Communication par satellite - Guide rapide

En termes généraux, un satelliteest un objet plus petit qui tourne autour d'un objet plus grand dans l'espace. Par exemple, la lune est un satellite naturel de la Terre.

Nous savons que Communicationfait référence à l'échange (partage) d'informations entre deux ou plusieurs entités, par le biais de tout support ou canal. En d'autres termes, ce n'est rien d'autre que l'envoi, la réception et le traitement d'informations.

Si la communication a lieu entre deux stations terriennes par l'intermédiaire d'un satellite, elle est alors appelée satellite communication. Dans cette communication, les ondes électromagnétiques sont utilisées comme signaux porteurs. Ces signaux transportent les informations telles que la voix, l'audio, la vidéo ou toute autre donnée entre le sol et l'espace et vice-versa.

L'Union soviétique avait lancé le premier satellite artificiel au monde, Spoutnik 1, en 1957. Près de 18 ans, l'Inde a également lancé le satellite artificiel nommé Aryabhata en 1975.

Besoin de communication par satellite

Les deux types de propagation suivants sont utilisés plus tôt pour la communication jusqu'à une certaine distance.

  • Ground wave propagation- La propagation des ondes de sol convient aux fréquences jusqu'à 30 MHz. Cette méthode de communication utilise les conditions de troposphère de la terre.

  • Sky wave propagation - La bande passante appropriée pour ce type de communication est généralement comprise entre 30 et 40 MHz et utilise les propriétés ionosphériques de la Terre.

Le saut maximum ou la distance de la station est limité à 1500 km uniquement en propagation des ondes de sol et des ondes de ciel. La communication par satellite surmonte cette limitation. Dans cette méthode, les satellites fournissentcommunication for long distances, qui est bien au-delà de la ligne de mire.

Étant donné que les satellites se situent à une certaine hauteur au-dessus de la Terre, la communication a lieu facilement entre deux stations terriennes quelconques par satellite. Ainsi, il surmonte la limitation de la communication entre deux stations terriennes en raison de la courbure de la Terre.

Comment fonctionne un satellite

UNE satelliteest un corps qui se déplace autour d'un autre corps selon un chemin particulier. Un satellite de communication n'est rien d'autre qu'une station de répétition micro-ondes dans l'espace. Il est utile dans les télécommunications, la radio et la télévision ainsi que les applications Internet.

UNE repeaterest un circuit qui augmente la puissance du signal reçu et le transmet ensuite. Mais, ce répéteur fonctionne comme untransponder. Cela signifie qu'il change la bande de fréquences du signal émis par rapport à celui reçu.

La fréquence à laquelle le signal est envoyé dans l'espace est appelée Uplink frequency. De même, la fréquence à laquelle le signal est envoyé par le transpondeur est appeléeDownlink frequency. La figure suivante illustre clairement ce concept.

La transmission du signal de la première station terrienne au satellite via un canal est appelée uplink. De même, la transmission du signal du satellite à la seconde station terrienne via un canal est appeléedownlink.

Uplink frequencyest la fréquence à laquelle la première station terrienne communique avec le satellite. Le transpondeur du satellite convertit ce signal en une autre fréquence et l'envoie à la deuxième station terrienne. Cette fréquence est appeléeDownlink frequency. De la même manière, la deuxième station terrienne peut également communiquer avec la première.

Le processus de communication par satellite commence au niveau d'une station terrienne. Ici, une installation est conçue pour émettre et recevoir des signaux d'un satellite en orbite autour de la terre. Les stations terriennes envoient les informations aux satellites sous forme de signaux haute puissance et haute fréquence (gamme GHz).

Les satellites reçoivent et retransmettent les signaux vers la Terre où ils sont reçus par d'autres stations terriennes dans la zone de couverture du satellite. Satellitefootprint est la zone qui reçoit un signal de force utile du satellite.

Avantages et inconvénients de la communication par satellite

Dans cette section, examinons les avantages et les inconvénients de la communication par satellite.

Voici les advantages de l'utilisation de la communication par satellite:

  • La zone de couverture est supérieure à celle des systèmes terrestres

  • Chaque coin de la terre peut être couvert

  • Le coût de transmission est indépendant de la zone de couverture

  • Plus de bande passante et de possibilités de diffusion

Voici les disadvantages d'utiliser la communication par satellite -

  • Le lancement de satellites sur des orbites est un processus coûteux.

  • Le délai de propagation des systèmes satellitaires est supérieur à celui des systèmes terrestres conventionnels.

  • Difficile de fournir des activités de réparation si un problème survient dans un système satellite.

  • La perte d'espace libre est plus

  • Il peut y avoir une congestion des fréquences.

Applications de la communication par satellite

La communication par satellite joue un rôle essentiel dans notre vie quotidienne. Voici les applications de la communication par satellite -

  • Radiodiffusion et communications vocales

  • Diffusion TV telle que Direct To Home (DTH)

  • Applications Internet telles que la fourniture d'une connexion Internet pour le transfert de données, les applications GPS, la navigation sur Internet, etc.

  • Applications et navigations militaires

  • Applications de télédétection

  • Surveillance et prévision des conditions météorologiques

Nous savons que la trajectoire du satellite tournant autour de la terre est connue sous le nom de orbit. Ce chemin peut être représenté avec des notations mathématiques. La mécanique orbitale est l'étude du mouvement des satellites présents sur les orbites. Ainsi, nous pouvons facilement comprendre les opérations spatiales avec la connaissance du mouvement orbital.

Éléments orbitaux

Les éléments orbitaux sont les paramètres utiles pour décrire le mouvement orbital des satellites. Voici lesorbital elements.

  • Demi-grand axe
  • Eccentricity
  • Anomalie moyenne
  • Argument du périgée
  • Inclination
  • Ascension droite du nœud ascendant

Les six éléments orbitaux ci-dessus définissent l'orbite des satellites terrestres. Par conséquent, il est facile de distinguer un satellite des autres satellites en fonction des valeurs des éléments orbitaux.

Demi-grand axe

La longueur de Semi-major axis (a)définit la taille de l'orbite du satellite. C'est la moitié de l'axe majeur. Cela va du centre à travers un focus jusqu'au bord de l'ellipse. Il s'agit donc du rayon d'une orbite aux deux points les plus éloignés de l'orbite.

Le demi-grand axe et le demi-petit axe sont représentés dans la figure ci-dessus. Longueur de semimajor axis (a) détermine non seulement la taille de l'orbite du satellite, mais également la période de révolution.

Si l'orbite circulaire est considérée comme un cas particulier, alors la longueur du demi-grand axe sera égale à radius de cette orbite circulaire.

Excentricité

La valeur de Eccentricity (e)corrige la forme de l'orbite du satellite. Ce paramètre indique la déviation de la forme de l'orbite par rapport à un cercle parfait.

Si les longueurs du demi-grand axe et du demi-petit axe d'une orbite elliptique sont a et b, alors l'expression mathématique pour eccentricity (e) sera

$$e = \frac{\sqrt{a^2 - b^2}}{a}$$

La valeur de l'excentricité d'une orbite circulaire est zero, puisque les deux a et b sont égaux. Alors que la valeur de l'excentricité d'une orbite elliptique se situe entre zéro et un.

Le suivant figure montre les différentes orbites des satellites pour différentes valeurs d'excentricité (e)

Dans la figure ci-dessus, l'orbite du satellite correspondant à la valeur d'excentricité (e) de zéro est une orbite circulaire. Et, les trois orbites satellites restantes sont de forme elliptique correspondant aux valeurs d'excentricité (e) 0,5, 0,75 et 0,9.

Anomalie moyenne

Pour un satellite, le point le plus proche de la Terre est appelé Périgée. Mean anomaly (M) donne la valeur moyenne de la position angulaire du satellite par rapport au périgée.

Si l'orbite est circulaire, alors Anomalie moyenne donne la position angulaire du satellite sur l'orbite. Mais, si l'orbite est elliptique, le calcul de la position exacte est très difficile. A ce moment, l'anomalie moyenne est utilisée comme étape intermédiaire.

Argument du Périgée

L'orbite du satellite coupe le plan équatorial en deux points. Le premier point est appelédescending node, où le satellite passe de l'hémisphère nord à l'hémisphère sud. Le deuxième point est appeléascending node, où le satellite passe de l'hémisphère sud à l'hémisphère nord.

Argument of perigee (ω)est l'angle entre le nœud ascendant et le périgée. Si le périgée et le nœud ascendant existent au même point, alors l'argument du périgée sera de zéro degré

L'argument du périgée est mesuré dans le plan orbital au centre de la Terre dans la direction du mouvement du satellite.

Inclination

L'angle entre le plan orbital et le plan équatorial de la Terre est appelé inclination (i). Il est mesuré au nœud ascendant avec une direction d'est en nord. Ainsi, l'inclinaison définit l'orientation de l'orbite en considérant l'équateur de la Terre comme référence.

Il existe quatre types d'orbites en fonction de l'angle d'inclinaison.

  • Equatorial orbit - L'angle d'inclinaison est de zéro degré ou de 180 degrés.

  • Polar orbit - L'angle d'inclinaison est de 90 degrés.

  • Prograde orbit - L'angle d'inclinaison est compris entre zéro et 90 degrés.

  • Retrograde orbit - L'angle d'inclinaison est compris entre 90 et 180 degrés.

Ascension droite du nœud ascendant

Nous savons que ascending node est le point où le satellite traverse le plan équatorial en allant de l'hémisphère sud à l'hémisphère nord.

Ascension droite du nœud ascendant (Ω)est l'angle entre la ligne du Bélier et le nœud ascendant vers l'est dans le plan équatorial. Bélier est également appelé comme vernal et équinoxe.

Satellite ground trackest le chemin à la surface de la Terre, qui se trouve exactement sous son orbite. La trajectoire au sol d'un satellite peut prendre un certain nombre de formes différentes en fonction des valeurs des éléments orbitaux.

Équations orbitales

Dans cette section, discutons des équations liées au mouvement orbital.

Forces agissant sur le satellite

Un satellite, quand il tourne autour de la terre, il subit une force de traction de la terre due à la force gravitationnelle de la terre. Cette force est connue sous le nom deCentripetal force(F 1 ) car cette force tend le satellite vers lui.

Mathématiquement, le Centripetal force(F 1 ) agissant sur le satellite en raison de la terre peut s'écrire

$$F_{1} = \frac{GMm}{R^2} $$

Où,

  • Gest la constante gravitationnelle universelle et égale à 6,673 x 10 -11 N ∙ m 2 / kg 2 .

  • Mest la masse de la terre et elle est égale à 5,98 x 10 24 Kg.

  • m est la masse du satellite.

  • R est la distance du satellite au centre de la Terre.

Un satellite, quand il tourne autour de la Terre, il subit une force de traction du soleil et de la lune en raison de leurs forces gravitationnelles. Cette force est connue sous le nom deCentrifugal force(F 2 ) car cette force éloigne le satellite de la Terre.

Mathématiquement, le Centrifugal force(F 2 ) agissant sur le satellite peut s'écrire

$$F_{2} = \frac{mv^2}{R} $$

Où, v est la vitesse orbitale du satellite.

Vitesse orbitale

La vitesse orbitale du satellite est la vitesse à laquelle le satellite tourne autour de la Terre. Le satellite ne dévie pas de son orbite et se déplace avec une certaine vitesse sur cette orbite, lorsque les forces centripète et centrifuge sontbalance L'une et l'autre.

Alors, equateForce centripète (F 1 ) et force centrifuge (F 2 ).

$$\frac{GMm}{R^2} = \frac{mv^2}{R}$$

$$= > \frac{GM}{R} = v^2$$

$$= > v = \sqrt{\frac{GM}{R}}$$

Par conséquent, la orbital velocity du satellite est

$$v = \sqrt{\frac{GM}{R}}$$

Où,

  • Gest une constante gravitationnelle et égale à 6,673 x 10 -11 N ∙ m 2 / kg 2 .

  • Mest la masse de la terre et elle est égale à 5,98 x 10 24 Kg.

  • R est la distance du satellite au centre de la Terre.

Ainsi, la vitesse orbitale principalement depends sur la distance du satellite au centre de la Terre (R), puisque G & M sont des constantes.

Nous savons que le satellite tourne autour de la terre, ce qui est similaire à la terre tourne autour du soleil. Ainsi, les principes qui sont appliqués à la terre et à son mouvement autour du soleil s'appliquent également au satellite et à son mouvement autour de la terre.

De nombreux scientifiques ont donné différents types de théories depuis les premiers temps. Mais, seulementJohannes Kepler (1571-1630) était l'un des scientifiques les plus reconnus pour décrire le principe d'un satellite qui se déplace autour de la Terre.

Kepler a formulé trois lois qui ont changé toute la théorie et les observations de la communication par satellite. Ceux-ci sont populairement connus commeKepler’s laws. Ceux-ci sont utiles pour visualiser le mouvement dans l'espace.

Première loi de Kepler

La première loi de Kepler stipule que le chemin suivi par un satellite autour de son primaire (la terre) sera un ellipse. Cette ellipse a deux points focaux (foyers) F1 et F2 comme le montre la figure ci-dessous. Le centre de masse de la Terre sera toujours présent à l'un des deux foyers de l'ellipse.

Si la distance entre le centre de l'objet et un point sur sa trajectoire elliptique est prise en compte, alors le point le plus éloigné d'une ellipse du centre est appelé comme apogee et le point le plus court d'une ellipse à partir du centre est appelé perigee.

Eccentricity "e" de ce système peut s'écrire -

$$e = \frac{\sqrt{a^2 - b^2}}{a}$$

Où, a & b sont respectivement les longueurs du demi-grand axe et du demi-petit axe de l'ellipse.

Pour un elliptical path, la valeur de l'excentricité (e) est toujours comprise entre 0 et 1, c'est-à-dire $0$ < $e$ < $1$, puisque a est supérieur à b. Supposons que si la valeur de l'excentricité (e) est nulle, alors le chemin ne sera plus de forme elliptique, il sera plutôt converti en une forme circulaire.

Deuxième loi de Kepler

La deuxième loi de Kepler stipule qu'à intervalles de temps égaux, le areacouvert par le satellite sera le même par rapport au centre de masse de la terre. Ceci peut être compris en regardant la figure suivante.

Supposons que le satellite couvre les distances p1 et p2 dans le même intervalle de temps. Ensuite, les zones B1 et B2 couvertes par le satellite à ces deux instances sont égales.

Troisième loi de Kepler

La troisième loi de Kepler stipule que le carré du temps périodique d'une orbite elliptique est proportionnel au cube de sa longueur de demi-grand axe. Mathematically, il peut s'écrire comme suit -

$$T^2\:\alpha\:a^3$$

$$=> T^2=\left(\frac{4\pi ^2}{\mu }\right) a^3$$

Où, $\frac{4\pi^2}{\mu}$ est la constante de proportionnalité.

$\mu$est la constante de Kepler et sa valeur est égale à 3,986005 x 10 14 m 3 / sec 2

$$1 = \left(\frac{2\pi}{T}\right)^2\left(\frac{a^2}{\mu}\right)$$

$$1 = n^2\left(\frac{a^3}{\mu}\right)$$

$$=> a^3 = \frac{\mu}{n^2}$$

Où, ‘n’ est le mouvement moyen du satellite en radians par seconde.

Note- Un satellite, lorsqu'il tourne autour de la terre, subit une force de traction de la terre, qui est la force gravitationnelle. De même, il subit une autre force de traction du soleil et de la lune. Par conséquent, un satellite doit équilibrer ces deux forces pour se maintenir sur son orbite.

Le satellite doit être correctement placé sur l'orbite correspondante après l'avoir laissé dans l'espace. Il tourne d'une manière particulière et remplit sa fonction scientifique, militaire ou commerciale. Les orbites, qui sont assignées aux satellites par rapport à la Terre sont appelées commeEarth Orbits. Les satellites présents sur ces orbites sont appelés commeEarth Orbit Satellites.

Nous devons choisir correctement une orbite pour un satellite en fonction de l'exigence. Par exemple, si le satellite est placé danslower orbit, alors il faut moins de temps pour voyager autour de la terre et il y aura une meilleure résolution dans une caméra embarquée. De même, si le satellite est placé danshigher orbit, alors il faut plus de temps pour voyager autour de la terre et il couvre plus de surface terrestre à la fois.

Voici les trois types of Earth Orbit satellites -

  • Satellites géosynchrones en orbite terrestre
  • Satellites en orbite terrestre moyenne
  • Satellites en orbite terrestre basse

Maintenant, parlons de chaque type de satellites en orbite terrestre un par un.

Orbite terrestre géosynchroneSatellites

Une orbite terrestre géo-synchrone (GEO) Satellite est un, qui est placé à une altitude de 22,300miles au-dessus de la Terre. Cette orbite est synchronisée avec un côté réel du jour (soit 23 heures 56 minutes). Cette orbite peut avoir une inclinaison et une excentricité.

Ce n'est peut-être pas circulaire. Cette orbite peut être inclinée aux pôles de la terre. Mais, il semble stationnaire lorsqu'il est observé depuis la Terre. Ces satellites sont utilisés pour la télévision par satellite.

La même orbite géo-synchrone, si elle est circulaire et dans le plan de l'équateur, alors elle est appelée comme Geostationary orbit. Ces satellites sont placés à 35 900 km (comme Geosynchronous) au-dessus de l'équateur de la Terre et ils continuent à tourner par rapport à la direction de la Terre (d'ouest en est).

Les satellites présents sur ces orbites ont la même vitesse angulaire que celle de la Terre. Par conséquent, ces satellites sont considérés commestationary par rapport à la Terre depuis, ceux-ci sont synchrones avec la rotation de la Terre.

le advantage de l'orbite géostationnaire est qu'il n'est pas nécessaire de suivre les antennes pour trouver la position des satellites.

Les satellites géostationnaires en orbite terrestre sont utilisés pour les prévisions météorologiques, la télévision par satellite, la radio par satellite et d'autres types de communications mondiales.

La figure suivante montre la différence entre les orbites géo-synchrones et géo-stationnaires. L'axe de rotation indique le mouvement de la Terre.

Note- Chaque orbite géostationnaire est une orbite géosynchrone. Mais il n'est pas nécessaire que l'inverse soit vrai.

Satellites en orbite terrestre moyenne

Orbite terrestre moyenne (MEO) les satellites orbiteront à des distances d'environ 8000 milesde la surface de la terre. Les signaux émis par un satellite MEO parcourent une distance plus courte. Pour cette raison, la force du signal à l'extrémité de réception est améliorée. Cela montre que des terminaux de réception plus petits et légers peuvent être utilisés à l'extrémité de réception.

Transmission delaypeut être défini comme le temps nécessaire à un signal pour remonter vers un satellite et redescendre vers une station de réception. Dans ce cas, le délai de transmission est moindre. Parce que le signal se déplace sur une distance plus courte vers et depuis le satellite MEO.

Pour real-time communications, plus le délai de transmission est court, meilleur sera le système de communication. Par exemple, si un satellite GEO a besoin de 0,25 seconde pour un aller-retour, alors le satellite MEO a besoin de moins de 0,1 seconde pour effectuer le même voyage. Les MEO fonctionnent dans la gamme de fréquences de 2 GHz et plus.

Ces satellites sont utilisés pour les signaux téléphoniques à haut débit. Dix satellites MEO ou plus sont nécessaires pour couvrir toute la Terre.

Satellites en orbite terrestre basse

Orbite terrestre basse LEO)les satellites sont principalement classés en trois catégories. Ce sont de petits LEO, de gros LEO et des Mega-LEO. Les LEO orbiteront à une distance de500 to 1000 milesau-dessus de la surface de la terre. Ces satellites sont utilisés pour les téléphones satellites et les GPS.

Cette distance relativement courte réduit le délai de transmission à seulement 0,05 seconde. Cela réduit encore le besoin d'équipement de réception sensible et encombrant. Vingt satellites LEO ou plus sont nécessaires pour couvrir la Terre entière.

Les petits LEO fonctionneront dans la gamme 800 MHz (0,8 GHz). Les gros LEO fonctionneront dans la plage de 2 GHz ou plus, et les méga-LEO dans la plage de 20 à 30 GHz.

Les fréquences plus élevées associées à Mega-LEOs se traduit par une plus grande capacité de transport d'informations et par la capacité d'un schéma de transmission vidéo en temps réel à faible retard.

Le suivant figure représente les chemins de LEO, MEO et GEO

Slots orbitaux

Ici, une question peut se poser avec plus de 200 satellites qui sont en orbite géosynchrone, comment les empêcher de se heurter ou d'essayer d'utiliser le même emplacement dans l'espace?

Pour répondre à ce problème (question), des organismes de réglementation internationaux comme l'Union internationale des télécommunications (ITU) et des organisations gouvernementales nationales comme la Federal Communications Commission (FCC) désigner les emplacements sur l'orbite géosynchrone, où les satellites de communication peuvent être localisés.

Ces emplacements sont spécifiés en degrés de longitude et sont appelés comme orbital slots. La FCC et l'UIT ont progressivement réduit l'espacement requis à seulement 2 degrés pour les satellites en bande C et Ku en raison de l'énorme demande de créneaux orbitaux.

La station terrienne recevra le niveau de signal maximal, si elle est située directement sous le satellite. Sinon, il ne recevra pas le niveau de signal maximal et ce niveau de signal diminue à mesure que la différence entre la latitude et la longitude de la station terrienne augmente.

Ainsi, en fonction des besoins, nous pouvons placer le satellite sur une orbite particulière. Maintenant, parlons des angles de vue.

Angles de regard

Les deux angles suivants de l'antenne de la station terrienne combinés sont appelés look angles.

  • Angle azimutal
  • Angle d'élévation

Généralement, les valeurs de ces angles changent pour les orbites non géostationnaires. Alors que les valeurs de ces angles ne changent pas pour les orbites géostationnaires. Car, les satellites présents sur les orbites géostationnaires semblent stationnaires par rapport à la Terre.

Ces deux angles sont utiles pour pointer le satellite directement depuis l'antenne de la station terrienne. Alors lemaximum gain de l'antenne de la station terrienne peut être dirigée vers le satellite.

nous pouvons calculate les angles d'observation de l'orbite géostationnaire en utilisant la longitude et la latitude de la station terrienne et la position de l'orbite du satellite.

Angle azimutal

L'angle entre le plan horizontal local et le plan passant par la station terrienne, le satellite et le centre de la terre est appelé azimuth angle.

le formula pour l'angle azimutal ($\alpha$) est

$$\alpha\: = 180^0 + Tan^{-1}\left(\frac{Tan G}{TanL}\right)$$

Où,

  • L est la latitude de l'antenne de la station terrienne.

  • G est la différence entre la position de l'orbite du satellite et celle de l'antenne de la station terrienne.

Le suivant figure illustre l'angle azimutal.

Mesurer la horizontal angleà l'antenne de la station terrienne au pôle nord comme indiqué sur la figure. Il représente l'angle azimutal. Il est utilisé pour suivre le satellite horizontalement.

Angle d'élévation

L'angle entre le plan vertical et la ligne pointant vers le satellite est appelé angle d'élévation. Le plan vertical n'est rien d'autre que le plan, qui est perpendiculaire au plan horizontal.

le formula pour l'angle d'élévation ($\beta$) est

$$\beta = Tan^{-1}\left(\frac{cosG.cosL-0.15}{\sqrt{1-cos^2G.cos^2L}}\right)$$

Nous pouvons calculer l'angle d'élévation en utilisant la formule ci-dessus. Le suivantfigure illustre l'angle d'élévation.

Mesurer la vertical angleà l'antenne de la station terrienne du sol au satellite comme indiqué sur la figure. Il représente l'angle d'élévation.

Perturbations orbitales

Voici les perturbations orbitales dues à des forces ou paramètres gravitationnels et non gravitationnels.

  • Force gravitationnelle irrégulière autour de la Terre en raison d'une distribution de masse non uniforme. Le champ magnétique terrestre provoque également des perturbations orbitales.

  • Les principales perturbations externes proviennent du Soleil et de la Lune. Lorsqu'un satellite est proche de ces corps externes, il reçoit une plus forte attraction gravitationnelle.

  • Les satellites en orbite basse sont affectés par le frottement causé par la collision avec des atomes et des ions.

  • La pression du rayonnement solaire affecte les grands satellites GEO, qui utilisent de grands panneaux solaires.

  • Couples et pressions auto-générés causés par le rayonnement RF de l'antenne.

La plupart des satellites utilisent un propulsion subsystem afin de maintenir une direction correcte de l'axe de rotation et de contrôler l'altitude du satellite contre les forces de perturbation.

Les satellites restent dans l'espace pendant la majeure partie de leur vie. Nous savons que l'environnement de l'apesanteur est présent dans l'espace. C'est pourquoi les satellites n'ont pas besoin de cadres solides supplémentaires dans l'espace. Mais, ceux-ci sont nécessaires lors du processus de lancement. Parce que dans ce processus, le satellite tremble violemment, jusqu'à ce que le satellite soit placé sur une orbite appropriée.

le design of satellites doit être compatible avec un ou plusieurs lanceurs afin de placer le satellite sur une orbite.

Nous savons que la période de révolution sera plus pour plus apogeealtitude selon la deuxième loi de Kepler. La période d'orbite de transfert géostationnaire est presque égale à 16 heures. Siperigee est porté à l'altitude GEO (environ 36 000 km), puis la période de révolution passera à 24 heures.

Lancement de satellites

Le processus de placement du satellite sur une orbite appropriée est connu sous le nom de launching process. Au cours de ce processus, à partir des stations terriennes, nous pouvons contrôler le fonctionnement du satellite. Principalement, il y a quatre étapes dans le lancement d'un satellite.

  • First Stage - Le premier étage du lanceur contient des fusées et du carburant pour soulever le satellite avec le lanceur du sol.

  • Second Stage- Le deuxième étage du lanceur contient des fusées plus petites. Ceux-ci sont allumés après l'achèvement de la première étape. Ils ont leurs propres réservoirs de carburant pour envoyer le satellite dans l'espace.

  • Third Stage- Le troisième étage (supérieur) du lanceur est relié au carénage satellite. Ce carénage est un blindage métallique, qui contient le satellite et il protège le satellite.

  • Fourth Stage- Le satellite est séparé de l'étage supérieur du lanceur lorsqu'il a été atteint hors de l'atmosphère terrestre. Ensuite, le satellite ira sur une «orbite de transfert». Cette orbite envoie le satellite plus haut dans l'espace.

Lorsque le satellite atteint la hauteur souhaitée de l'orbite, ses sous-systèmes comme les panneaux solaires et les antennes de communication se déploient. Ensuite, le satellite prend sa position sur l'orbite avec d'autres satellites. Maintenant, le satellite est prêt à fournirservices au public.

Véhicules de lancement de satellites

Les lanceurs de satellites lancent les satellites sur une orbite particulière en fonction des besoins. Les lanceurs de satellites ne sont que des fusées à plusieurs étages. Voici lestwo types de lanceurs de satellites.

  • Véhicules de lancement épuisables (ELV)
  • Véhicules de lancement réutilisables (RLV)

Véhicules de lancement épuisables

Les lanceurs épuisables (ELV) sont détruits après avoir laissé les satellites dans l'espace. L'image suivante montre à quoi ressemble une VLE.

La VLE comprend trois étapes. Les premier et deuxième étages de l'ELV élèvent le satellite à environ 50 miles et 100 miles. La troisième étape de l'ELV place le satellite en orbite de transfert. La tâche deELV sera achevé et ses pièces de rechange seront tombées sur terre, lorsque le satellite atteindra son orbite.

Véhicules de lancement réutilisables

Des lanceurs réutilisables (RLV) peuvent être utilisés multiple timespour lancer des satellites. Généralement, ce type de lanceurs reviendra sur Terre après avoir quitté le satellite dans l'espace.

L'image suivante montre un lanceur réutilisable. Il est également connu sous le nom despace shuttle.

Les fonctions de space shuttlesont similaires aux fonctions des premier et deuxième étages de la VLE. Le satellite ainsi que le troisième étage de la navette spatiale sont montés dans la soute. Il est éjecté de la soute lorsque la navette spatiale atteint une altitude de 150 à 200 miles.

Ensuite, le troisième étage de la navette spatiale est tiré et place le satellite sur une orbite de transfert. Après cela, la navette spatiale reviendra sur terre pourreuse.

Dans le système de communication par satellite, diverses opérations ont lieu. Parmi celles-ci, les principales opérations sont le contrôle de l'orbite, l'altitude du satellite, la surveillance et le contrôle d'autres sous-systèmes.

Une communication par satellite se compose principalement de deux segments. Ce sont le segment spatial et le segment terrestre. Ainsi, en conséquence, il y aura deux types de sous-systèmes à savoir, les sous-systèmes du segment spatial et les sous-systèmes du segment terrestre. Le suivantfigure illustre ce concept.

Comme le montre la figure, le communication se déroule entre les sous-systèmes du segment spatial et les sous-systèmes du segment terrestre via des liaisons de communication.

Sous-systèmes du segment spatial

Les sous-systèmes présents dans le segment spatial sont appelés sous-systèmes de segment spatial. Voici lesspace segment subsystems.

  • Sous-système AOC
  • Sous-système TTCM
  • Sous-systèmes d'alimentation et d'antenne
  • Transponders

Sous-systèmes du segment terrestre

Les sous-systèmes présents dans le segment sol ont la capacité d'accéder au répéteur satellite pour assurer la communication entre les utilisateurs. Earth segment est également appelé segment sol.

Le segment terrestre remplit principalement deux fonctions. Il s'agit de la transmission d'un signal vers le satellite et de la réception du signal du satellite.Earth stations sont les principaux sous-systèmes présents dans le segment terrestre.

Nous discuterons de tous ces sous-systèmes du segment spatial et du segment terrestre dans les chapitres suivants.

Nous savons que le satellite peut s'écarter de son orbite en raison des forces gravitationnelles du soleil, de la lune et d'autres planètes. Ces forces changent de manière cyclique sur une période de 24 heures, car le satellite se déplace autour de la terre.

Contrôle d'altitude et d'orbite (AOC)Le sous-système se compose de moteurs de fusée, qui sont capables de placer le satellite sur l'orbite droite, chaque fois qu'il est dévié de l'orbite respective. Le sous-système AOC est utile pour rendre les antennes, qui sont de type faisceau étroit, pointées vers la terre.

Nous pouvons faire de ce sous-système AOC le suivant two parts.

  • Sous-système de contrôle d'altitude
  • Sous-système de contrôle d'orbite

Maintenant, laissez-nous discuter de ces deux sous-systèmes un par un.

Sous-système de contrôle d'altitude

Le sous-système de contrôle d'altitude s'occupe de l'orientation du satellite sur son orbite respective. Voici lestwo methods pour rendre stable le satellite présent sur une orbite.

  • Faire tourner le satellite
  • Méthode des trois axes

Faire tourner le satellite

Dans cette méthode, le corps du satellite tourne autour de son spin axis. En général, il peut être mis en rotation de 30 à 100 tr / min pour produire une force, qui est de type gyroscopique. Pour cette raison, l'axe de rotation se stabilise et le satellite pointera dans la même direction. Les satellites de ce type sont appelés commespinners.

Spinner contient un tambour, qui est de forme cylindrique. Ce tambour est recouvert de cellules solaires. Les systèmes d'alimentation et les fusées sont présents dans ce tambour.

Le sous-système de communication est placé sur le dessus du tambour. Un moteur électrique anime ce système de communication. La direction de ce moteur sera opposée à la rotation du corps du satellite, de sorte que les antennes pointent vers la terre. Les satellites, qui effectuent ce genre d'opération sont appelés commede-spin.

Pendant la phase de lancement, le satellite spinslorsque les petits jets de gaz radiaux sont actionnés. Après cela, lede-spin Le système fonctionne de manière à faire pointer les antennes du sous-système TTCM vers la station terrienne.

Méthode des trois axes

Dans cette méthode, nous pouvons stabiliser le satellite en utilisant une ou plusieurs roues d'impulsion. Cette méthode est appelée commethree-axis method. L'avantage de cette méthode est que l'orientation du satellite selon trois axes sera contrôlée et pas besoin de faire tourner le corps principal du satellite.

Dans cette méthode, les éléments suivants three axes sont considérés.

  • Roll axis est considéré dans la direction dans laquelle le satellite se déplace dans le plan orbital.

  • Yaw axis est considéré dans le sens vers la terre.

  • Pitch axis est considérée dans la direction, qui est perpendiculaire au plan orbital.

Ces trois axes sont illustrés ci-dessous figure.

Soit X R , Y R et Z R respectivement l'axe de roulis, l'axe de lacet et l'axe de tangage. Ces trois axes sont définis en considérant la position du satellite commereference. Ces trois axes définissent l'altitude du satellite.

Soit X, Y et Z un autre ensemble d'axes cartésiens. Cet ensemble de trois axes fournit les informations sur l'orientation du satellite par rapport aux axes de référence. S'il y a un changement d'altitude du satellite, alors les angles entre les axes respectifs seront modifiés.

Dans cette méthode, chaque axe contient deux jets de gaz. Ils assureront la rotation dans les deux sens des trois axes.

  • le first gas jet sera exploité pendant un certain temps, lorsqu'il y a une exigence de mouvement du satellite dans une direction d'axe particulière.

  • le second gas jetfonctionnera pendant la même période, lorsque le satellite atteint la position souhaitée. Ainsi, le deuxième jet de gaz arrêtera le mouvement du satellite dans cette direction d'axe.

Sous-système de contrôle d'orbite

Le sous-système de contrôle de l'orbite est utile pour amener le satellite sur son orbite correcte, chaque fois que le satellite est dévié de son orbite.

Le sous-système TTCM présent à la station terrienne surveille la position du satellite. S'il y a un changement dans l'orbite du satellite, alors il envoie un signal concernant la correction au sous-système de contrôle d'orbite. Ensuite, il résoudra ce problème en amenant le satellite sur l'orbite correcte.

De cette façon, le AOC subsystem prend en charge la position du satellite sur l'orbite droite et à la bonne altitude pendant toute la durée de vie du satellite dans l'espace.

Télémétrie, suivi, commande et surveillance (TTCM)le sous-système est présent à la fois dans le satellite et dans la station terrienne. En général, le satellite obtient des données via des capteurs. Ainsi, le sous-système de télémétrie présent dans le satellite envoie ces données à la ou aux stations terriennes. Par conséquent, le sous-système TTCM est très nécessaire pour tout satellite de communication afin de le faire fonctionner avec succès.

Il est de la responsabilité de l'exploitant du satellite de contrôler le satellite pendant sa durée de vie, après l'avoir placé sur l'orbite appropriée. Cela peut être fait avec l'aide deTTCM subsystem.

Nous pouvons faire de ce sous-système TTCM ce qui suit three parts.

  • Sous-système de télémétrie et de surveillance
  • Sous-système de suivi
  • Sous-système de commande

Sous-système de télémétrie et de surveillance

Le mot ‘Telemetry’signifie une mesure à distance. Principalement, les opérations suivantes ont lieu dans «Télémétrie».

  • Génération d'un signal électrique proportionnel à la grandeur à mesurer.

  • Encodage du signal électrique.

  • Transmettre ce code à une distance lointaine.

Telemetry subsystem présent dans le satellite remplit principalement deux fonctions -

  • recevoir des données de capteurs, et
  • transmettre ces données à une station terrienne.

Les satellites disposent de plusieurs capteurs pour surveiller différents paramètres tels que la pression, la température, l'état, etc., de divers sous-systèmes. En général, les données de télémétrie sont transmises sous forme de FSK ou PSK.

Le sous-système de télémétrie est un système télécommandé. Il envoie des données de surveillance du satellite à la station terrienne. Généralement, letelemetry signals transporter les informations liées à l'altitude, à l'environnement et au satellite.

Sous-système de suivi

Le sous-système de suivi est utile pour connaître la position du satellite et son orbite actuelle. Centre de contrôle des satellites(SCC)surveille le fonctionnement et l'état des sous-systèmes du segment spatial à l'aide de la liaison descendante de télémétrie. Et, il contrôle ces sous-systèmes en utilisant la liaison montante de commande.

Nous savons que le tracking subsystemest également présent dans une station terrienne. Il se concentre principalement sur la portée et les angles de vue du satellite. Nombre de techniques utilisées pour suivre le satellite. Pourexample, le changement de la position orbitale du satellite peut être identifié en utilisant les données obtenues à partir des capteurs de vitesse et d'accélération présents sur le satellite.

le tracking subsystemqui est présent dans une station terrienne continue de suivre le satellite, lorsqu'il est libéré du dernier étage du lanceur. Il remplit les fonctions telles que la localisation du satellite en orbite initiale et l'orbite de transfert.

Sous-système de commande

Un sous-système de commandement est nécessaire pour lancer le satellite sur une orbite et son fonctionnement sur cette orbite. Ce sous-système ajuste l'altitude et l'orbite du satellite, chaque fois qu'il y a un écart dans ces valeurs. Il contrôle également le sous-système de communication. Cecommanding subsystem est responsable de l'activation / désactivation des autres sous-systèmes présents dans le satellite en fonction des données provenant des sous-systèmes de télémétrie et de suivi.

En général, les codes de contrôle sont convertis en mots de commande. Ces mots de commande sont utilisés pour envoyer sous la forme deTDM frames. Dans un premier temps, la validité des mots de commande est vérifiée dans le satellite. Après cela, ces mots de commande peuvent être renvoyés à la station terrienne. Ici, ces mots de commande sont à nouveau vérifiés.

Si la station terrienne reçoit également le même mot de commande (correct), alors elle envoie une instruction d'exécution au satellite. Donc, il exécute cette commande.

En termes de fonctionnalité, le sous-système de télémétrie et le sous-système de commande sont opposés. Depuis, le premier transmet les informations du satellite à la station terrienne et le second reçoit des signaux de commande de la station terrienne.

Dans ce chapitre, parlons de Power systems d'où divers sous-systèmes de satellite sont alimentés et Antenna subsystems un par un.

Systèmes d'alimentation

Nous savons que le satellite présent sur une orbite doit être exploité en continu pendant sa durée de vie. Ainsi, le satellite a besoin d'une alimentation interne pour faire fonctionner divers systèmes électroniques et charges utiles de communication qui y sont présents.

Power systemest un sous-système vital, qui fournit la puissance nécessaire au fonctionnement d'un satellite. Principalement, les cellules solaires (ou panneaux) et les batteries rechargeables sont utilisées dans ces systèmes.

Cellules solaires

Fondamentalement, le solar cellsproduire de l'énergie électrique (courant) à partir de la lumière du soleil incidente. Par conséquent, les cellules solaires sont utilisées principalement pour fournir de l'énergie à d'autres sous-systèmes de satellite.

Nous savons que les cellules solaires individuelles génèrent très moins d'énergie. Ainsi, afin de générer plus de puissance, un groupe de cellules présentes sous forme de tableau peut être utilisé.

Panneaux solaires

Il y en a deux types of solar arraysqui sont utilisés dans les satellites. Ce sont des panneaux solaires cylindriques et des panneaux solaires rectangulaires ou une voile solaire.

  • Cylindrical solar arrayssont utilisés dans les satellites en rotation. Seule une partie du réseau cylindrique sera couverte sous le soleil à un moment donné. Pour cette raison, l'énergie électrique est générée à partir du panneau solaire partiel. C'est l'inconvénient de ce type.

  • L'inconvénient des panneaux solaires cylindriques est surmonté avec Solar sail. Celui-ci produit plus d'énergie car toutes les cellules solaires de la voile solaire sont exposées à la lumière du soleil.

Batteries rechargeables

Pendant le temps des éclipses, il est difficile d'obtenir l'énergie de la lumière du soleil. Donc, dans cette situation, les autres sous-systèmes sont alimentés parrechargeable batteries. Ces batteries produisent également de l'énergie pour d'autres sous-systèmes lors du lancement du satellite.

En général, ces batteries se chargent en raison d'un excès de courant, qui est généré par les cellules solaires en présence de la lumière du soleil.

Sous-systèmes d'antenne

Les antennes sont présentes à la fois dans le satellite et dans la station terrienne. Maintenant, parlons des antennes satellites.

Les antennes satellites fonctionnent two typesdes fonctions. Ceux-ci reçoivent des signaux provenant de la station terrienne et transmettent des signaux à une ou plusieurs stations terriennes en fonction des besoins. En d'autres termes, les antennes satellites reçoivent des signaux de liaison montante et émettent des signaux de liaison descendante.

On sait que la longueur des antennes satellites est inversement proportionnelle à la fréquence de fonctionnement. La fréquence de fonctionnement doit être augmentée afin de réduire la longueur des antennes satellites. Par conséquent, les antennes satellites fonctionnent dans l'ordre deGHz fréquences.

Antennes satellites

Les antennes utilisées dans les satellites sont appelées antennes satellites. Il y a principalement quatretypes of Antennas. Elles sont:

  • Antennes filaires
  • Antennes en corne
  • Antennes de réseau
  • Antennes à réflecteur

Maintenant, parlons de ces antennes une par une.

Antennes filaires

Les antennes filaires sont les antennes de base. Mono pole et dipole antennasappartiennent à cette catégorie. Ceux-ci sont utilisés dans des fréquences très élevées afin de fournir la communication pour le sous-système TTCM.

La longueur du fil total, qui est utilisé comme dipôle, si égale à la moitié de la longueur d'onde (c'est-à-dire, l = λ / 2), une telle antenne est appelée comme half-wave dipole antenna.

Wire antennasconviennent pour couvrir sa plage d'accès et pour fournir une puissance de signal dans toutes les directions. Cela signifie que les antennes filaires sont des antennes omnidirectionnelles.

Antennes en corne

Une antenne avec une ouverture à la fin peut être qualifiée de Aperture antenna. Le bord d'une ligne de transmission, lorsqu'il se termine par une ouverture, rayonne de l'énergie. Cette ouverture qui est une ouverture, en fait une antenne à ouverture.

Horn antennaest un exemple d'antenne à ouverture. Il est utilisé dans les satellites afin de couvrir plus de surface sur terre.

Les antennes corne sont utilisées dans microwavegamme de fréquences. Le même cornet d'alimentation peut être utilisé à la fois pour la transmission et la réception des signaux. Un périphérique nommé duplexeur, qui sépare ces deux signaux.

Antennes de réseau

Une antenne lorsqu'elle individuellement peut rayonner une quantité d'énergie, dans une direction particulière, ce qui se traduit par une meilleure transmission, comme ce serait si peu d'éléments supplémentaires lui sont ajoutés, pour produire une sortie plus efficace. C'est exactement cette idée qui a conduit à l'invention deArray Antennasou réseaux d'antennes. Les antennes réseau sont utilisées dans les satellites pour former plusieurs faisceaux à partir d'une seule ouverture.

Antennes à réflecteur

Les antennes réflectrices conviennent pour produire des faisceaux, qui ont plus de force de signal dans une direction particulière. Cela signifie que ce sont des antennes hautement directionnelles. Alors,Parabolic reflectorsaugmenter le gain des antennes dans le système de communication par satellite. Par conséquent, ceux-ci sont utilisés dans les télécommunications et la radiodiffusion.

Si une antenne à réflecteur parabolique est utilisée pour transmittingun signal, le signal de l'alimentation, sort d'un dipôle ou d'une antenne cornet, pour focaliser l'onde sur la parabole. Cela signifie que les ondes sortent du point focal et frappent le réflecteur paraboloïdal. Cette onde est maintenant réfléchie comme un front d'onde collimaté.

Si la même antenne est utilisée comme receiver, l'onde électromagnétique lorsqu'elle atteint la forme de la parabole, l'onde est réfléchie sur le point d'alimentation. Le dipôle ou l'antenne cornet, qui agit comme antenne de réception à son alimentation, reçoit ce signal, pour le convertir en signal électrique et le transmet aux circuits du récepteur.

Le sous-système, qui assure la liaison entre les antennes d'émission et de réception d'un satellite, est appelé Transponder. C'est l'un des sous-systèmes les plus importants des sous-systèmes du segment spatial.

Le transpondeur remplit les fonctions d'émetteur et de récepteur (répondeur) dans un satellite. Par conséquent, le mot `` transpondeur '' est obtenu en combinant quelques lettres de deux mots, émetteur(Trans) et répondeur (ponder).

Schéma fonctionnel du transpondeur

Le transpondeur effectue principalement two functions. Ceux-ci amplifient le signal d'entrée reçu et en traduisent la fréquence. En général, différentes valeurs de fréquence sont choisies à la fois pour la liaison montante et la liaison descendante afin d'éviter les interférences entre les signaux émis et reçus.

le block diagram du transpondeur est illustré dans la figure ci-dessous.

Nous pouvons facilement comprendre le fonctionnement du transpondeur à partir du schéma fonctionnel lui-même. La fonction de chaque bloc est mentionnée ci-dessous.

  • Duplexerest une porte micro-ondes bidirectionnelle. Il reçoit le signal de liaison montante de l'antenne satellite et transmet le signal de liaison descendante à l'antenne satellite.

  • Low Noise Amplifier (LNA) amplifie le faible signal reçu.

  • Carrier Processoreffectue la conversion à la baisse de fréquence du signal reçu (liaison montante). Ce bloc détermine le type de transpondeur.

  • Power Amplifier amplifie la puissance du signal converti en fréquence (liaison descendante) au niveau requis.

Types de transpondeurs

Fondamentalement, il y a two typesde transpondeurs. Ce sont des transpondeurs Bent Pipe et des transpondeurs régénératifs.

Transpondeurs Bent Pipe

Le transpondeur à tube plié reçoit un signal de fréquence micro-ondes. Il convertit la fréquence du signal d'entrée en fréquence RF, puis l'amplifie.

Le transpondeur à tube plié est également appelé répéteur et conventional transponder. Il convient aux signaux analogiques et numériques.

Transpondeurs régénératifs

Le transpondeur régénératif remplit les fonctions du transpondeur Bent pipe. c'est-à-dire, traduction et amplification de fréquence. En plus de ces deux fonctions, le transpondeur régénératif effectue également la démodulation de la porteuse RF en bande de base, la régénération des signaux et la modulation.

Le transpondeur régénératif est également appelé transpondeur de traitement. Il convient uniquement aux signaux numériques. Le principaladvantages des transpondeurs régénératifs améliorent le rapport signal / bruit (SNR) et ont plus de flexibilité dans la mise en œuvre.

le earth segmentdu système de communication par satellite se compose principalement de deux stations terriennes. Il s'agit de la station terrienne émettrice et de la station terrienne réceptrice.

La transmission earth stationtransmet les signaux d'information au satellite. Alors que la station terrienne réceptrice reçoit les signaux d'information du satellite. Parfois, la même station terrienne peut être utilisée à la fois à des fins d'émission et de réception.

En général, les stations terriennes reçoivent les signaux en bande de base sous l'une des formes suivantes. Signaux vocaux et signaux vidéo sous forme analogique ou sous forme numérique.

Initialement, la technique de modulation analogique, nommée FM modulationest utilisé pour transmettre à la fois des signaux vocaux et vidéo, qui sont sous forme analogique. Plus tard, les techniques de modulation numérique, à savoir la modulation par décalage de fréquence(FSK) et saisie par décalage de phase (PSK)sont utilisés pour transmettre ces signaux. Parce que les signaux vocaux et vidéo sont utilisés pour représenter en numérique en les convertissant de l'analogique.

Schéma fonctionnel de la station terrienne

Conception d'un Earth stationdépend non seulement de l'emplacement de la station terrienne, mais également de certains autres facteurs. L'emplacement des stations terriennes pourrait être sur terre, sur des navires en mer et sur des aéronefs. Les facteurs dépendants sont le type de service, l'utilisation des bandes de fréquences, les caractéristiques de l'émetteur, du récepteur et de l'antenne.

le block diagram de la station terrienne numérique est illustrée dans la figure ci-dessous.

Nous pouvons facilement comprendre le fonctionnement de la station terrienne de la figure ci-dessus. Il y a quatre grandssubsystemsprésentes dans n'importe quelle station terrienne. Il s'agit du sous-système émetteur, récepteur, antenne et suivi.

Émetteur

Les informations binaires (numériques) entrent dans l'équipement en bande de base de la station terrienne à partir du réseau terrestre. Encoder inclut des bits de correction d'erreur afin de minimiser le taux d'erreur sur les bits.

En communication par satellite, la fréquence intermédiaire (IF)peut être choisi comme 70 MHz en utilisant un transpondeur ayant une bande passante de 36 MHz. De même, le FI peut également être choisi comme 140 MHz en utilisant un transpondeur ayant une bande passante de 54 MHz ou 72 MHz.

Le convertisseur ascendant effectue la conversion de fréquence du signal modulé en une fréquence plus élevée. Ce signal sera amplifié en utilisant un amplificateur haute puissance. L'antenne de la station terrienne transmet ce signal.

Destinataire

Pendant reception, l'antenne de la station terrienne reçoit le signal de liaison descendante. Il s'agit d'un signal RF modulé de bas niveau. En général, le signal reçu aura une intensité de signal moindre. Donc, afin d'amplifier ce signal, Low Noise Amplifier(LNA)est utilisé. Pour cette raison, il y a une amélioration de la valeur du rapport signal sur bruit (SNR).

Le signal RF peut être down convertedà la valeur de la fréquence intermédiaire (IF), qui est de 70 ou 140 MHz. Car, il est facile de démoduler à ces fréquences intermédiaires.

La fonction du decoderest juste opposé à celui de l'encodeur. Ainsi, le décodeur produit une information binaire sans erreur en supprimant les bits de correction d'erreur et en corrigeant les positions des bits le cas échéant.

Ces informations binaires sont transmises à l'équipement en bande de base pour un traitement ultérieur et sont ensuite transmises au réseau terrestre.

Antenne de station terrienne

Les principales parties de Earth station Antennasont le système d'alimentation et le réflecteur d'antenne. Ces deux parties combinées rayonnent ou reçoivent des ondes électromagnétiques. Comme le système d'alimentation obéit au théorème de réciprocité, les antennes de la station terrienne conviennent à la fois à l'émission et à la réception d'ondes électromagnétiques.

Parabolic reflectorssont utilisés comme antenne principale dans les stations terriennes. Le gain de ces réflecteurs est élevé. Ils ont la capacité de focaliser un faisceau parallèle en un point au foyer, où se trouve le système d'alimentation.

Sous-système de suivi

le Tracking subsystemsuit le satellite et veille à ce que le faisceau vienne vers lui afin d'établir la communication. Le système de poursuite présent dans la station terrienne effectue principalementtwo functions. Ce sont l'acquisition et le suivi des satellites. Ce suivi peut être effectué de l'une des manières suivantes. Ce sont le suivi automatique, le suivi manuel et le suivi des programmes.

Dans ce chapitre, examinons deux exemples de stations terriennes: Receive-only Home TV system et Community Antenna TV system.

Recevoir uniquement le système de télévision à domicile

Si la diffusion a lieu directement vers les récepteurs de télévision à domicile, ce type de service est appelé Direct Broadcast Satellite (DBS) un service.

Un réflecteur de type maillé peut être utilisé pour focaliser les signaux dans un dual feed-horn. Il a deux sorties séparées. Une sortie obtiendra des signaux en bande C et une autre sortie obtiendra des signaux en bande Ku.

La programmation télévisuelle provient principalement des signaux de première génération. Ces signaux sont transmis par satellite aux principales stations d'extrémité du réseau en bande C. Ces signaux sont compressés et transmis sous forme numérique aux fournisseurs de câbles et de DBS.

Les utilisateurs de la bande C peuvent s'abonner à des chaînes de télévision payantes. Ces services d'abonnement sontcheaper par rapport au câble en raison de la disponibilité de la programmation à sources multiples.

le block diagram du récepteur TV DBS est illustré dans la figure ci-dessous.

Unité extérieure

L'unité extérieure se compose principalement de receiving antenna et convertisseur à faible bruit (LNC). Low Noise Converter (LNC) n'est rien d'autre que la combinaison d'un amplificateur à faible bruit (LNA) suivi d'un convertisseur. L'antenne de réception est directement alimentée dans LNC.

En général, le parabolic reflector est également utilisé avec l'antenne cornet de réception pour une meilleure focalisation du faisceau.

Unité intérieure

En général, le signal envoyé à l'unité intérieure est un signal à large bande. La fréquence de ce signal est comprise entre 950 MHz et 1450 MHz. Dans l'unité intérieure, ce signal est amplifié à l'aide d'unamplifier.

Le signal amplifié est appliqué à un filtre de suivi et à un convertisseur abaisseur. Il sélectionne le canal souhaité et convertit sa fréquence en unIntermediate Frequency (IF) de 70 MHz.

IF amplifieramplifie la force du signal afin de le démoduler correctement. Le signal en bande de base (démodulé) est utilisé pour générer un signal Vestigial Single Side Band (VSSB). Ce signal est introduit dans l'un des canaux VHF / UHF d'un téléviseur standard.

La modulation de fréquence (FM) est utilisée dans DBS TV. Alors que la modulation d'amplitude (AM) sous la forme de VSSB est utilisée dans la télévision conventionnelle. C'est lemajor difference entre DBS TV et TV conventionnelle.

Système de télévision par antenne communautaire

La télévision d'antenne communautaire (CATV)Le système utilise une seule unité extérieure et plusieurs alimentations. Ces alimentations sont disponibles séparément pour chaque sens de polarisation. Pour cette raison, tous les canaux seront disponibles simultanément sur le récepteur intérieur.

le block diagram de l'unité intérieure du système CATV est illustré dans la figure ci-dessous.

Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de disposer d'un récepteur séparé pour chaque utilisateur. Car, toutes les porteuses sont démodulées dans un système récepteur-filtre commun. Après cela, les canaux sont combinés en un signal multiplexé. Ce signal est ensuite transmis via un câble aux abonnés (utilisateurs).

Dans les systèmes de communication par satellite, il existe deux types de calculs de puissance. Ce sont les calculs de puissance d'émission et de puissance de réception. En général, ces calculs sont appelésLink budget calculations. L'unité de puissance estdecibel.

Commençons par discuter de la terminologie de base utilisée dans Link Budget, puis nous passerons à l'explication des calculs de Link Budget.

Terminologie de base

Un isotropic radiator(antenne) rayonne également dans toutes les directions. Mais cela n'existe pratiquement pas. Ce n'est qu'une antenne théorique. Nous pouvons comparer les performances de toutes les antennes réelles (pratiques) par rapport à cette antenne.

Densité de flux de puissance

Supposons qu'un radiateur isotrope est situé au centre de la sphère de rayon r. Nous savons que la densité de flux de puissance est le rapport entre le flux de puissance et la surface unitaire.

Power flux density,$\Psi_i$ d'un radiateur isotrope est

$$\Psi_i = \frac{p_s}{4\pi r^2}$$

Où, $P_s$est le flux de puissance. En général, la densité de flux de puissance d'une antenne pratique varie avec la direction. Mais c'estmaximum value sera dans une seule direction particulière.

Gain de l'antenne

le gain de l'antenne pratique est défini comme le rapport de la densité de flux de puissance maximale de l'antenne pratique et de la densité de flux de puissance de l'antenne isotrope.

Par conséquent, le gain d'antenne ou Antenna gain, G est

$$G = \frac{\Psi_m}{\Psi_i}$$

Où, $\Psi_m$est la densité de flux de puissance maximale de l'antenne pratique. Et,$\Psi_i$ est la densité de flux de puissance du radiateur isotrope (antenne).

Puissance rayonnée isotrope équivalente

La puissance rayonnée isotrope équivalente (EIRP) est le principal paramètre utilisé dans la mesure du bilan de liaison. Mathematically, il peut s'écrire

$$EIRP = G\:\:P_s$$

Nous pouvons représenter EIRP dans decibels comme

$$\left [ EIRP \right ] = \left [ G \right ] + \left [ P_s \right ]dBW$$

Où, G est le gain de l'antenne émettrice et $P_s$ est la puissance de l'émetteur.

Pertes de transmission

La différence entre la puissance envoyée à une extrémité et reçue à la station réceptrice est connue sous le nom de Transmission losses. Les pertes peuvent être classées en 2 types.

  • Pertes constantes
  • Pertes variables

Les pertes constantes telles que les pertes d'alimentation sont appelées constant losses. Quelles que soient les précautions que nous aurions pu prendre, ces pertes sont inévitables.

Un autre type de pertes sont variable loss. Le ciel et les conditions météorologiques sont un exemple de ce type de perte. Signifie que si le ciel n'est pas clair, le signal n'atteindra pas efficacement le satellite ou vice versa.

Par conséquent, notre procédure inclut le calcul des pertes dues à un temps clair ou à un ciel clair comme 1 er car ces pertes sont constantes. Ils ne changeront pas avec le temps. Ensuite, dans la 2 ème étape, nous pouvons calculer les pertes dues aux conditions météorologiques défavorables.

Calcul du budget de liaison

Il existe deux types de calculs de budget de liaison car il existe deux liens à savoir, uplink et downlink.

Liaison montante de la station terrienne

C'est le processus dans lequel la Terre transmet le signal au satellite et le satellite le reçoit. Sesmathematical equation peut être écrit comme

$$\left(\frac{C}{N_0}\right)_U = [EIRP]_U+\left(\frac{G}{T}\right)_U - [LOSSES]_U -K$$

Où,

  • $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ est le rapport de densité porteuse / bruit

  • $\left [\frac{G}{T}\right ]$ est le rapport G / T du récepteur satellite et les unités sont en dB / K

Ici, les pertes représentent les pertes d'alimentation du récepteur satellite. Les pertes qui dépendent de la fréquence sont toutes prises en compte.

La valeur EIRP doit être aussi faible que possible pour une UPLINK efficace. Et cela est possible lorsque nous avons un ciel clair.

Ici, nous avons utilisé la notation (en indice) «U», qui représente les phénomènes de liaison montante.

Liaison descendante par satellite

Dans ce processus, le satellite envoie le signal et la station terrienne le reçoit. L'équation est la même que celle de la liaison montante du satellite à la différence que nous utilisons l'abréviation «D» partout au lieu de «U» pour désigner les phénomènes de liaison descendante.

Ses mathematical l'équation peut s'écrire;

$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ LOSSES \right ]_D - K$$

Où,

  • $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ est le rapport de densité porteuse / bruit
  • $\left [\frac{G}{T}\right ]$ est le rapport G / T du récepteur de la station terrienne et les unités sont en dB / K

Ici, toutes les pertes qui sont présentes autour des stations terriennes.

Dans l'équation ci-dessus, nous n'avons pas inclus la largeur de bande du signal B. Cependant, si nous incluons cela, l'équation sera modifiée comme suit.

$$\left [\frac{C}{N_0}\right ]_D = \left [ EIRP \right ]_D + \left [ \frac{G}{T} \right ]_D - \left [ LOSSES \right ]_D -K-B$$

Budget du lien

Si nous prenons en considération le satellite au sol, alors la perte d'étalement d'espace libre (FSP) devrait également être prise en considération.

Si l'antenne n'est pas correctement alignée, des pertes peuvent survenir. alors nous prenonsAML(Pertes de désalignement de l'antenne) en compte. De même, lorsque le signal provient du satellite vers la Terre, il entre en collision avec la surface de la Terre et certains d'entre eux sont absorbés. Ceux-ci sont pris en charge par la perte d'absorption atmosphérique donnée par“AA” et mesuré en db.

Maintenant, nous pouvons écrire l'équation de perte pour le ciel libre comme

$$Losses = FSL + RFL+ AML+ AA + PL$$

Où,

  • RFL signifie perte d'alimentation reçue et les unités sont db.

  • PL signifie perte de désadaptation de polarisation.

Maintenant le decibel equation pour la puissance reçue peut être écrit comme

$$P_R = EIRP + G_R + Losses$$

Où,

  • $P_R$ représente la puissance reçue, mesurée en dBW.
  • $G_r$ est le gain de l'antenne du récepteur.

La conception de la liaison descendante est plus critique que la conception de la liaison montante. En raison des limitations de puissance requise pour la transmission et du gain de l'antenne.

Parfois, le service d'un satellite est présent à un endroit particulier de la station terrienne et parfois il n'est pas présent. Cela signifie qu'un satellite peut avoir ses propres stations-service situées à différents endroits de la Terre. Ils envoient un signal porteur pour le satellite.

Dans cette situation, nous faisons un accès multiple pour permettre au satellite de capter ou de transmettre des signaux de différentes stations à la fois sans aucune interférence entre elles. Voici lesthree types des techniques d'accès multiples.

  • FDMA (accès multiple par répartition en fréquence)
  • TDMA (accès multiple par répartition dans le temps)
  • CDMA (accès multiple par division de code)

Maintenant, discutons de chaque technique une par une.

FDMA

Dans ce type d'accès multiple, nous attribuons à chaque signal un type différent de bande de fréquence (plage). Ainsi, deux signaux ne devraient pas avoir le même type de plage de fréquences. Par conséquent, il n'y aura aucune interférence entre eux, même si nous envoyons ces signaux dans un canal.

Un parfait examplede ce type d'accès sont nos chaînes radio. Nous pouvons voir que chaque station a reçu une bande de fréquences différente pour fonctionner.

Prenons trois stations A, B et C. Nous voulons y accéder par la technique FDMA. Nous leur avons donc attribué différentes bandes de fréquences.

Comme le montre la figure, la station satellite A a été maintenue dans la gamme de fréquences de 0 à 20 HZ. De même, les stations B et C se sont vu attribuer respectivement la gamme de fréquences 30-60 Hz et 70-90 Hz. Il n'y a aucune interférence entre eux.

Le principal disadvantagede ce type de système est qu'il est très éclaté. Ce type d'accès multiple n'est pas recommandé pour les canaux, qui sont dynamiques et inégaux. Parce que cela rendra leurs données aussi inflexibles et inefficaces.

TDMA

Comme son nom l'indique, TDMA est un accès basé sur le temps. Ici, nous donnons un certain délai à chaque canal. Dans ce laps de temps, le canal peut accéder à toute la bande passante du spectre

Chaque station a une longueur ou un créneau fixe. Les emplacements inutilisés resteront en phase d'inactivité.

Supposons que nous souhaitons envoyer cinq paquets de données à un canal particulier en technique TDMA. Nous devons donc leur attribuer certaines plages horaires outime frame dans lequel il peut accéder à toute la bande passante.

Dans la figure ci-dessus, les paquets 1, 3 et 4 sont actifs, ce qui transmet des données. Alors que les paquets 2 et 5 sont inactifs en raison de leur non-participation. Ce format se répète chaque fois que nous attribuons de la bande passante à ce canal particulier.

Bien que nous ayons attribué certaines plages horaires à un canal particulier, elles peuvent également être modifiées en fonction de la capacité de charge. Cela signifie que si un canal transmet des charges plus lourdes, il peut alors se voir attribuer un intervalle de temps plus grand que le canal qui transmet des charges plus légères. C'est le plus grandadvantagede TDMA sur FDMA. Un autre avantage du TDMA est que la consommation d'énergie sera très faible.

Note - Dans certaines applications, nous utilisons le combination des deux TDMA and FDMAtechniques. Dans ce cas, chaque canal fonctionnera dans une bande de fréquences particulière pendant une période de temps particulière. Dans ce cas, la sélection de fréquence est plus robuste et elle a une plus grande capacité de compression dans le temps.

CDMA

Dans la technique CDMA, un code unique a été attribué à chaque canal pour les distinguer les uns des autres. Un parfaitexamplede ce type d'accès multiple est notre système cellulaire. Nous pouvons voir que le numéro de mobile de deux personnes ne correspond pas bien qu'il s'agisse du même service mobile X ou Y fournissant aux clients de l'entreprise la même bande passante.

Dans le processus CDMA, nous effectuons le décodage du produit interne du signal codé et de la séquence de découpage. Par conséquent, mathématiquement, il peut être écrit comme

$$Encoded\:signal = Orginal\:data\:\: \times\:\: chipping\:sequence$$

Les bases advantagede ce type d'accès multiple est qu'il permet à tous les utilisateurs de coexister et d'utiliser la totalité de la bande passante en même temps. Étant donné que chaque utilisateur a un code différent, il n'y aura aucune interférence.

Dans cette technique, un certain nombre de stations peuvent avoir un certain nombre de canaux contrairement au FDMA et au TDMA. La meilleure partie de cette technique est que chaque station peut utiliser tout le spectre à tout moment.

Les services de communication par satellite peuvent être classés dans les deux catégories suivantes.

  • Service de liaison de communication par satellite à sens unique
  • Service de liaison de communication par satellite bidirectionnel

Maintenant, laissez-nous discuter de chaque service un par un

Service de liaison de communication par satellite à sens unique

Dans one-wayservice de liaison de communication par satellite, les informations peuvent être transférées d'une station terrienne à une ou plusieurs stations terriennes via un satellite. Cela signifie qu'il fournit à la fois une connectivité point à point et une connectivité point à multipoint.

Au dessous de figure montre un exemple de service de liaison de communication par satellite à sens unique.

Ici, la communication a lieu entre la première station terrienne (émetteur) et la deuxième station terrienne (récepteur) à la surface de la terre par un satellite en one direction.

Voici quelques-uns des one-way liaison de communication par satellite services.

  • Diffusion de services par satellite comme la radio, la télévision et les services Internet.

  • Services d'opérations spatiales comme les services de télémétrie, de suivi et de commandement.

  • Service par satellite de détermination radio comme le service de localisation de position.

Service de liaison de communication par satellite bidirectionnel

Dans two-wayliaison de communication par satellite, les informations peuvent être échangées entre deux stations terriennes au moyen d'un satellite. Cela signifie qu'il ne fournit qu'une connectivité point à point.

La figure suivante montre un exemple de service de liaison de communication par satellite bidirectionnel.

Ici, la communication a lieu entre la première station terrienne (émetteur) et la deuxième station terrienne (récepteur) à la surface de la terre par un satellite en two (tous les deux) directions.

Voici quelques-unes des liaisons de communication par satellite bidirectionnelles services.

  • Services fixes par satellite tels que téléphone, fax et données de services à haut débit.

  • Services mobiles par satellite comme les services de communication mobile terrestre, maritime et aérodynamique.

Système de positionnement global (GPS)est un système de navigation basé sur le satellite. Il a créé la révolution dans la navigation et la localisation des positions. Il est principalement utilisé dans les applications de positionnement, de navigation, de surveillance et d'arpentage.

Le principal advantagesde la navigation par satellite sont le positionnement en temps réel et la synchronisation temporelle. C'est pourquoi les systèmes de navigation par satellite font désormais partie intégrante de la plupart des applications, où la mobilité est le paramètre clé.

Un segment spatial GPS opérationnel complet contient vingt-quatre satellites en MEO. Ces satellites sont divisés en six groupes de sorte que chaque groupe contient quatre satellites. Le groupe de quatre satellites est appelé comme unconstellation. Les deux constellations adjacentes sont séparées de 60 degrés en longitude.

le orbital period de chaque satellite est approximativement égal à twelve hours. Par conséquent, tous les satellites tournent autour de la Terre deux fois par jour. A tout moment, les récepteurs GPS recevront les signaux d'au moins quatre satellites.

Codes et services GPS

Chaque satellite GPS transmet deux signaux, L1 and L2 sont de fréquences différentes. Trilaterationest une méthode simple pour trouver la position (Latitude, Longitude, Altitude) du récepteur GPS. En utilisant cette méthode, la position d'un point inconnu peut être mesurée à partir de trois points connus

Codes GPS

Voici les deux types de codes GPS.

  • Code d'acquisition grossier ou code C / A
  • Code précis ou code P

Le signal, L 1, est modulé avec une séquence de bits pseudo-aléatoire de 1,023 Mbps. Ce code est appelé code d'acquisition grossière ouC/A code et il est utilisé par le public.

Le signal, L 2, est modulé avec une séquence de bits pseudo-aléatoire de 10,23 Mbps. Ce code est appelé code précis ouP codeet il est utilisé dans les systèmes de positionnement militaires. Généralement, ce code P est transmis dans un format crypté et il est appeléY code

Le code P donne une meilleure précision de mesure par rapport au code C / A, car le débit binaire du code P est supérieur au débit binaire du code C / A.

Services GPS

Voici les deux types de services fournis par GPS.

  • Service de positionnement précis (PPS)
  • Service de positionnement standard (SPS)

PPS receiversgarder le suivi du code C / A et du code P sur deux signaux, L 1 et L 2 . Le code Y est décrypté au niveau du récepteur afin d'obtenir le code P.

SPS receiversgarder le suivi du code C / A uniquement sur le signal, L 1 .

Récepteur GPS

Il n'existe qu'une transmission unidirectionnelle du satellite aux utilisateurs dans le système GPS. Par conséquent, l'utilisateur individuel n'a pas besoin de l'émetteur, mais seulement d'unGPS receiver. Il est principalement utilisé pour trouver l'emplacement précis d'un objet. Il effectue cette tâche en utilisant les signaux reçus des satellites.

le block diagram du récepteur GPS est illustré dans la figure ci-dessous.

La fonction de chaque bloc présent dans le récepteur GPS est mentionnée ci-dessous.

  • Receiving Antennareçoit les signaux satellites. Il s'agit principalement d'une antenne à polarisation circulaire.

  • Low Noise Amplifier (LNA) amplifie le faible signal reçu

  • Down converter convertit la fréquence du signal reçu en un signal de fréquence intermédiaire (IF).

  • IF Amplifier amplifie le signal de fréquence intermédiaire (IF).

  • ADCeffectue la conversion du signal analogique, qui est obtenu de l'amplificateur IF en numérique. Supposons que les blocs d'échantillonnage et de quantification soient également présents dans ADC (Analog to Digital Converter).

  • DSP (Digital Signal Processor) génère le code C / A.

  • Microprocessoreffectue le calcul de la position et fournit les signaux de synchronisation afin de contrôler le fonctionnement d'autres blocs numériques. Il envoie les informations utiles à l'unité d'affichage afin de les afficher à l'écran.