Российские низкоорбитальные системы

Экспериментальные запуски  первых советских низкоорбитальных спутников "Стрела-1" начались в 1964 году. После проведения испытаний  такие спутники стали запускаться  регулярно по 8 штук за один пуск на ракетах-носителях "Космос-3", а  позже - "Космос-3М". Причем спутники не выводились в какое-то конкретное место орбиты. Носитель обеспечивал  лишь размещение восьмерки аппаратов  в определенной орбитальной плоскости. Расхождение же "Стрел" по этой орбите обеспечивалось разными временами  отделения от ракеты. Тем самым  орбиты каждого из восьми "Стрел-1" получались разными, и аппараты постепенно "разбегались".

Более крупный аппарат "Стрела-2" впервые был выведен на орбиту год спустя - в 1965 году. Он был тяжелее "Стрелы-1", из-за чего эти спутники запускали только по одному аппарату за пуск - на тех же ракетах-носителях "Космос-3" и "Космос-3М". Однако "Стрела-2" имел при этом и более  высокую информативную пропускную способность, чем его предшественник.

С конца 60-х годов запуски  обоих вариантов "Стрел" стали  проводиться в СССР регулярно  с целью создания орбитальных  группировок и перехода от экспериментальной  к штатной эксплуатации систем низкоорбитальной связи. Впоследствие эти аппараты прошли модернизацию, на них изменилась элементная база. "Стрела-1М" и "Стрела-2М" запускались вплоть до начала 90-х годов.

1.5 Система спутниковой связи «Сигнал»

Низкоорбитальная система "Сигнал" разрабатывается АО "Международный  концерн космической связи" (АО МККС "КОСС"). финансирование работ осуществляется на коммерческой основе.

Система "Сигнал" предназначена  для обеспечения непрерывного круглосуточного  информационного обмена в реальном времени между подвижными и стационарными  абонентами. Она предоставляет абонентам следующие виды услуг:

- организацию дуплексной  речевой связи со скоростью  2,4 Кбит/с в диапазонах частот 1,5/1,6 ГГци 11/14 ГГц:

- передачу данных со  скоростью 1,2 - 2,4 Кбит/с в диапазонах  частот 1,5/1,6 ГГц и 11/14 ГГц;

- персональный вызов со  скоростью 300 и 600 бит/с в диапазоне частот 0,4 ГГц. Предусматривается возможность увеличения скорости передачи до 9,6 Кбит/с путем объединения нескольких каналов.

Завершение развертывания  системы для Евроазиатского континента и доведение числа КА в орбитальной группировке до 48 планируется осуществить в 1999-2000 гг..В дальнейшем планируется расширить сеть базовых станций (в перспективе до 150) и продолжить развертывание системы для обеспечения глобальной зоны обслуживания.Предполагается, что пропускная способность системы будет равна 1,5 млн. абонентов при средней нагрузке на абонента 0,01 Эрл и отказе в устанoвлении соединения не более, чем в 2% случаев при среднем времени установления соединения - около 30 с. 

 

7.2 Состав и  структура системы

Структура системы "Сигнал" приведена на рис. 6. Система состоит  из космического и земного сегментов. В состав земного сегмента входят:

- центр управления полетом (ЦУП):

- центр управления связью (ЦУС);

- сеть стационарных базовых  станций;

- сеть узловых и абонентских  станций.

В системе "Сигнал" не предусмотрено  межспутниковых линий. Связь между любыми абонентскими станциями (АС) организуется через КА и наземные базовые станции. Если один из абонентов не является пользователем системы, то вместо базовой станции может использоваться узловая станция 

 

Рис 6. Структурная схема  системы СИГНАЛ 

 

7.3 Космический  сегмент

Космический сегмент системы "Сигнал" включает орбитальную  группировку , состоящую из 48 КА с высотой круговой орбиты 1500 км. Наклонение орбиты составляет 74 градуса. Спутники расположены в 4 орбитальных плоскостях по 12 КА в каждой. Масса спутника 310 кг, срок службы 6 лет.

Для вывода спутников на орбиту предлагается использовать ракету-носитель "Циклон" (6 КА за запуск) или ракету-носитель "Космос" (2 КА за запуск).

Развертывание орбитальной  группировки из 48 КА предполагается проводить в следующем порядке.

Сначала формируются 2 орбитальные  плоскости по 6 КА в каждой, разнесенные  по долготе восходящего узла на 180°. Зона покрытия, гарантирующая радиовидимость 100% хотя бы одного КА под углом места более 5° , располагается в диапазоне широт от 84° с.ш. до 64° с.ш. При этом обеспечивается обслуживание почти всей части территории РФ .

Затем формируются еще 2 плоскости, разнесенные по долготе восходящего  узла на 180° и развернутые относительно первых двух на 90°. Зона однократного покрытия, гарантирующая радиовидимость 100% хотя бы одного КА под углом места более 5°, будет располагаться от 87,5° с.ш. до 48,6° с.ш.

Переход от орбитальной группировки  с 24 КА к полной группировке из 48 КА будет осуществляться путем добавления в каждую из 4-х плоскостей еще  по 6 КА. В результате орбитальная  группировка будет доведена до 48 КА. При такой ОГ гарантируется  однократное покрытие всей заявленной зоны обслуживания (от 90° с.ш. до 30° с.ш.) и 4-кратное покрытие зон от 84° с.ш. до 64° с.ш. 

Базовая станция

Базовая станция является узлом  сети связи. За каждой БС закреплено определенное количество АС, находящихся в ее зоне обслуживания. На базовой станции  решаются следующие основные задачи:

- организация связи в зоне  радиовидимости КА в соответствии с имеющимся планом;

- слежение за спутниками (одновременно  до 4-х КА);

- контроль параметров орбит;

- обеспечение управление ретрансляторами  и служебными системами;

- обмен информацией с другими  БС по магистральным каналам;

- вызов и организация установления  соединения;

- выбор маршрута соединения  и передача заявки на соединение  на ближайшую на маршруте БС;

- оценка местоположения подвижных  АС;

- анализ электромагнитной обстановки;

- учет времени занятия каналов  связи абонентами и расчет  платы за предоставляемые услуги (первичная тарификация).

Для связи между БС предусмотрены  специальные магистральные стволы в диапазонах частот 11/14 (15/19) ГГц  и 20/30 ГГЦ. Через базовую станцию  осуществляется выход абонентов  в телефонную сеть общего пользования.

7.5. Абонентские и узловые  станции

В системе создается сеть стационарных узловых станций, сеть мобильных  АС и сеть абонентов персонального  вызова. Узловая станция будет  поддерживать различные варианты подключения  абонентов - через проводные, сотовые  или микросотовые сети.

Сеть подвижных абонентов будет  включать следующие виды абонентских  станций:

- носимые АС (в диапазоне 0,3/0,4 ГГц);

- терминал типа "телефонная трубка";

- станции, возимые на подвижных  средствах (в диапазонах 0,3/0,4 ГГц, 1,5/1,6 ГГц, 2,1/1,9 ГГц и 2,5/1,6 ГГц);

- приемники персонального вызова  в диапазоне 0,4 ГГц.

Диапазоны и полосы частот, количество каналов, выделяемых для абонентских  радиолиний, радиолиний узловых станций  и фидерных линий (ФЛ) приведены в  табл. 7.1.

Терминалы узловых станций диапазона 20/30 ГГц используются в качестве коллективных станций, обеспечивая  стыковку системы со станциями сотовых  систем связи и телефонной сетью  общего пользования.

В диапазоне 0,3/0,4 ГГц используются турникетные антенны, а в остальных  диапазонах -плоские антенные решетки. В малогабаритных приемниках персонального  вызова - штыревая антенна. 

 

Таблица 7.1.

Радиочастотное  обеспечение системы "Сигнал"

Диапазон, ГГц	Назначение радиолинии	Линия "спутник-Земля", МГц	Линия "Земля-спутник", МГц	Полоса частот, МГц	Кол-во каналов
0,4	Персональный вызов	385,0-386,5	-	1,1	32/20 на КА
0,3/0,4	Абонентские радиолинии	270,075-275,0	335,4-343,5	4,0	64наКА
		311,35-322	386,5-399,9	7,5
1,5/1,6		1535,0-1558,76	1631,5-1655,26	23,76	8х6 на КА
2,1/1,9		2170,0-2200,0	1980,0-2010,0	28,16	11х6 на КА
2,5/1,6		2483,6-2500,0	1610,0-1625,5	14,24	11х6 на КА
11/14	ФЛ подвижных абонентов	11650-11700	14170-14220	48,0	724 на БС
15/19		15450-15650	19300-19600	48,0
20/30	Радиолиния узловых станций	18800-19300	28600-29100	32,0	256х2 на КА
20/30	ФЛ узловых станций	18800-19700	28600-29100	64,0	512наБС

 

 

7.6. Многостанционный доступ

В системе используется следующие  методы и протоколы доступа: нетактированная ALOHA в служебном канале и модернизированная процедура многостанционного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (МДКН/ОК) в информационном канапе. В отличие от стандартного протокола, в НССС "Сигнал" при передаче сообщения от спутникового ретранслятора в служебном канале "Маяк" содержится информация о номерах занятых и свободных каналов. Поэтому изначально абонент выбирает канал, в котором нет запросов на работу (запрет использования какого-либо канала может быть создан от базовой станции, осуществляющей резервирование каналов в интересах всей системы связи).

Абонент, желающий передать сообщение, выходит на связь только после  обнаружения свободного канала. При  возникновении конфликтов их обнаружение  производится на АС по характеру ответа от БС. Такая организация связи  позволяет обеспечить время передачи запроса и установления синхронизма  в 50 раз меньшее средней продолжительности  телефонного разговора.

Чтобы связаться с абонентом, расположенным  в любой точке земной поверхности, достаточно 5 переприемов, при этом время задержки сигнала не будет  превышать 150 мс.

Для обеспечения заданных требования по ЭМС в системе "Сигнал" применяется  эффективный метод модуляции: четырехпозиционная относительная фазовая манипуляция  со сдвигом и сглаживанием фазы. Сглаживание фазы в предмодуляционном фильтре позволяет уменьшить уровень боковых лепестков. Кроме того, используются сигналы с пониженной спектральной плотностью мощности, а именно широкополосные сигналы с дополнительной модуляцией с помощью псевдослучайной последовательности длиной 3224 элемента. Ширина полосы частот такого сигнала равна 5,8 МГц.

В каждом луче формируется 10 каналов  с разносом несущей на 50 кГц. При  этом спектры сигналов разных каналов  перекрываются. Суммарная ширина спектра  в одном луче равна 6,3 МГц. Вследствие того, что на краях полосы уровень  спектральной плотности уменьшается, то при перекрытии соседних лучей  по диапазону на 0,5 МГц суммарная  спектральная плотность мощности во всей полосе окажется равномерной. Характеристики антенны в каждом луче выбраны  таким образом, что плотность  потока мощности (ППМ) на поверхности  Земли была бы постоянной и не зависела от направления излучения. В полосе частот 4 кГц ППМ составляет - 170 дБВт/м.

На борту применяется жесткая  схема коммутации: каждому каналу на линии "Земля-спутник" однозначно соответствует один из каналов в  каждом луче на линии "спутник-Земля". Три луча на линии "спутник-Земля" предназначены для того, чтобы  с одним КА могли работать одновременно три базовые станции. 

 

 

 

Низкоорбитальная система  спутниковой связи Сигнала разработана  Международным концерном космической  связи (КОСС).Она предназначена для  непрерывного, круглосуточного обмена информацией между подвижными абонентами в реальном масштабе времени. Скорость передачи информации до 9,6 Кбит/с. В  системе все абоненты имеют возможность  беспрепятственного доступа к наземным телефонным сетям общего использования, а также к различным коммерческим сетям связи. Кроме того, система  позволяет осуществлять с высокой  точностью определение координат  абонентов.

 

Этапы создания системы

Предусмотрены следующие  основные этапы создания системы:

1. Экспериментальный этап — вывод на орбиту двух спутников-ретрансляторов
2. Этап развертывания системы — ввод в строй 12 КА, а в дальнейшем доведение их числа до 24
3. Этап полного развертывания системы — ввод в эксплуатацию до 48 КА и необходимого числа шлюзовых станций для обеспечения зон обслуживания на территории России.

 

Космический сегмент

Космический сегмент системы  состоит из 48 КА (по 12 КА на каждой из орбит, расположенных в 4 плоскостях). Плоскости орбит разнесены в  пространстве по долготе восходящего  узла на 90°. Высота орбиты каждого КА составляет 1500 км, наклонение г = 74°. Масса спутника-ретранслятора 310 кг, срок службы — не менее 6 лет. Для вывода КА на орбиту предполагается использовать ракеты-носители «Циклон» (6 КА за один пуск) или «Космос» (2 КА за один пуск). Бортовые антенные системы КА состоят из 3 антенн, которые работают диапазонах:

1. 0,3—0,4ГГц (один луч, покрывающий всю зону).
2. 1,5—1,6 ГГц (шесть лучей, покрывающих всю зону}
3. 11—14 ГГц (три луча, покрывающих всю зону)

 

Наземный сегмент

Наземный сегмент, как  и во всех системах спутниковой связи, включает в себя:

1. Шлюзовые станции, работающие в диапазоне 11—14 ГГц .
2. Подвижные абонентские терминалы, работающие в диапазонах 0,3—0,4 и 1,5-1,6 ГГц
3. Стационарные абонентские терминалы коллективного пользования, работающие в диапазоне 20—30 ГГц и используемые для сопряжения с телефонными и сотовыми системами связи (на экспериментальном этапе не предусмотрены)
4. Центр управления полетом и связью
5. Командно-измерительный комплекс