Вопрос № 2 Общая характеристика ретрансляторов «Сегмент-3» и «Дельта».

Вопрос № 1. Принцип построения ретрансляторов связи.

Ретрансляторы связи, размещенные на ИСЗ, представляют собой сложный комплекс радиотехнических устройств. Особенности функционирования РС в условиях космического пространства обусловливают наличие на борту ИСЗ, кроме ретрансляционного оборудования, других систем, обеспечивающих нормальную эксплуатацию приемопередающей аппаратуры. В составе спутника связи можно выделить:

- собственно ретранслятор с несколькими антеннами различного назначения;

- аппаратуру командной и телеметрической радиолиний;

- систему ориентации и стабилизации ИСЗ на орбите;

- аппаратуру траекторных измерений и коррекции орбиты ИСЗ;

- системы электропитания, терморегулирования и другие.

Структура и параметры РС определяются требованиями, предъявляемыми к системе КС по оперативному управлению и качеству каналов КС.

Основные параметры ретрансляторов связи:

- число стволов;

- число и тип антенных устройств;

- энергетические характеристики;

- уровень помехозащищенности.

Существующие ретрансляторы связи условно можно разделить на две основные группы: - РС без обработки сигналов; - РС с обработкой сигналов.

Ретрансляторы связи без обработки сигналов на борту.

Ретрансляторы без обработки сигналов могут быть построены по схеме усиления на СВЧ или ПЧ. РС с усилением на СВЧ представляют собой наиболее простой вид активных ретрансляторов. В них осуществляются прием и усиление сигналов земных станций на СВЧ со сдвигом частот передачи относительно частот приема. Структурная схема такого РС представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема РС

Принцип работы одноствольного РС без обработки сигналов заключается в следующем. Многостанционный сигнал, принятый антенной, после селекции полосовым фильтром (ПФ) и усиления в МШУ преобразуется в смесителе с помощью частоты местного гетеродина в диапазон частот передачи. В устройстве сопряжения выделяются сигналы команд управления режимами работы РС, которые подаются на приемник команд, где они демодулируются, и через дешифратор поступают к соответствующим исполнительным устройствам.

Передача на Землю телеметрической информации (ТМ) о состоянии всех систем РС производится на отдельной несущей fм, промодулированной сигналами ТМ, которая в устройстве сопряжения объединяется с многостанционным сигналом. После усиления суммарный сигнал поступает в антенну РС.

Если для передачи командной и телеметрической информации используется отдельный диапазон частот, то РС должен иметь отдельные приемопередающие тракты и антенны. В этом случае оперативное управление спутником возможно только со станций наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами. Одноствольные РС с усилением на СВЧ при обеспечении связи с большим числом станций КС в системе должны быть широкополосными, а передатчик обладать значительной мощностью. В этом случае не удается обеспечить высокий КПД усилительных приборов и их надежную работу. Кроме того, РС в военных системах КС должны обеспечить ретрансляцию сигналов ЗССС с различным энергетическим потенциалом. Известно, что совместное прохождение через широкополосный тракт РС сигналов с различным уровнем приводит к неодинаковому распределению мощности передатчика между излучаемыми сигналами, а это, в свою очередь, приводит к снижению отношения сигнал/шум, а следовательно, и к ухудшению качества связи на линиях, образованных мобильными ЗССС, обладающих сравнительно низким энергетическим потенциалом.

Указанные недостатки частично устраняются при переходе к многоствольным ретрансляторам. Многоствольные РС проектируются для работы в широкой полосе частот, обычно 500 МГц при ширине полосы частот ствола до 50 МГц. При этом полосы соседних стволов могут не иметь защитного интервала. Структурная схема шестиствольного РС с усилением на СВЧ приведена на рисунке 2. Из рисунка 2 видно, что стволы объединены в группы по три. Первую группу образуют нечетные стволы, вторую – четные. Это позволяет осуществлять более качественную расфильтровку сигналов ЗССС, лежащих в соседних стволах. Кроме того, обе группы стволов подключены к разным антеннам, которые повышают надежность расфильтровки сигналов соседних стволов за счет применения различной поляризации.

Рис. 2. Структурная схема шестиствольного РС

РС с усилением на СВЧ отличаются схемной простотой и широко применяются в действующих системах КС. Недостатки таких РС:

- невысокая избирательность;

- недостаточная гибкость системы при перераспределении сигналов ССС между стволами и антеннами РС.

Ретрансляторы связи с обработкой сигналов на борту.

Ретрансляция сигналов с обработкой на борту позволяет существенно улучшить технические и эксплуатационные характеристики ретрансляторов связи.

Под обработкой сигналов понимается осуществление в аппаратуре РС определенных операций, которые приводят к изменению структуры и формы принятых сигналов, т.е. к изменению их спектральных и временных характеристик. К таким операциям относятся:

- демодуляция принятых сигналов;

- их объединение по одному из признаков;

- формирование новых радиосигналов, отличающихся своими характеристиками от принятых.

Упрощенная структурная схема ствола РС с обработкой сигналов приведена на рисунке 3.

Рис. 3. Структурная схема РС с обработкой сигнала на борту

Дешифратор адреса и разделитель сигналов ЗССС обеспечивают идентификацию принимаемых сигналов ЗССС и разделение этих сигналов по адресному признаку. В зависимости от метода многостанционного доступа в качестве адресного признака могут быть использованы частота, время или форма (структура) сигнала. После разделения в индивидуальных трактах сигналы усиливаются и демодулируются. Демодулированные сигналы каждой ЗССС могут либо объединяться в аппаратуре уплотнения в единый групповой сигнал и передаваться затем на одной несущей, либо группироваться по направлениям и передаваться на различных несущих.

В перспективе РС с обработкой сигналов будут многоствольными с возможностью поканальной межствольной коммутации. Оперативные возможности таких РС по изменению схем организации КС, повышению помехозащищенности направлений КС значительно выше, чем у РС без обработки.

Вопрос № 2 Общая характеристика ретрансляторов «Сегмент-3» и «Дельта».

РС «Сегмент-3» смонтирован на ИСЗ типа «Молния-3», движущихся по эллиптическим орбитам с основными параметрами: На = 40000 км, Нп =500 км, апогей – над Северным полушарием, наклонение орбиты i=64,5⁰, период обращения Т ~ 12 ч. За сутки РС совершает 2 оборота (витка) вокруг Земли (прямой и сопряженный) и создает возможность обеспечения связи преимущественно в Северном полушарии. Для обеспечения непрерывной круглосуточной связи на орбиту обычно выведено 4 ИСЗ со сдвигом времени прохождения апогея на 6 часов.

Первый запуск РС «Сегмент-3» осуществлен 21 ноября 1974 г.

Основные технические характеристики РС «Сегмент-3»:

- диапазон частот:

- 5725...6225 МГц - на прием (диапазон передачи ЗС);

- 3400...3900 МГЦ - на передачу (диапазон приема ЗС).

Оба диапазона разбиты на 10 поддиапазонов по 50 МГц. Каждый такой поддиапазон выделяется для работы одного ствола в соответствии с его номером.

- масса ИСЗ на орбите 1740 кг;

- масса РС 210 кг;

- число активных стволов 3 (№ 6, 8, 10);

- выходная мощность УМ стволов: № 8 и 10 - 40 Вт, № 6 - 80 Вт;

- ширина полосы пропускания ствола по ПЧ, МГц: - №№ 8 и 10 - 40 и 10, - № 6 - 50;

- добротность тракта приема ствола -23,4 дБ/К;

- динамический диапазон входных сигналов -85...-105 дБ/Вт;

- эквивалентная шумовая температура ствола 3000 К;

- тип и количество антенн - 2 рупорные;

- ширина диаграммы направленности (ШДН) антенн по уровню половинной мощности Q = 21,5⁰;

- коэффициент усиления антенн - 15 дБ;

- мощность солнечных батарей - 1130 Вт;

- потребляемая мощность от источников питания - 945 Вт;

- КПД РС 16,9 %;

- средний активный срок РС на орбите - 3 года.

Параметры и ориентация антенн позволяют формировать следующие зоны обслуживания:

- на основном витке - преимущественно восточная часть Северного полушария (территория СНГ и прилегающих ТВД), а также американский континент севернее 40-й параллели; - на сопряженном витке - в основном западная часть Северного полушария (территория Северной Америки) и Восточное полушарие севернее 40-й параллели.

Структурная схема РС «Сегмент-3» представлена на рисунке 4.

Рис. 4. Структурная схема РС «Сегмент-3»

Ретранслятор имеет 3 ствола, которые работают на общие широкоугольные приемную и передающую антенны. Стволы построены по принципу прямой ретрансляции. По тракту приема стволы № 8 и 10 имеют широкополосный тракт с полосой 40 МГц и узкополосный тракт с полосой 10 МГц.

В отличие от РС «Дельта» на ретрансляторе «"Сегмент-3» нет четкого разделения стволов для работы по радиальным и узловым направлениям СС.

Ретрансляция сигналов ППЦ, узловых автономных ЗССС может осуществляться любым из трех стволов либо всеми стволами одновременно. Выбор ствола для работы по радиальным или узловым направлениям КС зависит от его загрузки и энергетических параметров передающих устройств земных станций.

В качестве усилительных элементов (УМ) стволов используются ЛБВ, работающие в режиме насыщения или в квазилинейном режиме в зависимости от вида и числа ретранслируемых сигналов. Переключение режимов работы ЛБВ осуществляется для каждого ствола отдельно по командам с Земли в зависимости от уровня сигналов, поступающих на вход ЛБВ.

Ретрансляторы «Дельта» монтируются на ИСЗ типа «Грань» («Радуга»), движущихся по круговым стационарным орбитам с параметрами: наклонение орбиты i = 5⁰, высота полета ИСЗ – около 36000 км, период обращения - около 24 ч. Поскольку движение ИСЗ совпадает с направлением вращения Земли, подспутниковая точка практически не меняет своего положения. Для организации КС используются несколько ИСЗ «Грань».

Основные технические характеристики РС «Дельта»:

- масса ИСЗ на орбите 1820 кг;

- масса РС 291 кг;

- число активных стволов - 7, из них на прием и передачу одновременно работают 6 стволов. При этом на передачу и прием работают 2, 4, 6, 8 и 10-й стволы, 3-й ствол - только на прием, а 5-й - только на передачу;

- выходная мощность УМ стволов: № 2 - 80 Вт, № 4 - 11,5 Вт, № 5 – 15 Вт, № 6, 8, 10 - 13 Вт;

- добротность тракта приема стволов -23...-11 дБ/К;

- эквивалентная шумовая температура стволов:

№№ 2, 3, 4 - 3000К;

№№ 6, 8, 10 - 4000К;

- динамический диапазон входных сигналов, дБ/Вт:

№№ 2, 4 - (-80...-125),

№ 3 - (-80...-100),

№ 6, 8, 10 - (-80...-125);

- количество антенн 6 (3 передающие, 3 приемные);

- тип и параметры передающих антенн:

- рупорная, ШДН 9 – 18⁰, КУ 19 дБ, 50 см,

- рупорная, ШДН 22,5⁰, КУ 15 дБ, 27 см,

- зеркальная, ШДН 4⁰, КУ 27 дБ, 140 см;

- тип и параметры приемных антенн:

- рупорная, ШДН 9 –18⁰, КУ 19 дБ, 16 - 32 см,

- рупорная, ШДН 22,5⁰, КУ 15 дБ, 17 см,

- зеркальная, ШДН 4⁰, КУ 27 дБ, 80 см (одинаковые усилительные свойства передающих и приемных антенн достигнуты за счет различий в геометрических размерах);

- мощность солнечных батарей - 1700 Вт;

- потребляемая мощность от источников питания - 620 Вт;

- КПД РС - 17,7 %;

- средний активный срок РС на орбите - 3 года.

Комплект антенн РС «Дельта» позволяет сформировать следующие зоны радиовидимости:

- антенны с ШДН 22,5⁰ обеспечивают радиоосвещенность в зоне от~70 с.ш. до 70 ю.ш. с размером зоны по экватору около 17000 км; - антенны с ШДН 9 - 18 высвечивают зону в Северном полушарии с размерами 9000 - 17000 км; - антенны с ШДН 4 направлены на район расположения стационарных ППЦ и высвечивают пятно диаметром примерно 3600 км.

Структурная схема РС «Дельта» представлена на рисунке 5.

Кроме сквозных стволов, ретранслятор имеет межствольные связи, что в совокупности с набором антенн различной направленности позволяет организовать работу ЗССС в радиальных, радиально-узловых и узловых сетях.

Реализация радиальных сетей. Радиальные направления КС организуются с использованием оборудования 3, 4 и 5-го стволов, а также подключенных к ним антенн.

Стволы N 3 и N 4 по тракту приема разделены на 2 части: шириной 10 МГц (3а, 3б и 4б) и 40 МГц (4а).

В зависимости от числа радиальных направлений в организуемой сети КС стационарные ППЦ передают в сторону РС групповой сигнал со скоростями 48, 96, 144, 240 или 480 кБод.

Рис. 5. Структурная схема РС «Дельта»

Сигналы ППЦ в радиальных и радиально-узловых направлениях принимаются узконаправленной антенной и стволом № 3 в полосе частот 3а и передаются на периферийные ЗССС в стволе № 5, работающем на широкоугольную антенну. В этой же полосе частот могут передаваться и сигналы ЦБУ.

Ответные сигналы периферийных ЗССС, работающих на разных частотах, принимаются широкоугольной антенной и стволом № 4 в полосе 4а и подаются в тракт передачи того же ствола, работающего на узконаправленную антенну.

В случае невозможности работы в полосе 3а приемного ствола № 3 информационные сигналы и сигналы ЦБУ от ППЦ принимаются стволом № 4 в полосе 4б и передаются в ствол № 5. При выходе из строя ППЦ восстановление радиальных направлений от центрального узла КС осуществляется с помощью подвижных центров КС, образованных несколькими узловыми ЗССС. В этом случае сигналы от узловых станций принимаются стволом № 3 в обеих полосах (3а и 3б) и передаются на периферийные ЗССС через передающие стволы № 5 и 2 (в полосе 3б).

Таким образом, приемные стволы №№ 3, 4, а также передающие стволы №№ 4, 5 обеспечивают работу радиальных направлений СС. Применение различных стволов для ретрансляции сигналов ППЦ и ответных сигналов малоканальных ЗССС, а также комбинация широкоугольных и остронаправленных антенн позволяют обеспечить совместную работу станций с различным энергетическим потенциалом через один РС и частично решить проблему защиты радиальных направлений связи от преднамеренных помех.

Реализация узловых сетей.

Напомним, что узловые сети применяются в интересах оперативного звена управления. Для этого применяются узловые и автономные ЗССС. Узловая ЗССС может обеспечить связь по 9 направлениям, с передачей в каждом из них сигналов с общей скоростью 4,8 кБод. Суммарный групповой сигнал узловой ЗССС излучается на одной частоте со скоростью 48 кБод. Ответные сигналы автономных ЗССС передаются на разных частотах. В числе направлений связи, образованных узловыми ЗССС, может быть и радиально-узловое направление на ППЦ. В этом случае узловая ЗССС способна обеспечить одновременную связь с двумя другими узловыми и пятью автономными СКС.

Для ретрансляции многочастотных сигналов узловых сетей используются стволы № 2 и 6, а при необходимости и стволы № 8 и 10. Стволы № 6, 8 и 10 обеспечивают прямую ретрансляцию сигналов. Усилители мощности передачи этих стволов могут работать либо в режиме насыщения, либо в квазилинейном режиме. Переключение режимов осуществляется по команде с Земли.

Режим с обработкой сигналов

Ствол № 2 по тракту приема обеспечивает усиление сигналов в двух полосах (2а и 2б) по 24 МГц каждая. Кроме того, ствол № 2 может работать в режиме обработки сигналов оконечных и узловых станций в блоке многостанционного доступа (БМД). В этом режиме сигналы автономных и узловых ЗССС в полосе частот 2б поступают в блок БМД, где разделяются, демодулируются и объединяются в поток с общей скоростью 480 кБод, которым манипулируется несущая методом ОФТ. С выхода БМД уплотненный сигнал подается в передающую часть ствола № 2. Одновременно в полосе частот 2а может осуществляться прямая ретрансляция сигналов.

Применение обработки сигналов ЗССС, работающих в узловых сетях, позволяет:

- повысить защищенность узловых сетей от преднамеренных помех;

- улучшить энергетику радиолиний за счет более эффективного использования мощности передающего устройства ствола № 2;

- увеличить пропускную способность ствола за счет более экономного расходования мощности передатчика и полосы частот.

В режиме обработки сигналы ЗССС узловых сетей, принятые в пределах частотной полосы 2б (средняя частота 82 МГц), разделяются по частоте, демодулируются до последовательностей видеоимпульсов и объединяются в единый групповой поток со скоростью 480 кБод. РС способен обработать до 6 сигналов узловых ЗССС, работающих в режиме ЧТ со скоростью 48 кБод, и до 22 сигналов оконечных ЗССС, передающих сигналы ЧТ со скоростью 4,8 кБод. Расстановка несущих частот ЗССС - равномерная, с шагом 1 МГц.

После объединения сигналов осуществляется манипуляция методом ОФТ колебаний промежуточной частоты 82 МГц, усиление манипулированного сигнала и передача ЗССС.

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 2797; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!