Обоснование выбора оптимальной системы

Материалы студентам и ученикам / Сравнение и выбор оптимальной системы определения местоположения / Обоснование выбора оптимальной системы

К настоящему времени известно уже несколько видов систем спутниковой связи, отличающихся, в первую очередь, построением космического сегмента. К ним относятся системы с космическими аппаратами на геостационарной, эллиптических и круговых орбитах, каждая из которых имеет много разновидностей.

Системы с КА на геостационарной орбите имеют наибольшую зону радиовидимости и могут обеспечивать связью огромные территории. Такие системы наиболее удобны, если обслуживаемая территория по своему расположению на поверхности Земли и конфигурации полностью входит в зону радиовидимости одного КА. Применяя в этом случае на КА многолучевые антенны, можно сколь угодно точно “очертить” границы этой территории и использовать для ее обслуживания всю энергетику ретранслятора. Вместе с тем, поскольку геостационарная орбита проходит строго над экватором, КА принципиально нет могут обеспечивать связью приполярные и полярные районы Земли из-за низкого угла места антенн земных станций. Кроме того, при использовании в системе двух или более КА возникают ограничения по применению некоторых видов связи (например, как дуплексноя телефонная связь) из-за большого времени задержки сигналов, превышающего заданную МСЭ норму. Следует отметить и тот факт, что на геостационарной орбите уже сосредоточенно большое количество КА и размещение новых в нужных “точках стояния” с требуемой ЭМС представляет серьезную трудность.

В отличие от систем с геостационарными КА, которые могут использовать только единственную орбиту, системы с КА на круговых орбитах имеют много вариантов построения группировок, отличающихся количеством используемых в них КА, структурой построения , высотой и наклонением орбит. В принципе в системах с КА на круговых орбитах может использоваться всего один КА, который способен последовательно обеспечивать связью внутри своей зоны радиовидимости все регионы Земли или переносить записанные в память бортового ретранслятора сообщения на любые расстояния с задержкой во времени.

Что касается структуры группировок, то с точки зрения обеспечения связи между всеми земными и космическими элементами системы (связность системы) более выгодными являются группировки с симметричной структурой, при которой все КА находятся по отношению друг к другу в одинаковом положении. Для лучшего обеспечения связности в системе требуется внести еще некоторую избыточность по отношению к минимальному количеству КА, необходимому для обеспечения сплошного покрытия обслуживаемой территории.

Количество требуемых КА в группировке можно уменьшить, если не требуется глобального покрытия и можно ограничить обслуживаемую системой территорию или допустить на ней некоторые перерывы связи. Варьируя количеством КА и наклонением орбиты, можно выделить широтные пояса в северном и южном полушариях, внутри которых будет обеспечиваться непрерывная связь, а вне их - периодическая. Например, при высоте орбиты 1600 км, выбранной в проекте системы “Паллада”, для обеспечения непрерывной связи в глобальном масштабе требуется 36 КА, а для обслуживания широтного пояса в пределах 35...800 с.ш., включающего всю территорию России, - только 24 КА. Пи обслуживании же отдельных территорий, ограниченных не только в широтном, но и в долготном направлении, группировка КА над остальными территориями останется неиспользованной, и, следовательно, избыточной.

Системы с КА на эллептических орбитах, которые также могут иметь множество вариантов построения, применяются в настоящее время как дополнение к системам с геостационарными КА для обслуживания приполярных и полярных районов.

В настоящее время в России и за рубежом развернуты работы по созданию глобальных и региональных систем телекоммуникаций с использованием ретрансляторов на низкоорбитальных космических аппаратов (высота орбит 800-1500 км). Создание спутниковых систем связи на низкоорбитальных орбитах обусловлено:

- перегруженностью геостационарной орбиты, приводящей к значительным ограничениям при создании новых систем по точкам стояния космического аппарата и параметров каналов ретрансляции;

- использованием эффекта Допплера для определения местоположения объектов;

- практическое использование на линии Борт-Земля более низких частот, что обеспечивает возможность работы абонента на обычных всенаправленных антеннах;

- потенциальные возможности существенного повышения эффективности повторного использования спектра и увеличения запасов на линии при работе на более высоких частотах.

Кроме того, сети, работающие через низколетящие спутники, отличают:

- общая готовность линии не зависящая от характера местности;

- высокая степень резервирования, поскольку отказ или даже нескольких низкоорбитальных КА не приводит к отказу системы, а только несколько снижает оперативность;

- возможность быстрого обеспечения дешевой персональной связью, что позволяет существенно увеличить количество пользователей системы и обеспечить связью быстроразвивающиеся регионы, лишенные и в настоящее время развитых систем связи.

Геостационарные спутники способны обеспечить ряд из перечисленных выше преимуществ, но, как правило, за счет более высоких затрат. Так, например, можно было бы оказать услуги с геостационарных спутников, когда во главу угла не ставилась бы задача экономии средств. Кроме того, использование нескольких лучей с узкой диаграммой направленности на геостационарном спутнике увеличивает энергетические запасы на линии, но в этом случае только за счет увеличения капитальных расходов.

В случае систем подвижной спутниковой связи, для которых простота антенны является решающим фактором, применение всенаправленных антенн на геостационарной орбите технически реализуемо, но может быть выполнено гораздо проще с помощью комбинированного использования геостационарных спутников, маломощных низколетящих спутников, маломощных подвижных передатчиков и дешевой абонентской аппаратуры. В такой сети пользовательские терминалы работают с низкоорбитальными спутниками, которые используются как ретрансляторы для обмена информацией с геостационарными спутниками. Геостационарные спутники, в свою очередь, работают непосредственно с Земными станциями. Однако, глобальный охват низколетящих спутников с геостационарной орбиты является исключительно дорогой затеей, что приведет к возрастанию капитальных затрат на одного абонента, и, в свою очередь, обуславливает более высокие тарифы.

Система, базирующаяся только на низколетящих спутниках, с эксплуатационной точки зрения, не представляет ничего нового. В настоящее время эксплуатируется международная система поиска и спасения КОСПАС-САРСАТ, отечественная навигационная система ГЛОНАСС, американская навигационная система NAVSTAR. Такие организации, как Министерство обороны РФ, НАСА и другие уже в течении многих лет используют спутники, выведенные на низкие орбиты.

Тем не менее, до недавнего времени спутниковые системы на низких орбитах не отличались коммерческой привлекательностью по следующим причинам:

- до последнего времени отсутствовали эффективные, гибкие и дешевые средства доставки небольших КА к низким орбитам. Технология “ПЕГАС”, т.е. групповое выведение низкоорбитальных КА на орбиту с использованием самолета позволило решить эту проблему;

- отдавая должное актуальности создания “ПЕГАС”а, необходимо признать, что одного его было бы недостаточно. Требовались параллельные технологические проработки, такие, например, как создание высокоскоростных, компактных и дешевых электронных компонентов, благодаря которым достигалось снижение веса спутника.

Сочетание таких прогрессивных разработок позволило создать рентабельные системы сравнительно недорогой, как с точки зрения низких затрат на предоставление ими услуг, так и возможности распределения требуемых инвестиций по многочисленным пользователям, связи. Если такая система будет развернута на американском континенте, то ее возможности становятся также доступными для остального мира. Стоимость сети на низколетящих спутниках, по данном американских источников, является достаточно низкой в пересчете на одного потенциального пользователя. Такое преимущество в сочетании с низкой стоимостью абонентского терминального оборудования (до 500 долларов США), делает систему “ОРБКОММ”, на сегодняшний день, наиболее привлекательной и конкурентноспособной.