Zasady łączności satelitarnej

ZA satellite to ciało, które porusza się wokół innego ciała po matematycznie przewidywalnej ścieżce zwanej Orbit. Satelita komunikacyjny to nic innego jak stacja przemiennika mikrofalowego w kosmosie pomocna w telekomunikacji, radiu, telewizji i aplikacjach internetowych.

ZA repeaterto obwód, który zwiększa siłę odbieranego sygnału i retransmituje go. Ale tutaj ten repeater działa jakotransponder, która zmienia pasmo częstotliwości nadawanego sygnału z odbieranego.

Nazywa się częstotliwość, z jaką sygnał jest wysyłany w przestrzeń Uplink frequency, podczas gdy częstotliwość, z jaką jest wysyłany przez transponder, wynosi Downlink frequency.

Poniższy rysunek jasno ilustruje tę koncepcję.

Przyjrzyjmy się teraz zaletom, wadom i zastosowaniom komunikacji satelitarnej.

Komunikacja satelitarna - zalety

Istnieje wiele zalet komunikacji satelitarnej, takich jak:

• Flexibility

• Łatwość instalacji nowych obwodów

• Odległości są łatwe do pokonania, a koszt nie ma znaczenia

• Możliwości nadawania

• Każdy zakątek ziemi jest pokryty

• Użytkownik może kontrolować sieć

Komunikacja satelitarna - wady

Komunikacja satelitarna ma następujące wady -

• Koszty początkowe, takie jak koszty segmentu i uruchomienia, są zbyt wysokie.

• Zatory częstotliwości

• Interferencja i propagacja

Komunikacja satelitarna - aplikacje

Komunikacja satelitarna znajduje zastosowanie w następujących obszarach -

• W audycjach radiowych.

• W programach telewizyjnych, takich jak DTH.

• W zastosowaniach internetowych, takich jak zapewnianie połączenia internetowego do przesyłania danych, aplikacji GPS, surfowania po Internecie itp.

• Do komunikacji głosowej.

• Dla sektora badawczo-rozwojowego w wielu dziedzinach.

• W zastosowaniach wojskowych i nawigacji.

Orientacja satelity na jego orbicie zależy od trzech praw zwanych prawami Keplera.

Prawa Keplera

Johannes Kepler (1571-1630), astronom, podał 3 rewolucyjne prawa dotyczące ruchu satelitów. Ścieżka, którą podąża satelita wokół swojego pierwotnego (Ziemi), toellipse. Elipsa ma dwa ogniska -F1 i F2Ziemia jest jednym z nich.

Jeśli weźmie się pod uwagę odległość od środka obiektu do punktu na jego eliptycznej ścieżce, wówczas najdalszy punkt elipsy od środka nazywa się apogee a najkrótszy punkt elipsy od środka nazywany jest as perigee.

^I prawo Keplera

1 Keplera ^st państwa prawa, że „Każda planeta krąży wokół Słońca po eliptycznej orbicie, ze słońcem jako jednego z jej ognisk.” W związku z tym satelita porusza się po eliptycznej ścieżce, której jednym z ognisk jest Ziemia.

Półoś wielka elipsy jest oznaczona jako 'a', a oś półosiowa jest oznaczona jako b. Dlatego mimośrodowość e tego układu można zapisać jako -

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

• Eccentricity (e) - Jest to parametr, który określa różnicę w kształcie elipsy, a nie koła.

• Semi-major axis (a) - Jest to najdłuższa średnica narysowana łącząca dwa ogniska wzdłuż środka, która dotyka obu apogeum (najdalszych punktów elipsy od środka).

• Semi-minor axis (b) - Jest to najkrótsza średnica poprowadzona przez środek, która styka się z obydwoma perygejami (najkrótsze punkty elipsy od środka).

Są one dobrze opisane na poniższym rysunku.

W przypadku toru eliptycznego zawsze pożądane jest, aby mimośrodowość znajdowała się między 0 a 1, tj. 0 <e <1, ponieważ jeśli e zmieni się na zero, ścieżka nie będzie już miała kształtu eliptycznego, a zostanie przekształcona w ścieżkę kołową.

2 Keplera ^nd Prawo

Keplera 2 ^nd państwa prawa, że „Dla równych odstępach czasu, obszar objęty satelita jest równa w stosunku do środka Ziemi.”

Można to zrozumieć, patrząc na poniższy rysunek.

Załóżmy, że satelita obejmuje p1 i p2 odległości w tym samym przedziale czasowym, a następnie obszary B1 i B2 objęte w obu przypadkach są równe.

^Trzecie prawo Keplera

^Trzecie prawo Keplera głosi, że „Kwadrat okresowego czasu orbity jest proporcjonalny do sześcianu średniej odległości między dwoma ciałami”.

Można to zapisać matematycznie jako

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

Co oznacza

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3} $$

Gdzie $ \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} $ jest stałą proporcjonalności (zgodnie z Mechaniką Newtona)

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3} $$

Gdzie μ = geocentryczna stała grawitacyjna Ziemi, tj. Μ = 3,98 6005 × 10 ¹⁴ m ³ / s ²

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

$$ 1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \: \: \: \ Rightarrow \: \: \: a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}} $$

Gdzie n = średni ruch satelity w radianach na sekundę

Orbitalne funkcjonowanie satelitów jest obliczane za pomocą praw Keplera.

Oprócz tego jest jeszcze jedna ważna rzecz, na którą należy zwrócić uwagę. Satelita, obracając się wokół Ziemi, podlega sile przyciągania z Ziemi, która jest siłą grawitacji. Ponadto doświadcza pewnej siły przyciągania od słońca i księżyca. Dlatego działają na nią dwie siły. Oni są -

• Centripetal force - Siła, która ma tendencję do przyciągania obiektu poruszającego się po trajektorii, w swoim kierunku, nazywana jest centripetal force.

• Centrifugal force - Siła, która ma tendencję do odpychania obiektu poruszającego się po trajektorii z dala od jego pozycji, nazywana jest centrifugal force.

Zatem satelita musi zrównoważyć te dwie siły, aby utrzymać się na swojej orbicie.

Orbity Ziemi

Satelita wystrzelony w kosmos musi zostać umieszczony na określonej orbicie, aby zapewnić określony sposób jego rewolucji, tak aby zachować dostępność i służyć celom naukowym, wojskowym lub komercyjnym. Takie orbity, które są przypisane do satelitów w odniesieniu do Ziemi, nazywane są asEarth Orbits. Satelity na tych orbitach to ZiemiaOrbit Satellites.

Ważnymi rodzajami orbit Ziemi są -

• Geo-synchroniczna orbita Ziemi

• Średnia orbita okołoziemska

• Niska orbita okołoziemska

Satelity geosynchroniczne na orbicie Ziemi

ZA Geo-Synchronous Earth Orbit (GEO)satelita to taki, który znajduje się na wysokości 22 300 mil nad Ziemią. Ta orbita jest zsynchronizowana zside real day(tj. 23 godziny 56 minut). Ta orbita możehave inclination and eccentricity. Może nie być okrągłe. Ta orbita może być przechylona na biegunach ziemi. Ale wydaje się stacjonarny, gdy jest obserwowany z Ziemi.

Ta sama orbita geosynchroniczna, jeśli jest kołowa i znajduje się w płaszczyźnie równika, nazywana jest as geo-stationary orbit. Satelity te są umieszczone na wysokości 35 900 km (tak samo jak geosynchroniczne) nad równikiem Ziemi i nadal obracają się względem kierunku Ziemi (z zachodu na wschód). Te satelity są uważane za nieruchome w stosunku do Ziemi i stąd nazwa wskazuje.

Satelity geostacjonarne na orbicie ziemskiej są wykorzystywane do prognozowania pogody, telewizji satelitarnej, radia satelitarnego i innych rodzajów globalnej komunikacji.

Poniższy rysunek przedstawia różnicę między orbitami geosynchronicznymi i geostacjonarnymi. Oś obrotu wskazuje ruch Ziemi.

Note- Każda orbita geostacjonarna jest orbitą geosynchroniczną. Ale każda orbita geosynchroniczna NIE jest orbitą geostacjonarną.

Satelity na średniej orbicie okołoziemskiej

Medium Earth Orbit (MEO)Sieci satelitarne będą orbitować w odległości około 8000 mil od powierzchni Ziemi. Sygnały przesyłane z satelity MEO przemieszczają się na mniejszą odległość. Przekłada się to na lepszą siłę sygnału na końcu odbiorczym. Pokazuje to, że na końcu odbiorczym można zastosować mniejsze, lżejsze terminale odbiorcze.

Ponieważ sygnał przemieszcza się na krótszą odległość do i od satelity, opóźnienie transmisji jest mniejsze. Transmission delay można zdefiniować jako czas potrzebny na dotarcie sygnału do satelity i powrót do stacji odbiorczej.

W przypadku komunikacji w czasie rzeczywistym im krótsze opóźnienie transmisji, tym lepszy będzie system komunikacji. Na przykład, jeśli satelita GEO potrzebuje 0,25 sekundy na podróż w obie strony, satelita MEO potrzebuje mniej niż 0,1 sekundy na wykonanie tej samej podróży. MEO działają w zakresie częstotliwości 2 GHz i wyższych.

Satelity o niskiej orbicie okołoziemskiej

Satelity Low Earth Orbit (LEO) dzieli się głównie na trzy kategorie, a mianowicie: małe LEO, duże LEO i Mega-LEO. LEO będą krążyć w odległości od 500 do 1000 mil nad powierzchnią Ziemi.

Ta stosunkowo niewielka odległość zmniejsza opóźnienie transmisji do zaledwie 0,05 sekundy. To dodatkowo zmniejsza potrzebę stosowania czułego i nieporęcznego sprzętu odbiorczego. Małe LEO będą działać w paśmie 800 MHz (0,8 GHz). Duże LEO będą działać w zakresie 2 GHz lub wyższym, a Mega-LEO w zakresie 20-30 GHz.

Wyższe częstotliwości związane z Mega-LEOs przekłada się na większą pojemność informacji i daje możliwości schematu transmisji wideo w czasie rzeczywistym z niskim opóźnieniem.

Poniższy rysunek przedstawia ścieżki LEO, MEO i GEO.