Специальный выпуск. Каталог «Спутниковая связь и вещание 2017»

В данном случае рассматриваются проблемы формирования рабочей зоны. Цель данного анализа – оценка эффективности спутнико- вой системы LEO-HTS на основе результатов моделирования мно- голучевой рабочей зоны отдель- ных спутников и спутниковой группировки OneWeb. М ноголучевая рабочая зона абонентского сегмента В [4] указано, что граница зоны об- служивания одного спутника опре- деляется минимальным углом места абонентского терминала в 55 град. Это соответствует видимости Земли со спутника конуса с углом рас- крыва 57,7 град. Диаметр зоны ра- диовидимости спутника с Земли в этом случае составляет примерно 1400 км. На рис. 1 [4] представлен пример формирования многоголучевой диа- граммы направленности бортовой антенны спутника, в момент пере- сечения плоскости экватора. Из рис. 1 следует, что антенна Ku-диа- пазона формирует близкую к квад- рату 48х48 град. угловую зону об- служивания по уровню усиления - 3 дБ от максимума, состоящую из 16 абонентских лучей. Моделирование диаграммы направ- ленности рис. 1 с использованием пакета программ “Спутниковые технологии" дает ее отображение на поверхности Земли, что пред- ставлено на рис. 2 (отмечена гра- ница радиовидимости при угле места абонентского терминала 50 град.). Естественно, что в процессе дви- жения спутников OneWeb по ор- битам будет наблюдаться сложная изменяющаяся картина пересече- ния рабочих зон спутников на по- верхности Земли. Для моделиро- вания целесообразно ограничиться анализом группировки из трех спутников в составе полной косми- ческой группировки системы, со- стоящей из 720 спутников (см. табл. 1). Тогда можно принять, что смежные орбитальные плоско- сти разнесены на 10 град. по дол- готе восходящего узла. Соседние спутники в каждой плоскости имеют пространственный разнос 9 град. по средней аномалии и сме- щены относительно спутников в смежных плоскостях в шахматном порядке, т.е. фазовый угол между спутниками смежных плоскостей 4,5 град. При моделировании первый из спутников разместим над эквато- ром, т.е. широта 0 град. Второй спутник добавим в эту же плос- кость, но выше на 9 град. Третий спутник разместим в соседней плос- кости. Результат моделирования представлен на рис. 3. Из рис. 3 следует, что в экватори- альной зоне лучи спутников разных плоскостей практически не пересе- каются (точно согласуются). В пре- делах одной плоскости обеспечива- ется пересечение 2 лучей соседних спутников. Сдвинем группировку на широту 30 град. (положение первого спут- ника на широте 30 град.). Резуль- тат моделирования представлен на рис. 4. Видно, что взаимное поло- жение лучей спутников в одной плоскости не изменилось, но воз- никло пересечение лучей между спутниками разных орбитальных плоскостей. Очевидно, что по мере продвиже- ния спутников в сторону от эква- тора площадь пересечения зон об- служивания, формируемых спутни- ками в смежных плоскостях, воз- растает, что иллюстрируется на рис. 3–6. По мере удаления от экватора все отчетливее будет проявляться избы- точность спутниковой группировки. Показательным примером избыточ- ности спутниковой группировки яв- ляется иллюстрация изменения ра- бочей зоны “цепочек" спутников в трех смежных орбитальных плоско- стях (см. рис. 7). Анализ рис. 7 показывает, что начи- ная с широтной отметки около 57 град. и выше, наблюдается пере- сечение лучей спутников, отстоя- щих друг от друга через одну орби- тальную плоскость. Предполагается, что абонентские терминалы в системе OneWeb будут иметь размер антенн 0,3–0,75 м. Ширина ДН-антенны 0,3 м по приему составляет примерно 6 град., а по передаче примерно 7,5 град. по уровню -3 дБ. Есте- ственно, что на абонентский терми- нал, расположенный в зоне пере- сечения лучей, будут воздействовать помехи от своих спутников, а мно- жество таких терминалов будет ге- нерировать помехи для спутников в соседних орбитальных плоскостях. Этот процесс будет усиливаться по мере удаления от экватора. Эта ситуация требует дополнитель- ного моделирования, но предвари- тельно можно отметить, что начиная с широт 55–57 град. и выше внут- рисистемная электромагнитная об- становка будет резко ухудшаться. Кардинальным решением является последовательное выключение спут- ников в смежных плоскостях по мере приближения к Северному и Южному полюсам Земли. Один из алгоритмов выключения спутников, позволяющий обеспечить связь в высоких широтах, поясняется на рис. 8. Возможны и варианты, которые предусматривают специальный ча- стотный разнос спутников и/или выключение отдельных лучей. Но в 79 2017 СПУТНИКОВАЯ СВЯЗЬ И ВЕЩАНИЕ П ример формирования многолучевой диаграммы направленности антенны спутника OneWeb Рис. 1 О тображение (см. рис. 1) рабочей зоны спутника OneWeb на земной поверхности Рис. 2