Специальный выпуск "Спутниковая связь и вещание"-2024

“Молния” с апогеем в 39 270 км, на- ходящимся на долготе примерно 90 град, перигеем в 1000 км и экс- центриситетом 0,722 для орбиталь- ных группировок из трех и четырех спутников приведены на рис. 3. Максимальный статический коэф- фициент Доплера составляет около 5 × 10 -6 для четырех КА в орбиталь- ной группировке (ССС “Экспресс- РВ” [2]) и 7,5 × 10 -6 для трех КА, что соизмеримо с нестабильностью частоты гетеродина на базе кварце- вого генератора в земной станции. Как видно из рис. 3, скорость изме- нения коэффициента Доплера мало зависит от времени, поэтому дина- мический коэффициент Доплера в данном случае можно не учиты- вать. Частота сигнала, принимаемого с доплеровским смещением, f (t) = f 0 [1 + δ (t)], где f 0 – частота передаваемого сиг- нала, δ (t) – коэффициент Доплера. Например, для Ku-диапазона частот спутниковой связи (11/14 ГГц) мак- симальное доплеровское смещение частот будет равно 60–75 кГц для орбитальной группировки из четы- рех КА и 85–105 кГц для группи- ровки из трех КА. Такое смещение частот принимаемого сигнала вполне может быть скомпенсиро- вано фазовой автоподстройкой ча- стоты (ФАПЧ) гетеродина в земной станции. Однако при прямой ретрансляции сигнала на борту КА примерно такое же смещение частоты и с тем же зна- ком будет происходить не только в радиолинии между КА и абонент- скими земными станциями, но в ра- диолинии между КА и шлюзовой станцией, то есть оно возрастет. Более того, из-за смены КА, один из которых снижается, а второй удаляется от Земли, – в моменты их входа на рабочий участок орбиты и выхода с него – частота прини- маемого сигнала будет меняться скачком на величину 2(1+ δ max ), то есть еще вдвое. Это будет происхо- дить регулярно каждые шесть часов для орбитальной группировки из че- тырех КА и восьми часов для груп- пировки из трех КА, что вызовет кратковременное прерывание связи (на перенастройку частот приемни- ков земных станций, КА и процесс синхронизации). Деформация спектра принимаемого сигнала вызывается доплеровским смещением составляющих его частот на разную абсолютную величину. При этом изменяется ширина спек- тра, причем чем он шире, тем этот эффект заметнее. Поскольку ши- рина спектра передаваемого сигнала равна разности его верхней и ниж- ней частот, Δ F 0 = f в – f н , то ширина спектра сигнала, приня- того с максимальным доплеровским смещением частоты, Δ F = (1+ δ max ) (f в – f н ). Поскольку ширина полосы пропус- кания спутникового канала изме- ряется десятками мегагерц, то спектр деформируется незначи- тельно, что может не учитываться. М етоды компенсации эффекта Доплера Компенсация эффекта Доплера может осуществляться оборудова- нием земных станций, например, по сигналу “маяка”, принимаемого с КА. Кроме того, поскольку движе- ние КА на ВЭО детерминировано, эффект Доплера может компенсиро- ваться земными станциями и в авто- матическом режиме – по текущему времени. В обоих случаях для этого необходимы специальные спутнико- вые модемы, в которых предусмот- рены данные функции. Альтернативным способом компен- сации эффекта Доплера является автоматическая корректировка ча- стоты гетеродина на КА в зависимо- сти от того, сколько времени он на- ходится на рабочем участке орбиты, при этом существенно упрощается реализация “межспутникового хэн- довера”. З аключение Предложенная методика количе- ственной оценки эффекта Доплера в спутниковых радиолиниях, осно- ванная на использовании второго закона Кеплера, позволяет выпол- нить численные расчеты для рабо- чих участков высокоэллиптической орбиты “Молния” с приемлемой для практических целей точностью. Влияние эффекта Доплера в радио- линии системы спутниковой связи на рабочем участке высокоэллипти- ческой околоземной орбиты неве- лико и может быть скомпенсиро- вано фазовой автоподстройкой ча- стоты гетеродина приемника земной станции. Для реализации “межспутникового хэндовера” при смене космических аппаратов на рабочем участке ор- биты “Молния” для компенсации эффекта Доплера может быть при- менена автоматическая корректи- ровка частоты гетеродина на косми- ческом аппарате. Автоматическая подстройка частот гетеродинов в полезной нагрузке спутников-ретрансляторов на высо- коэллиптической орбите “Молния” должна включаться при входе кос- мического аппарата на рабочий уча- сток орбиты и выключаться при вы- ходе с него. Она снизит коэффици- ент Доплера в спутниковых радиоли- ниях до ничтожных значений 10 –11 и менее. Это позволит полностью исключить необходимость какой- либо компенсации эффекта Доплера как в абонентских, так и в шлюзо- вой земных станциях, находящихся в зоне обслуживания такой системы спутниковой связи. Л итература: 1. Акимов А.А., Гриценко А.А., Степанов А.А., Чазов В.В. Особен- ности построения и эксплуатации орбитальных группировок систем спутниковой связи // Технологии и средства связи. 2015. № 6–2, специ- альный выпуск “Спутниковая связь и вещание – 2016”. С. 72–87. 2. Локшин Б.А. “Экспресс-РВ” – перспективная система связи со спутниками на высокоэллиптиче- ских орбитах // Специальный вы- пуск “Спутниковая связь и вещание – 2019”. С. 62–71. 3. Камнев Е.Ф., Гриценко А.А., Ан- пилогов В.Р. Системы широкопо- лосного доступа на основе высоко- эллиптических спутников: россий- ские проекты // Технологии и средства связи. 2018. № 6–2, специ- альный выпуск “Спутниковая связь и вещание – 2019”. С. 72–75. 4. Крайнов А.М. “Арктика-М” № 1 – год на орбите // Дистанционное зондирование Земли из космоса в России. Сборник информационных материалов (научно-практический журнал). 2022. № 1. С. 22–29. 5. Камнев Е.Ф., Аболиц А.И., Аки- мов А.А. и др. Системы спутнико- вой связи с эллиптическими орби- тами, разнесением ветвей и адаптив- ной обработкой. М.: Глобсатком, 2009. 724 с. l 108