Рекомендация мсэ-r sa. 1014-1 Требования к электросвязи для пилотируемых и беспилотных исследований в глубоком космосе



жүктеу 270.92 Kb.
Дата22.02.2016
өлшемі270.92 Kb.

Рек. МСЭ-R SA.1014-1

РЕКОМЕНДАЦИЯ МСЭ-R SA.1014-1

Требования к электросвязи для пилотируемых и беспилотных исследований
в глубоком космосе

(1994-2006)



Сфера применения

В представленном ниже тексте кратко описываются некоторые основные характеристики электросвязи в глубоком космосе. Такие характеристики влияют на требования к распределению полос частот, координации, совместному использованию полос частот и защите от помех, а также обусловливают такие требования.

Ассамблея радиосвязи МСЭ

учитывая,

a) что электросвязь между Землей и станциями в глубоком космосе имеет уникальные требования;

b) что эти требования влияют на распределение полос частот, совместное использование полос частот, координацию, защиту от помех и другие вопросы регулирования и управления использованием частот,

рекомендует,

1 чтобы требования и характеристики, описанные в Приложении 1 для электросвязи в глубоком космосе, учитывались при исследовании глубокого космоса и при взаимодействии с другими службами.


Приложение 1

Требования к электросвязи для пилотируемых и беспилотных исследований


в глубоком космосе

1 Введение


В данном Приложении представлены некоторые характеристики экспедиций по исследованию глубокого космоса, функциональные и рабочие требования к электросвязи, необходимой для проведения исследований глубокого космоса с помощью космического корабля, а также технические методы и параметры систем, используемых в связи с такими экспедициями.

Соображения относительно характеристик полосы пропускания и требований представлены в Рекомендации МСЭ-R SA.1013.


2 Требования к электросвязи


Экспедиции в глубокий космос требуют высоконадежной радиосвязи на более длительные периоды времени и при больших расстояниях. Например, экспедиция космического корабля по сбору научной информации на планете Нептун занимает восемь лет и требует электросвязи на расстоянии 4,65  109 км. Потребность в высокой э.и.и.м. и в очень чувствительных приемниках на земных станциях является результатом больших расстояний радиосвязи при исследовании глубокого космоса.

Непрерывное использование полос частот радиосвязи в глубоком космосе – это следствие работы нескольких уже существующих экспедиций и других запланированных экспедиций. Поскольку многие экспедиции в глубокий космос продолжаются в течение нескольких лет, а также обычно существуют несколько экспедиций одновременно, имеется соответствующая потребность в радиосвязи с несколькими космическими кораблями в любое заданное время.

Кроме того, каждая экспедиция может включать больше чем один космический корабль, поэтому необходима одновременная радиосвязь с несколькими космическими станциями. Может также потребоваться одновременная скоординированная радиосвязь между космической станцией и более чем одной земной станцией.

2.1 Требования к телеметрии


Телеметрия используется для передачи как эксплуатационной, так и научной информации из глубокого космоса.

Эксплуатационная телеметрическая информация относительно состояния космического корабля должна быть получена всякий раз, когда это необходимо, для обеспечения безопасности космического корабля и успеха экспедиции. Это требует погодной независимости канала связи передачи данных достаточной пропускной способности. Такое требование частично определяет полосы частот, предпочтительные для исследований в глубоком космосе (см. Рекомендации МСЭ R SA.1012 и SA.1013).

Научная телеметрия включает посылку данных, которые собраны бортовыми научными приборами. Требуемая скорость передачи данных и приемлемый коэффициент ошибок могут быть весьма различны и зависеть от конкретного прибора и измерения. В таблицу 1 включены типичные диапазоны скоростей передачи данных для научной и эксплуатационной телеметрии.

ТАБЛИЦА 1



Требуемые битовые скорости передачи для исследований в глубоком космосе

Направление и функция

Характеристика канала связи

Погодная независимость

Обычная

Высокая скорость передачи

Земля-космос










Телеуправление (бит/с)
Программирование (кбит/с)
Звук (кбит/с)
Телевидение (Мбит/с)
Измерение дальности (Мбит/с)

1–1 000
1–50
45
1–4
1

1–1 000
1–100
45
0,2–12
10

1–2 000
1–200
45
6–100
100

космос-Земля










Эксплуатационная телеметрия (бит/с)
Научные данные (кбит/с)
Звук (кбит/с)
Телевидение (Мбит/с)
Измерение дальности (Мбит/с)

8–500
0,008–115
45
0,2–0,8
1

8–500
1–500
45
0,2–8
10

8–2  105
40–3  105
45
6–1 000
100

Телеметрическая пропускная способность связи постоянно увеличивалась с развитием нового оборудования и технологий. Это увеличение может использоваться двумя способами:

– для сбора большего количества научных данных о данной планете или на данном расстоянии; и

– для осуществления эффективных экспедиций к более отдаленным планетам.

Для заданной телеметрической системы максимальная возможная скорость передачи данных обратно пропорциональна квадрату расстояния радиосвязи. Та же самая пропускная способность канала связи, которая обеспечивает скорость передачи данных 134 кбит/с вблизи планеты Юпитер (9,3  10км), обеспечила бы скорость передачи данных 1,74 Мбит/с вблизи планеты Венера (2,58  108 км). Поскольку более высокие скорости передачи данных требуют более широкой ширины полосы передачи, способность эффективно использовать максимальную телеметрическую возможность зависит от ширины распределенных полос частот и числа космических кораблей экспедиции, которые одновременно находятся в пределах ширины диаграммы направленности земной станции и работают в той же самой полосе частот.

Важным вкладом в телеметрию было развитие методов кодирования, которые позволяют работать с более низким отношением сигнал/шум. Кодированный сигнал требует более широкой полосы передачи. Использование кодированной телеметрии на очень высоких скоростях передачи данных может быть ограничено шириной полосы распределения частот.


2.2 Требования телеуправления


Надежность является основным требованием к каналу телеуправления. Команды должны быть получены точно и когда это необходимо. Обычно требуется, чтобы канал телеуправления имел коэффициент ошибок не более чем 1  10–6. Команды должны быть получены успешно, без влияния ориентации космического корабля, даже когда основное высокое усиление антенны может быть направлено не на Землю. Для таких обстоятельств требуется прием, использующий почти всенаправленную антенну космического корабля. На земных станциях необходима очень высокая э.и.и.м. из-за низкого усиления антенны космического корабля и для обеспечения высокой надежности.

При наличии на космическом корабле компьютеров, автоматическая последовательность и автоматический режим работы систем космического корабля в значительной степени предопределены и хранятся на борту для более позднего выполнения. Для некоторых сложных последовательностей автоматический режим работы является обязательным. Возможность телеуправления требуется для чередования в полете хранимых команд, что может понадобиться для исправления наблюдаемых отклонений или сбоев режима космического корабля. Это особенно справедливо для экспедиций большой продолжительности и для тех обстоятельств, где последовательность зависит от результатов более ранних событий на космическом корабле. Например, команды для исправления траектории космического корабля основаны на измерении траектории и не могут быть предопределены.

Диапазон требуемых скоростей передачи команд дается в таблице 1.

Надежное телеуправление включает потребность в надежной эксплуатационной телеметрии, которая используется для проверки того, что команды правильно получены и загружены в командную память.


2.3 Требования слежения


Слежение обеспечивает информацию, используемую для навигации космического корабля и для изучения радиосвязи.

2.3.1 Навигация


Измерения траектории для навигации включают радиочастотный допплеровский сдвиг, время распространения двойного прохода сигнала измерения и прием сигналов, подходящих для длиннобазовой интерферометрии. Измерения должны быть сделаны со степенью точности, которая удовлетворяет навигационным требованиям. На точность измерения воздействуют вариации в скорости распространения, знание местоположения станции, точность отсчета времени и задержка электронной схемы оборудования космической станции и земной станции. В таблице 2 представлен актуальный пример требований для точности навигации и связанных с этим измерений.

ТАБЛИЦА 2



Навигация и требования к точности слежения

Параметр

Значение

Навигационная точность (м)

300 (около Юпитера)

Допплеровская точность измерения (Гц)

 0,0005

Точность измерения дальности (м)

± 0,15

Точность земного местоположения станции (м)

± 1



2.3.2 Наука о радиосвязи


Каналы электросвязи космических кораблей могут также быть важны для изучения распространения радиоволн, теории относительности, астрономической механики и гравитации. Необходимую информацию обеспечивают измерения амплитуды, фазы, частоты, поляризации и задержки. Возможность делать эти измерения зависит от доступности соответствующих распределений частот. На частоте свыше 1 ГГц задержка на передачу сигналов и вращение Фарадея (влияние заряженных частиц и магнитного поля) быстро уменьшается с увеличением частоты и, таким образом, лучше изучена для более низких частот. Высокие частоты обеспечивают относительную свободу от такого воздействия и являются более подходящими для изучения теории относительности, гравитации и астрономической механики. Для такого изучения необходима калибровка влияния заряженных частиц на более низких частотах.

Для такой фундаментальной научной работы требуются измерения дальности с абсолютной точностью 1–2 см. Эта точность зависит от широкополосных кодов и одновременного использования множественных частот для калибровки влияния заряженных частиц.


2.4 Специальные требования для пилотируемых экспедиций в глубоком космосе


Функциональные требования для таких экспедиций будут аналогичны требованиям для беспилотных экспедиций. Однако присутствие человека в космическом корабле ведет к дополнительным требованиям к надежности телеметрии, телеуправления и функций слежения. Учитывая необходимый уровень надежности, существенной разницей между пилотируемыми и беспилотными экспедициями будет использование звуковых и телевизионных каналов связи для радиосвязи космос Земля и Земля-космос. Скорости передачи данных для этих функций показаны в таблице 1.

С точки зрения электросвязи влияние этих дополнительных функций будет проявляться в требуемом расширении ширины полосы передачи для размещения видеосигналов. С учетом необходимой надежности связи и качества, необходимых для поддержания требуемых скоростей передачи данных, электросвязь для пилотируемого и беспилотного исследований в глубоком космосе является подобной.


3 Технические характеристики

3.1 Местоположения и характеристики земных станций дальней космической связи


В таблице 3 представлены местоположения земных станций с возможностью работы в пределах полос частот, распределенных для исследований в глубоком космосе.

ТАБЛИЦА 3



Местоположения земных станций дальней космической связи

Администрация

Местоположение

Широта

Долгота

Европейское космическое агентство

Себрерос (Испания)

40° 27' с. ш.

4° 22' з. д.




Нью-Норсия (Австралия)

31° 20' ю. ш.

116° 11' в. д.

Украина

Евпатория

45° 11' с. ш.

33° 11' в. д.

Россия

Медвежьи озера

55° 52' с. ш.

37° 57' в. д.




Уссурийск

44° 01' с. ш.

131° 45' в. д.

Япония

Усидо, Нагано

36° 08' с. ш.

138° 22' в. д.

Соединенные Штаты Америки

Канберра (Австралия)

35° 28' ю. ш.

148° 59' в. д.




Голдстоун, Калифорния
(Соединенные Штаты Америки)

35° 22' с. ш.

115° 51' з. д.




Мадрид (Испания)

40° 26' с. ш.

04° 17' з. д.

В каждом из этих местоположений имеется одна или более антенн, приемников и передатчиков, которые могут использоваться для дальних космических связей в одном или большем количестве распределенных полос частот. Основные параметры, которые характеризуют максимальную возможность одной или большего количества этих станций, перечислены в таблице 4. Хотя эти характеристики не применимы ко всем станциям, необходимо, чтобы распределение полос частот и критерии для защиты от помех были основаны на максимально возможной эффективности работы. Это требуется для обеспечения международных операций и защиты экспедиций в глубоком космосе.



ТАБЛИЦА 4

Характеристики земных станций дальней космической связи с антеннами в 70 м

Частота
(ГГц)

Усиление антенны
(дБи)

Ширина антенного лепестка
(градусы)

Мощность передатчика
(дБВт)

э.и.и.м.
(дБВт)

Температура шума приемной системы
(K)

Спектральная плотность мощности шума приемной системы
(дБ(Вт/Гц))

2,1
Земля-космос

62 000

0,14 0

5000
56(1)

11200
118(1)





2,3
космос-Земля

63 000

0,13 0





25(2)000
21(3)000

–214(2)000
–215(3)000

7,2
Земля-космос

72 000

0,04 0

43 0

115 0





8,45
космос-Земля

74 000

0,03 0





37(2)00
27(3)00

–213(2)000
–214(3)000

32
космос-Земля

83,6(4)

0,01(4)





83(2)(4)

–209(2)(4)

34,5
Земля-космос

84(4)00

0,01(4)

Должна быть определена

Должна быть определена

61(3)(2)

–211(3)(4)

(1) Передатчик мощностью 56 дБВт, используемый только при критическом положении космического корабля.

(2) Ясная погода, угол места 30°, дуплексный режим для одновременной передачи и приема.

(3) Ясная погода, угол места 30°, только прием.

(4) Оценка.

Качество приема земных станций дальней космической связи обычно определяется в показателях отношения энергии сигнала к спектральной битовой шумовой плотности, требуемой для обеспечения заданной скорости передачи ошибочных битов. Другой способ показа высокой эффективности и чувствительности этих станций состоит в том, чтобы выразить коэффициент шумовой температуры антенны. Это соотношение обычно выражается как G/T и равно приблизительно 50 дБ(K–1) при 2,3 ГГц и 59,5 дБ(K–1) при 8,4 ГГц. Эти значения можно сравнить с более низким и типичным значением 41 дБ(K–1) некоторых земных станций фиксированных спутниковых служб.


3.2 Космические станции


Размер космического корабля и его вес ограничены возможностью полезной нагрузки транспортного средства запуска. Мощность передатчика космической станции и размер антенны ограничены по сравнению с теми же параметрами на земных станциях. Шумовая температура приемника выше, поскольку используется неохлаждаемый предварительный усилитель.

Космическая станция имеет объединенный приемопередатчик, называемый ретранслятором, который работает в одном из двух режимов. В возвратном (называемом также двусторонним) режиме несущий сигнал, полученный от земной станции, используется для управления генератором в синфазном сигнальном электрическом контуре. В этом случае частота этого генератора используется для управления частотой передатчика приемоответчика согласно постоянному коэффициенту. В одностороннем режиме никакой сигнал не принимается от земной станции, а частота передатчика космического корабля управляется кварцевым генератором.

В двустороннем режиме частота и фаза передатчика космического корабля управляется очень точно вследствие высокой точности и стабильности сигнала, полученного от земной станции.

В таблице 5 даны основные характеристики, которые являются типичными для космических станций, предназначенных для исследований глубокого космоса.

ТАБЛИЦА 5

Типичные характеристики космических станций для исследования глубоко космоса


Частота канала космос-Земля
(ГГц)

Диаметр
антенны
(м)

Усиление антенны
(дБи)

Ширина лепестка антенны
(градусы)

Шумовая температура приемника
(K)

Спектральная плотность мощности шума приемника
(дБ(Вт/Гц))

2,1

3,7

36

2,6

1 200

–198

7,2

3,7

48

0,64

390

–202

34,5

3,7

61

0,14

Подлежит уточнению

Подлежит уточнению



Частота канала космос-Земля
(ГГц)

Диаметр
антенны
(м)

Усиление антенны
(дБи)

Ширина лепестка антенны
(градусы)

Мощность передатчика
(дБВт)

э.и.и.м.
(дБВт)

2,3

3,7

37

2,3

13

50

8,45

3,7

48

0,64

13

61

32

3,7

59,5

0,17

13

72,5

Из-за ограниченной э.и.и.м. космических станций земная станция должна иметь приемник с наибольшей возможной чувствительностью. Приемники с более низкой чувствительностью могут использоваться на космических станциях вследствие высокой э.и.и.м. земной станции. Требования скорости передачи данных и рассмотрение размера, веса, стоимости, сложности и надежности определяют температуру шума приемника, необходимую для данного космического корабля.

Мощность передатчика космической станции ограничена прежде всего электрической мощностью, которая может быть обеспечена космическим кораблем.

4 Методы электросвязи в зоне глубокого космоса


Телеметрия и функции телеуправления для электросвязи в зоне глубокого космоса обычно осуществляются передачей фазово-модулированных несущих. Допплеровское смещение отслеживается фазовым когерентным детектированием принимаемой несущей. Добавляя зондирующий сигнал к модуляции, можно получить функцию зондирования.

4.1 Отслеживание несущей частоты и измерение допплеровского смещения


При приеме на Земле частота сигнала, переданного космическим кораблем, изменяется эффектом Допплера. Средством, которое позволяет измерить допплеровское смещение и, следовательно, скорость космического корабля относительно земной станции, является отслеживание фазы несущей. Приемники космической и земной станций отслеживают сигнал несущей с помощью фазовой автоподстройки частоты или петли Костаса. В двустороннем режиме приемопередатчика частота и фаза в цепи фазовой синхронизации космической станции используется, чтобы выделить одну или большее количество частот канала космос-Земля. Это позволяет передавать сигналы на земную станцию, которые являются коррелированными с частотой канала Земля-космос, что дает возможность сделать точные измерения допплеровского смещения.

В одностороннем режиме частоты канала космос-Земля определяются генератором в приемопередатчике, и допплеровское измерение основано на априорном знании частоты генератора.


4.2 Модуляция и демодуляция


Радиолинии используют фазовую модуляцию РЧ несущей. Сигнал цифровых данных основной полосы частот используется, чтобы модулировать поднесущую, которая в свою очередь модулирует по фазе ВЧ несущую. Прямоугольная поднесущая обычно используется для телеметрии; для дистанционного управления поднесущая часто синусоидальна. Коэффициент модуляции отрегулирован так, чтобы обеспечить желательное отношение остаточной мощности несущей к мощности на боковой полосе данных. Это отношение выбирается, чтобы обеспечить оптимальное отслеживание несущей и детектирование данных в приемнике.

Демодуляция РЧ несущей и поднесущей данных выполнены цепями фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Обычно для детектирования данных используются методы корреляции и согласованного фильтра.

Телевидение и звуковые каналы связи для пилотируемых экспедиций могут использовать другие методы модуляции и демодуляции. Обычно эффективные в отношении ширины полосы частот, модуляция и демодуляция типа КФМН и ГММН (офсетные) используются в этих случаях вместе с отслеживанием несущей с помощью петель Костаса вместо ФАПЧ.

4.3 Кодирование


В цифровой линии электросвязи вероятность ошибки можно уменьшить при увеличении полосы частот информационного канала. Кодирование выполняет это увеличение, преобразовывая каждый информационный разряд в большое число кодовых знаков специфическим способом. Некоторые примеры кодирования типов – блочные и сверточные коды. После передачи первоначальные данные восстанавливаются с помощью процесса декодирования, который согласован с видом кода. Преимущество в качестве кодированной передачи связано с более широкой шириной полосы и может изменяться от 3,8 дБ (сверточное кодирование, коэффициент ошибок по символам 1  10–3) до значений свыше 9 дБ (турбокодирование со скоростью 1/6).

4.4 Мультиплексирование


Научная и эксплуатационная телеметрия может быть объединена в одни поток цифровых данных путем мультиплексирования с временным разделением или может передаваться на отдельных поднесущих, которые добавляются, чтобы обеспечить составной объект, модулирующий сигнал. Сигнал измерения расстояния может также быть добавлен в сочетании с телеметрией или дистанционным управлением. Амплитуда различных сигналов данных отрегулирована так, чтобы соответствующим образом делить мощность передатчика между несущей и информационными боковыми полосами.

4.5 Измерение расстояния


Измерение расстояния проводится земной станцией с использованием приемоответчика космической станции в двустороннем режиме. Модуляция сигнала канала Земля-космос восстанавливается в ретрансляторе и используется для модуляции несущей канала космос-Земля. На земной станции сравнение переданных и полученных кодов измерения дает значение времени задержки передачи сигналов, которая пропорциональна расстоянию.

Фундаментальное ограничение точности измерения расстояния – способность измерить корреляцию времени между переданными и полученными кодами. В настоящее время система использует самую высокую частоту кода, равную 2062 МГц. Кодовый период равняется 0,485 мкс и достигается реальная разрешающая способность 4 нс в предположении достаточного отношения сигнал/шум. Эта разрешающая способность эквивалентна 120 см в двусторонней длине пути, или 60 см дальности. Это значение отвечает современным навигационным требованиям точности, приведенным в таблице 2.

Для точности 1 см, необходимой для будущих научных экспериментов в области радио (см. п. 2.3.2), требуется частота кода, по крайней мере, 30 МГц.

4.6 Усиление антенны и ориентация


Для параболических антенн, обычно используемых в космических исследованиях, максимальное усиление ограничено точностью, с которой поверхность приближается к истинной форме параболической антенны. Это последнее ограничение налагает ограничение на максимальную частоту, которая может эффективно использоваться с конкретной антенной.

Одним из факторов точности поверхности, общим для земных антенн и антенн космической станции, является точность изготовления. Для антенн земной станции дополнительная поверхностная деформация вызывается ветром и тепловыми эффектами. При изменении угла места сила тяжести искажает поверхность в зависимости от жесткости несущей конструкции.

Для антенн космической станции размер ограничен допустимой массой, объемом, доступным в транспортном средстве запуска, и современным состоянием в конструировании несворачиваемых антенн. Тепловые эффекты вызывают искажение поверхностей антенн космической станции.

Максимальное пригодное для использования усиление антенн ограничено способностью их точной ориентации. Ширина луча должна адекватно учитывать угловую неопределенность ориентации. Все факторы, которые вызывают искажение поверхности рефлектора, также затрагивают точность наведения. Точность системы управления ориентацией космического корабля (часто определяемой количеством топлива, которое имеется на борту) является фактором наведения антенны космической станции.

Точность, с которой известно местоположение Земли и космических станций относительно друг друга, влияет на минимальную пригодную для использования ширину луча и максимальное пригодное для использования усиление.

В таблице 6 показаны типичные пределы показателей качества антенн.

ТАБЛИЦА 6

Текущие ограничения на точность и максимальное усиление антенны


Ограничивающий параметр

Антенны космической станции

Антенны земной станции

Типичное максимальное значение параметра

Максимальное усиление

Типичное максимальное значение параметра

Максимальное усиление

Точность поверхности антенны

0,24 мм (среднеквадра-тическое), диаметр зеркала 3,7 м

66 дБи(1)
при 100 ГГц

0,53 мм (среднеквадра-тическое), диаметр зеркала 70 м

83 дБи(1)
при 37 ГГц

Точность наведения

 0,15° (3)

55 дБи(2)

 0,005° (3)

75 дБи(2)

(1) Усиление на других частотах будет меньше.

(2) Усиление антенны на половинной мощности ширины луча равняется двукратной точности наведения. Ширина луча антенны с более высоким усилением будет слишком узкая относительно точности наведения.

4.7 Дополнительные методы радионавигации


Измерения эффекта Допплера и зондирование расстояния обеспечивают основную информацию, необходимую для навигации. Были разработаны дополнительные методы, чтобы расширить точность навигации.

4.7.1 Калибровка скорости распространения при воздействии заряженных частиц


На измерения дальности и эффекта Допплера влияет изменение скорости распространения радиоволны, вызванное действием электронов вдоль трассы передачи. Электроны распределены в пространстве и в планетных атмосферах с различной плотностью, и особенно их плотность велика около Солнца. Если это не учитывать, то вариации в скорости распространения могут давать ошибки при навигационных вычислениях.

Заряженные частицы вызывают увеличение фазовой скорости и уменьшение групповой скорости. Сравнивая изменение этих величин с усредненным эффектом Допплера в течение времени, можно определить влияние заряженных частиц. Влияние на скорость распространения обратно пропорционально квадрату радиочастоты. Эта частотная зависимость может использоваться для дополнительной точности градуировки. Обратное зондирование и измерение эффекта Допплера могут быть выполнены одновременными сигналами канала космос-Земля в двух или нескольких отдельных полосах частот. Влияние заряженных частиц в отдельных полосах частот различается по величине, и эта разность используется, чтобы улучшить калибровку.

Влияние заряженных частиц на измерение дальности описывается в Рекомендации МСЭ-R SA.1012.

4.7.2 Интерферометрия со сверхбольшой базой (ИСББ)


Точность навигации космического корабля зависит от точного знания местоположения земной станции относительно навигационной системы координат. Ошибка, равная 3 м, в принятом местоположении станции может приводить к ошибке 700 км в расчетной позиции космического корабля на расстоянии Сатурна. ИСББ обеспечивает средства улучшения оценки местоположения станции путем использования астрономического источника радиоизлучения (квазара) как источника сигнала в фактически неизменяющейся точке на небесной сфере. Можно записывать сигналы квазара таким способом, чтобы определить с большой точностью разность во времени приема на двух далеко разнесенных станциях. При использовании нескольких из этих измерений местоположения станции могут быть определены с относительной погрешностью 10 см. В настоящее время для ИСББ используются частоты около 2 и 8 ГГц.

Методика ИСББ также используется, чтобы прямо измерить угол склонения космического корабля. Две точно расположенные земные станции, разделенные большим расстоянием с севера на юг, измеряют расстояние до космического корабля. Затем склонение может быть рассчитано с большей точностью.

Третье приложение метода ИСББ может использоваться для улучшения точности измерения углового положения космического корабля. Две или больше земных станций поочередно наблюдают сигнал космического корабля и сигнал квазара. Зная время, местоположение станции и учитывая влияние вращения Земли на полученные сигналы, можно определить угловое положение космического корабля относительно астрономических объектов. После завершения разработки этих методов будет обеспечено существенное повышение точности, достигаемой в настоящее время и равной 0,01 угловой секунды. Более высокая точность позволит осуществлять более точную навигацию.

5 Анализ эффективности и расчетные пределы


В таблице 7 показан ресурс связи, используемый для анализа эффективности. Данный пример – для телеметрии с высокой скоростью из района Юпитера. Подобный анализ выполнен для дистанционного управления и измерения положения. Показанные ранее характеристики земной и космической станций используются как основа для вычисления запаса по характеристикам для каждой функции электросвязи.

ТАБЛИЦА 7



Ресурс эффективности электросвязи "космический корабль-Земля" из района Юпитера

Экспедиция: "Вояджер" Юпитер/Сатурн 1977 г.

Режим: Телеметрия, 115,2 кбит/с, кодированная несущая 8,45 ГГц

Параметры передатчика




Мощность РЧ (21 Вт) (дБВт)
Потери в цепях (дБ)
Усиление антенны (3,7 м) (дБи)
Потери на ориентацию (дБ)

0013,2
00–0,2
0048,1
00–0,2

Параметры трассы




Потери в свободном пространстве между изотропными антеннами (дБ)
(8,45 ГГц, 9,3  108 км)

–290,4

Параметры приемника




Усиление антенны (64 м, угол места 30°) (дБи)
Потери на ориентацию (дБ)
Затухание, обусловленное погодными условиями (дБ)
Спектральная плотность мощности шума системы (22,6 K) (дБ(Вт/Гц))

0072,0
00–0,3
00–0,1
–215,1

Общая суммарная мощность




Потери в линии (дБ)
Принимаемая мощность P(T) (дБВт)

–171,1
–157,9

Характеристики эффективности отслеживания несущей (по обоим направлениям)




Мощность несущей/полная мощность (дБ)
Принимаемая мощность несущей (дБВт)
Ширина полосы шумов порога несущей (B 10 Гц) (10 log B)
Мощность шума (дБВт)
Пороговое отношение сигнал/шум (дБ)
Пороговая мощность несущей (дБВт)
Запас по требуемым характеристикам (дБ)

0–15,4
–173,3
0010,0
–205,1
000020000
–185,1
0011,8

Характеристики эффективности выделения данных




Мощность данных/полная мощность (дБ)
Потери приема и выделения данных (дБ)
Полученная мощность данных (дБВт)
Ширина полосы шумов (эффективная ширина полосы шумов для выделения данных согласованным фильтром со скоростью 115,2 кбит/с) (дБ)
Мощность шума (дБВт)
Пороговое отношение сигнал/шум (частота передачи ошибочных битов равна 5  10–3) (дБ)
Пороговая мощность данных (дБВт)
Запас по требуемым характеристикам (дБ)

00–0,3
00–0,5
–158,7
0050,6
–164,5
0002,3
–162,2
0003,5

Наиболее важным пунктом в проектировании экспедиций в глубокий космос является весьма небольшой запас по требуемым телеметрическим характеристикам (3,5 дБ в данном примере). Этот маленький запас – следствие необходимости получения максимальной научной отдачи от каждого космического корабля. Проектирование с увеличенным на 10 дБ запасом прочности уменьшило бы объем данных телеметрии на порядок. Риск использования системы с маленьким запасам по требуемым характеристикам состоит в ее чувствительности к вредным помехам, а для диапазонов свыше 2 ГГц – в уменьшенной надежности, вызванной влиянием погодных условий.



______________


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет