consider the case of relaying to satellites 4 located in low orbits. In particular, in the USSR, in the low LEO orbits, satellites of the Cosmos series were launched in the interest of servicing communications in the Northern Hemisphere:

- «Космос-80», запуск 03.09.65 г.; перигей/апогей - 1500/1500 км; наклонение орбиты 56°; время обращения 116 мин;- "Cosmos-80", launch 03.09.65; perigee / apogee - 1500/1500 km; 56 ° orbital inclination; circulation time 116 min;

- «Космос-367» - 03.10.70 г., 922/1024; 65,28°; 104 мин;- "Cosmos-367" - 03.10.70, 922/1024; 65.28 °; 104 min;

- «Космос-967» - 13.12.77 г.; 973/1013; 66,08°; 105 мин.- "Cosmos-967" - 12/13/77; 973/1013; 66.08 °; 105 minutes

На средневысотные орбиты МЕО в СССР выводились спутники также серии «Космос»:Satellites of the Cosmos series were also launched into the mid-altitude orbits of MEO in the USSR:

- «Космос-482» - 31.03.72 г.; 210/9813; 52°; 201,4 мин;- “Cosmos-482” - 03/31/72; 210/9813; 52 °; 201.4 min;

- «Космос-839» - 09.07.76 г.; 984/2100; 65,9°; 117 мин;- "Cosmos-839" - 09.07.76; 984/2100; 65.9 °; 117 min;

- «Космос-1413» - 12.10.82 г.; 19100/19100; 64,8°; 673 мин.- "Cosmos-1413" - 12.10.82; 19100/19100; 64.8 °; 673 minutes

Как показано в [3, 4], для орбитальных группировок ССС рекомендуются орбиты с наклонением плоскостей орбиты от 50° до 75°. Именно орбиты с такими углами наклонения и рекомендуются авторами для объединения с ССС на высокой эллиптической орбите серии «Молния», т.е. φ°±10°, где φ° - угол наклонения высокой субсинхронной орбиты.As shown in [3, 4], orbits with inclination of the orbital planes from 50 ° to 75 ° are recommended for CCC orbital groups. It is the orbits with such inclination angles that are recommended by the authors for combining with CCC in the high elliptical orbit of the Lightning series, i.e. φ ° ± 10 °, where φ ° is the inclination angle of the high subsynchronous orbit.

Для расчетов примем высоту низких орбит ССС равной 1500 км. Число спутников (космических аппаратов (КА) на этой орбите) при всесуточной и глобальной связи (см. [3]) устанавливают равным 48 при равномерном их расположении на орбите. При сохранении уже указанных условий приема, т.е. при отношении сигнал/шум ~103 и уровне сигнала на приемной антенне спутника 4 с радиусом RПР=1 м не менее 10-13 Вт, мощность излучения ретранслятора спутника 1 определим из выражения:For calculations, we take the altitude of the low orbits of the CVS equal to 1500 km. The number of satellites (spacecraft (SC) in this orbit) for all-day and global communications (see [3]) is set equal to 48 if they are evenly located in orbit. If you save the already specified reception conditions, i.e. when the signal-to-noise ratio is ~ 10 3 and the signal level at the receiving antenna of satellite 4 with a radius R PR = 1 m of at least 10 -13 W, the radiation power of the satellite repeater 1 is determined from the expression:

Р И З Л . С П 10 13 ( R И З Л . С С С ) 2 1 2 ,

Figure 00000011
R AND 3 L . FROM P 10 - 13 ( R AND 3 L . FROM FROM FROM ) 2 one 2 ,
Figure 00000011

где RИЗЛ.ССС - радиус пятна излучения со спутника 1 на высоте НОРБ.ССС (высоте низкой орбиты ССС). Расстояние между спутниками 4 на орбите может быть оценено при делении длины круговой орбиты 2π(НОРБ.НИЗ+-RЗЕМ) на число спутников. При радиусе земли R3≈6400 км, НОРБ.ССС=1500 км и числе спутников 48 расстояние между соседними спутниками 4 оказывается равным 1033 км.where R ISL.SSS is the radius of the spot of radiation from satellite 1 at a height of H ORB.SSS (the height of the low orbit of the CCC). The distance between satellites 4 in orbit can be estimated by dividing the length of the circular orbit 2π (N ORB.LOW + -R ZEM ) by the number of satellites. With the radius of the earth R 3 ≈6400 km, N ORB.SSS = 1500 km and the number of satellites 48, the distance between neighboring satellites 4 is 1033 km.

Так как авторами предложено формировать излучающую площадь на высоте НОРБ.ССС SИЗЛ=π(RИЗЛ)2 такой, чтобы в этой площади по ее оси помещалось не менее трех спутников, то размер RИЗЛ.ССС следует устанавливать равным 2500 км. Тогда мощность излучения РИЗЛ.СП оказывается равной:Since the authors proposed to form a radiating area at an altitude of H ORB.SSS S RL = π (R RL ) 2 such that at least three satellites fit along this axis along its axis, the size R RL.SSS should be set equal to 2500 km. Then the radiation power P REF.SP is equal to:

РИЗЛ.СП=10-13·(2,5·106 м)2=6,25·10-1≈0,6 Вт.P OBS.SP = 10 -13 · (2.5 · 10 6 m) 2 = 6.25 · 10 -1 ≈0.6 W.

Понятно, что при увеличении РИЗЛ.СП, например, до 6 Вт прием этого излучения на всех трех спутниках 4 на низких орбитах ССС будет еще более надежным.It is clear that with an increase in P REF.SP , for example, up to 6 W, the reception of this radiation on all three satellites 4 in the low orbits of the CCC will be even more reliable.

Уменьшение мощности передатчика на спутнике 1 практически в 102 раз по сравнению с прототипом существенно уменьшит размер и массу как передатчика, так и спутника в целом и, следовательно, обеспечивает экономический эффект при запуске и эксплуатации спутника.Reducing the power of the transmitter on satellite 1 by almost 10 2 times compared with the prototype will significantly reduce the size and weight of both the transmitter and the satellite as a whole and, therefore, provides an economic effect when starting and operating the satellite.

Для формирования на высоте НОРБ.ССС площади мощности излучения SИЗЛ с радиусом RИЗЛ.ССС=2500 км авторами предложена сферическая антенна, показанная на фиг.2. Ось 9 антенны 10 направляют на центр Земли. Антенна 10 является частью шара 11 с центром в т.O. Для формирования на нужной высоте RИЗЛ.ССС излучатель 12 смещают по оси 9 на величину Δ 13 вниз от плоскости, проходящей через края антенны. Угол α 14 устанавливают от вертикали, параллельной оси антенны и идущей от ее края, а ее величину определяют из равенства:For the formation at a height of H ORB.SSS , the radiation power area S RL with a radius R RL.SSC = 2500 km, the authors proposed a spherical antenna, shown in figure 2. The axis 9 of the antenna 10 is directed to the center of the earth. Antenna 10 is part of ball 11 centered in T.O. To form at the desired height R RED.SSC, the emitter 12 is displaced along the axis 9 by a value of Δ 13 down from the plane passing through the edges of the antenna. The angle α 14 set from the vertical parallel to the axis of the antenna and going from its edge, and its value is determined from the equality:

α = R И З Л . С С С 180 ( H Н О Р Б . С С С ) π , ( 4 )

Figure 00000012
α = R AND 3 L . FROM FROM FROM 180 ( H - N ABOUT R B . FROM FROM FROM ) π , ( four )
Figure 00000012

где RИЗЛ.ССС - радиус зоны облучения передатчиком спутника на высокой орбите H; НОРБ.ССС - высота низкой или средней орбит ССС.where R ISL.SSS is the radius of the irradiation zone by the satellite transmitter in high orbit H; N ORB.SSS - the height of the low or medium orbits of the CCC.

Величину смещения Δ 13 определяют из условия, при котором угол между прямой, соединяющей т.C на оси антенны (место расположения излучателя) и краем антенны и радиусом из т.O в ту же точку края антенны равен углу между тем же радиусом и направлением прямой, отклоненной от упомянутой выше вертикали, формирующей с ней угол α.The offset value Δ 13 is determined from the condition under which the angle between the straight line connecting t.C on the axis of the antenna (the location of the emitter) and the edge of the antenna and the radius from t.O to the same point of the edge of the antenna is equal to the angle between the same radius and the direction of the straight line deviated from the aforementioned vertical, forming an angle α with it.

Следует отметить, что смещенный на величину Δ излучатель может быть заменен на рефлектор (зеркало) излучателя, а сам излучатель помещают на оси антенны в плоскости зеркала. Такое расположение излучателя и его рефлектора (зеркала) в литературе названо как двузеркальная антенна Кассергена [6].It should be noted that the emitter shifted by Δ can be replaced by a reflector (mirror) of the emitter, and the emitter itself is placed on the axis of the antenna in the plane of the mirror. Such an arrangement of the emitter and its reflector (mirror) is referred to in the literature as the Cassergen two-mirror antenna [6].

Так как все расчеты, выполненные выше, производились при RЗЕР=1 м, то при RИЗЛ.ССС=2500 км, H=40600 км и НОРБ.ССС=1500 км, угол α оказывается равным ~3,7°. Полученное значение α позволяет использовать в качестве антенны также и параболическое зеркало, так как при таком малом угле фокусы сферы и параболы совпадают. Поэтому авторами рекомендовано использование только сферической формы антенны.Since all the calculations performed above were performed at R ZER = 1 m, then at R OVER.SSS = 2500 km, H = 40600 km and N ORB.SSS = 1500 km, the angle α turns out to be ~ 3.7 °. The obtained value of α makes it possible to use a parabolic mirror as an antenna, since at such a small angle the foci of the sphere and the parabola coincide. Therefore, the authors recommended the use of only a spherical shape of the antenna.

Необходимо отметить, что увеличение мощности излучения РИЗЛ.СП спутника 1 позволяет оси приемных антенн на спутниках 4 установить параллельно направлению на центр Земли, т.е. не ориентировать их на спутник 1 из-за малости угла α.It should be noted that an increase in the radiation power P ILL.SP of satellite 1 allows the axis of the receiving antennas on satellites 4 to be set parallel to the direction to the center of the Earth, i.e. Do not orient them to satellite 1 due to the small angle α.

Также появляется возможность сократить число земных станций, обслуживающих низкие или средние высокоскоростные ССС, переведя часть ретрансляционных функций на спутник на высокой орбите, способный в едином масштабе времени ретранслировать на территорию, охватываемую как минимум тремя спутниками на низких орбитах. Такие территории могут оказаться равными территории России и их ближайших соседей. Такой вывод можно сделать исходя из того, что зона обслуживания спутниками 4 на низких орбитах представляет собой круг, диаметром не менее 5800 км [3].It is also possible to reduce the number of earth stations serving low or medium high-speed CCCs by transferring some of the relay functions to a satellite in high orbit, capable of relaying on a single time scale to the territory covered by at least three satellites in low orbits. Such territories may turn out to be equal to the territories of Russia and their closest neighbors. This conclusion can be made on the basis that the satellite coverage area 4 in low orbits is a circle with a diameter of at least 5800 km [3].

Число спутников в группировке ССС, как известно [3], с высотой орбиты уменьшается при одновременном расширении зоны охвата на Земле, поэтому число спутников, расположенных на средних высотах орбит ССС и попадающих в зону SИЗЛ (с радиусом RИЗЛ.ССС), можно ограничить одним спутником. Это связано с тем, что средневысотные ССС с высотой орбит 10390 км (например, расположенные между 1-м и 2-м радиационными поясами Ван-Аллена) имеют в группировке 10 спутников и зону охвата до 11000 км.The number of satellites in the CCC group, as is known [3], decreases with the orbit altitude while expanding the coverage area on Earth, therefore, the number of satellites located at the average altitudes of the CCC orbits and falling into zone S of the RL (with radius R RL.CSS ) can limit to one satellite. This is due to the fact that mid-altitude CCS with an orbit height of 10390 km (for example, located between the 1st and 2nd Van Allen radiation belts) have 10 satellites in the constellation and a coverage area of up to 11,000 km.

Таким образом, предложен способ соединения ССС на низких и средних орбитах расположения спутников с системой ССС, в которой спутник располагают на высокой субсинхронной орбите, который позволяет:Thus, a method is proposed for connecting SSS at low and medium orbits of the location of satellites with the SSS system, in which the satellite is placed in a high subsynchronous orbit, which allows:

- обеспечить ретрансляцию излучений (сообщений) в едином масштабе времени на большие территории на Земле, при этом ретрансляцию сообщений с высокой орбиты на низкие или средние орбиты действующих ССС осуществляют на частоте, выше 20 ГГц;- to provide relaying of emissions (messages) in a single time scale to large areas on Earth, while relaying messages from a high orbit to low or medium orbits of existing CCCs is carried out at a frequency above 20 GHz;

- существенно уменьшить мощности излучений со спутников на высоких орбитах до единиц Вт и, следовательно, позволяет существенно уменьшить массу и габариты спутника, что приводит к уменьшению затрат при запуске и управлении спутником;- significantly reduce the power of radiation from satellites in high orbits to units of W and, therefore, can significantly reduce the mass and dimensions of the satellite, which leads to lower costs when launching and controlling the satellite;

- возможное уменьшение числа земных передающих станций, участвующих в процессе односторонней ретрансляции сообщений в ССС на низких или средних высотных орбитах;- a possible decrease in the number of terrestrial transmitting stations participating in the process of one-way relay of messages in the CCC at low or medium altitude orbits;

- энергетические и эксплуатационные выгоды, связанные с предложением исключения в процессе эксплуатации систем автоматического слежения антенны земного передатчика за перемещением высотного спутника по орбите в апогее и антенн спутников на низких или средних орбитах, принимающих излучения на частотах, выше 20 ГГц;- energy and operational benefits associated with the proposal to exclude during the operation of automatic tracking systems of the earth transmitter antenna for moving a high-altitude satellite in orbit at the apogee and satellite antennas in low or medium orbits that receive radiation at frequencies above 20 GHz;

- возможное исключение межспутниковой связи в упомянутых низкоорбитных ССС за счет использования сообщений с высокой субсинхронной орбиты.- the possible exclusion of inter-satellite communications in the aforementioned low-orbit SSS due to the use of messages from a high subsynchronous orbit.

Использованная литература:References:

1. Аболиц А.И. Система спутниковой связи. М.: ИТИС, 2004 (ISBN-5-87484-085-0).1. Abolits A.I. Satellite communications system. M .: ITIS, 2004 (ISBN-5-87484-085-0).

2. Справочник по спутниковой связи и вещанию под ред. Кантора Л.Я. М: «Радио и связь», 1983.2. Handbook of satellite communications and broadcasting, ed. Cantora L.Ya. M: "Radio and communications", 1983.

3. Горностаев Ю.М., Соколов В.В., Невдяев Л.М. Перспективные спутниковые системы связи. М.: «Горячая линия - Телеком», 2000.3. Gornostaev Yu.M., Sokolov VV, Nevdyaev L.M. Promising satellite communications systems. M .: “Hot line - Telecom”, 2000.

4. «Космонавтика», энциклопедия. М.: «Сов. энциклопедия», 1985.4. "Cosmonautics", encyclopedia. M .: “Owls. Encyclopedia ", 1985.

5. Гусятников И.И., Вайсбург Г.М., Зильберман А.Р. и др. Передача телеграфных сообщений при использовании отражения от Луны. М.: Энергосвязь, 1977, №4. - С.26-28.5. Gusyatnikov I.I., Weissburg G.M., Zilberman A.R. and others. The transmission of telegraph messages using reflection from the moon. M .: Energosvyaz, 1977, No. 4. - S.26-28.

6. «Антенны и устройства СВЧ». Проектирование фазированных антенных решеток. - п/ред. Д.И.Воскресенского. М.: «Радио и связь», 1994.6. "Antennas and microwave devices." Designing phased array antennas. - p / ed. D.I. Voskresensky. M .: "Radio and communications", 1994.

Claims (2)

1. Способ объединения спутниковых систем связи (ССС), которые располагают на низких или средних околоземных орбитах со спутниками связи, которые располагают на высоких субсинхронных орбитах и обеспечивают всесуточную связь, включает в себя операцию односторонней активной ретрансляции излучений, которую получают с земных передатчиков, в направлении Земли, отличающийся тем, что активную ретрансляцию излучений, которые подают на приемную антенну спутника на высокой субсинхронной орбите земными передатчиками, осуществляют передающей антенной, ось которой направляют на центр Земли в частотном диапазоне выше 20 ГГц, причем излучающую антенну изготовляют такой, что излучающим пятном мощности передатчика формируют на высоте низких или средних орбит ССС круг площадью SИЗЛ, на оси которой в направлении упомянутых орбит ССС одновременно попадает не менее трех спутников на низких орбитах и не менее одного спутника на средних орбитах ССС, а каждый спутник этих ССС снабжают дополнительно приемником с антенной, которые стационарно направляют на центр части высотной орбиты для приема излучений на упомянутой частоте, при этом ось диаграммы направленности антенн земного передатчика также стационарно наводят на центр части высотной орбиты, с которой осуществляют связь с Землей, а телесный угол диаграммы направленности земных передатчиков устанавливают ±8,5°.1. The method of combining satellite communication systems (CCC), which are located in low or medium Earth orbits with communication satellites, which are located in high subsynchronous orbits and provide daily communication, includes the operation of a one-way active relay of radiation that is received from terrestrial transmitters into the Earth’s direction, characterized in that the active relay of the radiation that is fed to the satellite’s receiving antenna in high subsynchronous orbit by the earth transmitters is carried out by the transmitting antenna constant, whose axis is directed at the center of the earth in the frequency range above 20 GHz, wherein the transmitter antenna is manufactured such that the emitting transmitter spot power is formed at a height low or medium orbit CAS circle area S ILD at which the axis in the direction of said orbits CAS simultaneously adjudged not less than three satellites in low orbits and at least one satellite in the middle orbits of the CCC, and each satellite of these CCCs is additionally equipped with a receiver with an antenna, which are stationary directed to the center of the part of the high-altitude orbit for ma radiation at the frequency, the axis of antenna patterns terrestrial transmitter also suggest stationary center portion altitude orbits, which are in communication with the Earth, and the solid angle of the directional pattern of terrestrial transmitters mounted ± 8,5 °. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зеркало передающей антенны на частоте излучения выше 20 ГГц изготавливают сферическим, а излучатель или рефлектор излучателя располагают на оси антенны ниже плоскости проходящей через края антенны на величину Δ, которую устанавливают над фокусом сферы так, что угол α от вертикали, проходящей от края антенны и параллельной оси, и направлением излучения устанавливают из равенства:
α = R И З Л . С С С 180 ( H H О Р Б . С С С ) π ,
Figure 00000013

где RИЗЛ.ССС - радиус зоны облучения излучением передатчика спутника на высокой орбите Н;
НОРБ.ССС - высота низкой или средней орбиты ССС.
2. The method according to claim 1, characterized in that the mirror of the transmitting antenna at a radiation frequency above 20 GHz is made spherical, and the emitter or reflector of the emitter is placed on the axis of the antenna below the plane passing through the edges of the antenna by a value Δ, which is set above the focus of the sphere so that the angle α from the vertical passing from the edge of the antenna and parallel to the axis, and the direction of radiation is established from the equality:
α = R AND 3 L . FROM FROM FROM 180 ( H - H ABOUT R B . FROM FROM FROM ) π ,
Figure 00000013

where R ISL.SSS is the radius of the radiation zone of the radiation from the satellite transmitter in high orbit H;
N ORB.SSS - the height of the low or medium orbit of the CCC.
RU2010152089/07A 2010-12-20 2010-12-20 Method of merging satellite communication systems RU2486676C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010152089/07A RU2486676C2 (en) 2010-12-20 2010-12-20 Method of merging satellite communication systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010152089/07A RU2486676C2 (en) 2010-12-20 2010-12-20 Method of merging satellite communication systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010152089A RU2010152089A (en) 2012-07-10
RU2486676C2 true RU2486676C2 (en) 2013-06-27

Family

ID=46847999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010152089/07A RU2486676C2 (en) 2010-12-20 2010-12-20 Method of merging satellite communication systems

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2486676C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714301C1 (en) * 2019-05-28 2020-02-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method for retransmitting radio signals from a geostationary orbit

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988004866A1 (en) * 1986-12-23 1988-06-30 Messerschmitt-Bölkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschr Process for data transmission by means of a geo-stationary satellite and at least one sub-satellite
EP0409721A1 (en) * 1989-07-19 1991-01-23 Centre National D'etudes Spatiales Satellite and method of bringing into orbit by gravitational assistance
RU2160963C2 (en) * 1994-06-22 2000-12-20 Эрикссон Инк. Radio communication system using geostationary and non- geostationary satellites
RU2199803C2 (en) * 1996-03-20 2003-02-27 Сантр Насьональ Д'Этюд Спасьаль Improvement of remote-probing or remote- communication space vehicles
RU2349513C2 (en) * 2007-04-13 2009-03-20 Валерий Александрович Меньшиков International aerospace automated system for monitoring of global geophysical events and prediction of natural and anthropogenic disasters (iasasm)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988004866A1 (en) * 1986-12-23 1988-06-30 Messerschmitt-Bölkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschr Process for data transmission by means of a geo-stationary satellite and at least one sub-satellite
EP0409721A1 (en) * 1989-07-19 1991-01-23 Centre National D'etudes Spatiales Satellite and method of bringing into orbit by gravitational assistance
RU2160963C2 (en) * 1994-06-22 2000-12-20 Эрикссон Инк. Radio communication system using geostationary and non- geostationary satellites
RU2199803C2 (en) * 1996-03-20 2003-02-27 Сантр Насьональ Д'Этюд Спасьаль Improvement of remote-probing or remote- communication space vehicles
RU2349513C2 (en) * 2007-04-13 2009-03-20 Валерий Александрович Меньшиков International aerospace automated system for monitoring of global geophysical events and prediction of natural and anthropogenic disasters (iasasm)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714301C1 (en) * 2019-05-28 2020-02-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Method for retransmitting radio signals from a geostationary orbit

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010152089A (en) 2012-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107431508B (en) Procedure and device for communication with a user antenna
KR102175023B1 (en) Apparatus, systems and methods for obtaining information about electromagnetic energy emitted from the earth, such as for locating an interference source on earth
CN107431509B (en) Method and apparatus for multiple beam-like generation and use
US9425888B2 (en) Methods and systems for providing high-speed connectivity to aircraft
Rajan et al. Orbiting low frequency array for radio astronomy
CN107431528B (en) Method for increasing data transfer rate
EP3266121B1 (en) Means of improving data transfer
CA3066691A1 (en) High throughput fractionated satellites for direct connectivity with end user devices and terminals using flight formations of small or very small satellites
NO318038B1 (en) Efficient method and system for satellite audio broadcasting to mobile or fixed receiver in high geographical area of operation
US20130062471A1 (en) Inclined orbit satellite communication system
US20130309961A1 (en) Method and system for maintaining communication with inclined orbit geostationary satellites
US11206078B1 (en) System for low-latency satellite subbeam handover
KR20210136074A (en) High-throughput split satellites
RU2486676C2 (en) Method of merging satellite communication systems
Iwata et al. Mission instruments for lunar gravity measurements using SELENE sub-satellites
US11483063B2 (en) Method and system for providing air traffic control within a geographic sector
RU2366086C1 (en) Method of developing space relay system incorporating geosynchronous relay-satellites
RU2322760C2 (en) Regional system for mobile satellite communications and servicing transportation corridors
RU2009118225A (en) METHOD FOR CONSTRUCTING A GLOBAL SATELLITE INFORMATION RELAY SYSTEM BETWEEN LOW-ORBIT SPACE INSTRUMENTS AND GROUND RECEIVER TRANSMISSIONS WITH RETURN-RETRO-SATELLITES
RU2826818C1 (en) Method of transmitting messages in two-level satellite communication system
RU72804U1 (en) SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM
RU2695540C2 (en) Global satellite communication system on medium circular orbits
Williamson Deep space communications
Barnwal et al. Automatic Dependent Surveillance-Broadcast Using Satellite over Indian Air Space
JP2000324035A (en) Satellite communication system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151221