Truyền thông qua vệ tinh - Hướng dẫn nhanh

Nói chung, a satellitelà một vật thể nhỏ hơn quay quanh một vật thể lớn hơn trong không gian. Ví dụ, mặt trăng là một vệ tinh tự nhiên của trái đất.

Chúng ta biết rằng Communicationđề cập đến việc trao đổi (chia sẻ) thông tin giữa hai hoặc nhiều thực thể, thông qua bất kỳ phương tiện hoặc kênh nào. Nói cách khác, nó không là gì khác ngoài việc gửi, nhận và xử lý thông tin.

Nếu sự liên lạc diễn ra giữa hai trạm mặt đất bất kỳ thông qua một vệ tinh, thì nó được gọi là satellite communication. Trong giao tiếp này, sóng điện từ được sử dụng làm tín hiệu sóng mang. Những tín hiệu này mang thông tin như giọng nói, âm thanh, video hoặc bất kỳ dữ liệu nào khác giữa mặt đất và không gian và ngược lại.

Liên Xô đã phóng vệ tinh nhân tạo đầu tiên trên thế giới có tên Sputnik 1 vào năm 1957. Gần 18 năm sau, Ấn Độ cũng phóng vệ tinh nhân tạo có tên Aryabhata vào năm 1975.

Nhu cầu truyền thông qua vệ tinh

Hai loại lan truyền sau đây được sử dụng trước đó để liên lạc ở một số khoảng cách.

  • Ground wave propagation- Truyền sóng mặt đất phù hợp với tần số lên đến 30MHz. Phương pháp liên lạc này sử dụng các điều kiện tầng đối lưu của trái đất.

  • Sky wave propagation - Băng thông thích hợp cho loại liên lạc này rộng từ 30–40 MHz và nó sử dụng các đặc tính của tầng điện ly của trái đất.

Bước sóng tối đa hoặc khoảng cách trạm được giới hạn ở 1500KM chỉ trong cả quá trình truyền sóng mặt đất và truyền sóng bầu trời. Truyền thông qua vệ tinh khắc phục được hạn chế này. Trong phương pháp này, vệ tinh cung cấpcommunication for long distances, nằm ngoài tầm nhìn.

Vì các vệ tinh định vị ở độ cao nhất định so với trái đất, liên lạc diễn ra giữa hai trạm mặt đất bất kỳ một cách dễ dàng thông qua vệ tinh. Vì vậy, nó khắc phục được hạn chế liên lạc giữa hai trạm mặt đất do độ cong của trái đất.

Cách thức hoạt động của vệ tinh

A satellitelà một cơ thể chuyển động xung quanh một cơ thể khác theo một con đường cụ thể. Một vệ tinh liên lạc không là gì ngoài một trạm lặp vi sóng trong không gian. Nó rất hữu ích trong viễn thông, đài phát thanh và truyền hình cùng với các ứng dụng internet.

A repeaterlà một mạch, làm tăng cường độ của tín hiệu nhận được và sau đó truyền đi. Nhưng, bộ lặp này hoạt động như mộttransponder. Điều đó có nghĩa là, nó thay đổi dải tần của tín hiệu truyền từ tín hiệu nhận được.

Tần số mà tín hiệu được gửi vào không gian được gọi là Uplink frequency. Tương tự, tần số mà tín hiệu được gửi bởi bộ phát đáp được gọi làDownlink frequency. Hình sau đây minh họa rõ ràng khái niệm này.

Việc truyền tín hiệu từ trạm mặt đất đầu tiên đến vệ tinh thông qua một kênh được gọi là uplink. Tương tự, việc truyền tín hiệu từ vệ tinh đến trạm mặt đất thứ hai thông qua một kênh được gọi làdownlink.

Uplink frequencylà tần số mà trạm mặt đất đầu tiên đang giao tiếp với vệ tinh. Bộ phát đáp vệ tinh chuyển đổi tín hiệu này thành một tần số khác và gửi nó xuống trạm mặt đất thứ hai. Tần số này được gọi làDownlink frequency. Theo cách tương tự, trạm mặt đất thứ hai cũng có thể giao tiếp với trạm đầu tiên.

Quá trình liên lạc vệ tinh bắt đầu tại một trạm mặt đất. Tại đây, một hệ thống lắp đặt được thiết kế để truyền và nhận tín hiệu từ một vệ tinh trên quỹ đạo quanh trái đất. Các trạm Trái đất gửi thông tin đến vệ tinh dưới dạng tín hiệu công suất lớn, tần số cao (dải GHz).

Các vệ tinh nhận và truyền lại các tín hiệu về trái đất nơi chúng được các trạm mặt đất khác trong vùng phủ sóng của vệ tinh nhận được. Vệ tinh củafootprint là khu vực nhận được tín hiệu có cường độ hữu ích từ vệ tinh.

Ưu và nhược điểm của Truyền thông qua vệ tinh

Trong phần này, chúng ta hãy xem xét những lợi thế và bất lợi của liên lạc vệ tinh.

Sau đây là advantages sử dụng liên lạc vệ tinh:

  • Vùng phủ sóng nhiều hơn so với các hệ thống trên mặt đất

  • Mỗi và mọi ngóc ngách của trái đất đều có thể được bao phủ

  • Chi phí truyền tải không phụ thuộc vào vùng phủ sóng

  • Thêm băng thông và khả năng phát sóng

Sau đây là disadvantages sử dụng liên lạc vệ tinh -

  • Phóng vệ tinh lên quỹ đạo là một quá trình tốn kém.

  • Độ trễ lan truyền của các hệ thống vệ tinh nhiều hơn so với các hệ thống mặt đất thông thường.

  • Khó cung cấp các hoạt động sửa chữa nếu có bất kỳ sự cố nào xảy ra trong hệ thống vệ tinh.

  • Mất dung lượng trống nhiều hơn

  • Có thể có sự tắc nghẽn của các tần số.

Các ứng dụng của truyền thông vệ tinh

Truyền thông qua vệ tinh đóng một vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng tôi. Sau đây là các ứng dụng của liên lạc vệ tinh -

  • Phát thanh và liên lạc thoại

  • Truyền hình TV chẳng hạn như Trực tiếp đến Nhà (DTH)

  • Các ứng dụng Internet như cung cấp kết nối Internet để truyền dữ liệu, ứng dụng GPS, lướt Internet, v.v.

  • Ứng dụng quân sự và điều hướng

  • Ứng dụng viễn thám

  • Theo dõi và dự báo tình trạng thời tiết

Chúng ta biết rằng đường đi của vệ tinh quay quanh trái đất được gọi là orbit. Đường dẫn này có thể được biểu diễn bằng các ký hiệu toán học. Cơ học quỹ đạo là nghiên cứu về chuyển động của các vệ tinh có trong quỹ đạo. Vì vậy, chúng ta có thể dễ dàng hiểu các hoạt động không gian với kiến ​​thức về chuyển động quỹ đạo.

Yếu tố quỹ đạo

Yếu tố quỹ đạo là các tham số, giúp ích cho việc mô tả chuyển động quỹ đạo của vệ tinh. Sau đây làorbital elements.

  • Bán trục chính
  • Eccentricity
  • Có nghĩa là bất thường
  • Lập luận về sự nguy hiểm
  • Inclination
  • Tăng lên bên phải của nút tăng dần

Sáu yếu tố quỹ đạo trên xác định quỹ đạo của vệ tinh trái đất. Do đó, có thể dễ dàng phân biệt một vệ tinh này với các vệ tinh khác dựa trên giá trị của các phần tử quỹ đạo.

Bán trục chính

Chiều dài của Semi-major axis (a)xác định kích thước quỹ đạo của vệ tinh. Nó là một nửa của trục chính. Điều này chạy từ trung tâm qua tiêu điểm đến cạnh của hình elip. Vì vậy, nó là bán kính của quỹ đạo tại hai điểm xa nhất của quỹ đạo.

Cả hai trục bán chính và trục bán phụ được biểu diễn trong hình trên. Chiều dài của bánmajor axis (a) không chỉ xác định kích thước quỹ đạo của vệ tinh mà còn xác định khoảng thời gian của cuộc cách mạng.

Nếu coi quỹ đạo tròn là trường hợp đặc biệt thì độ dài của bán trục chính sẽ bằng radius của quỹ đạo tròn đó.

Độ lệch tâm

Giá trị của Eccentricity (e)sửa hình dạng quỹ đạo của vệ tinh. Tham số này chỉ ra độ lệch của hình dạng quỹ đạo so với một đường tròn hoàn hảo.

Nếu độ dài của nửa trục chính và nửa trục nhỏ của quỹ đạo hình elip là a & b, thì biểu thức toán học cho eccentricity (e) sẽ là

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

Giá trị của độ lệch tâm của quỹ đạo tròn là zero, vì cả a & b đều bằng nhau. Trong khi đó, giá trị của độ lệch tâm của quỹ đạo hình elip nằm giữa 0 và 1.

Sau figure hiển thị các quỹ đạo vệ tinh khác nhau cho các giá trị độ lệch tâm (e) khác nhau

Trong hình trên, quỹ đạo vệ tinh ứng với giá trị độ lệch tâm (e) bằng 0 là quỹ đạo tròn. Và, ba quỹ đạo vệ tinh còn lại có dạng elip tương ứng với các giá trị độ lệch tâm (e) 0,5, 0,75 và 0,9.

Có nghĩa là bất thường

Đối với vệ tinh, điểm gần Trái đất nhất được gọi là Perigee. Mean anomaly (M) cho giá trị trung bình của vị trí góc của vệ tinh có tham chiếu đến perigee.

Nếu quỹ đạo là hình tròn thì dị thường Mean cho vị trí góc của vệ tinh trên quỹ đạo. Nhưng, nếu quỹ đạo là hình elip, thì việc tính toán vị trí chính xác là rất khó. Khi đó, Mean dị thường được sử dụng như một bước trung gian.

Lập luận của Perigee

Quỹ đạo vệ tinh cắt mặt phẳng xích đạo tại hai điểm. Điểm đầu tiên được gọi làdescending node, nơi vệ tinh đi từ Bắc bán cầu sang Nam bán cầu. Điểm thứ hai được gọi làascending node, nơi vệ tinh đi từ Nam bán cầu sang Bắc bán cầu.

Argument of perigee (ω)là góc giữa nút tăng dần và nút. Nếu cả nút perigee và nút tăng dần đều tồn tại tại cùng một điểm, thì đối số của perigee sẽ là 0 độ

Đối số của perigee được đo trong mặt phẳng quỹ đạo tại tâm trái đất theo hướng chuyển động của vệ tinh.

Độ nghiêng

Góc giữa mặt phẳng quỹ đạo và mặt phẳng xích đạo của trái đất được gọi là inclination (i). Nó được đo tại nút tăng dần với hướng từ đông sang bắc. Vì vậy, độ nghiêng xác định hướng của quỹ đạo bằng cách coi đường xích đạo của trái đất là tham chiếu.

Có bốn loại quỹ đạo dựa trên góc nghiêng.

  • Equatorial orbit - Góc nghiêng là 0 độ hoặc 180 độ.

  • Polar orbit - Góc nghiêng 90 độ.

  • Prograde orbit - Góc nghiêng nằm trong khoảng từ 0 đến 90 độ.

  • Retrograde orbit - Góc nghiêng nằm trong khoảng 90 đến 180 độ.

Tăng lên bên phải của nút Tăng dần

Chúng ta biết rằng ascending node là điểm, nơi vệ tinh băng qua mặt phẳng xích đạo trong khi đi từ Nam bán cầu sang Bắc bán cầu.

Thăng bên phải của nút tăng dần (Ω)là góc giữa đường Bạch Dương và nút đi lên theo hướng đông trong mặt phẳng xích đạo. Bạch dương còn được gọi là vernal và phân.

Vệ tinh của ground tracklà đường đi trên bề mặt Trái đất, nằm chính xác bên dưới quỹ đạo của nó. Đường trên mặt đất của vệ tinh có thể có một số dạng khác nhau tùy thuộc vào giá trị của các phần tử quỹ đạo.

Phương trình quỹ đạo

Trong phần này, chúng ta hãy thảo luận về các phương trình liên quan đến chuyển động của quỹ đạo.

Lực lượng hành động trên vệ tinh

Một vệ tinh khi quay xung quanh trái đất, nó phải chịu một lực kéo từ trái đất do lực hút của trái đất. Lực lượng này được gọi làCentripetal force(F 1 ) vì lực này hướng vệ tinh về phía nó.

Về mặt toán học, Centripetal force(F 1 ) tác động lên vệ tinh do trái đất có thể được viết là

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

Ở đâu,

  • Glà hằng số hấp dẫn phổ quát và nó bằng 6,673 x 10 -11 N ∙ m 2 / kg 2 .

  • Mlà khối lượng của trái đất và nó bằng 5,98 x 10 24 Kg.

  • m là khối lượng của vệ tinh.

  • R là khoảng cách từ vệ tinh đến tâm Trái đất.

Một vệ tinh, khi quay quanh trái đất, nó phải chịu một lực kéo từ mặt trời và mặt trăng do lực hấp dẫn của chúng. Lực lượng này được gọi làCentrifugal force(F 2 ) vì lực này hướng vệ tinh ra xa trái đất.

Về mặt toán học, Centrifugal force(F 2 ) tác động lên vệ tinh có thể được viết là

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

Ở đâu, v là vận tốc quỹ đạo của vệ tinh.

Vận tốc quỹ đạo

Vận tốc quỹ đạo của vệ tinh là vận tốc mà vệ tinh quay quanh trái đất. Vệ tinh không lệch khỏi quỹ đạo của nó và chuyển động với vận tốc nhất định trong quỹ đạo đó, khi cả lực Hướng tâm và Lực ly tâm đềubalance lẫn nhau.

Vì thế, equateLực hướng tâm (F 1 ) và Lực ly tâm (F 2 ).

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

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

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

Do đó, orbital velocity của vệ tinh là

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

Ở đâu,

  • Glà hằng số hấp dẫn và nó bằng 6,673 x 10 -11 N ∙ m 2 / kg 2 .

  • Mlà khối lượng của trái đất và nó bằng 5,98 x 10 24 Kg.

  • R là khoảng cách từ vệ tinh đến tâm Trái đất.

Vì vậy, vận tốc quỹ đạo chủ yếu depends trên khoảng cách từ vệ tinh đến tâm Trái đất (R), vì G & M là các hằng số.

Chúng ta biết rằng vệ tinh quay quanh trái đất, tương tự như trái đất quay quanh mặt trời. Vì vậy, các nguyên tắc được áp dụng cho trái đất và chuyển động của nó xung quanh mặt trời cũng có thể áp dụng cho vệ tinh và chuyển động của nó quanh trái đất.

Nhiều nhà khoa học đã đưa ra các loại lý thuyết khác nhau ngay từ thời sơ khai. Nhưng chỉJohannes Kepler (1571-1630) là một trong những nhà khoa học được chấp nhận nhất trong việc mô tả nguyên tắc của một vệ tinh chuyển động quanh trái đất.

Kepler đã đưa ra ba định luật thay đổi toàn bộ lý thuyết liên lạc vệ tinh và các quan sát. Chúng thường được gọi làKepler’s laws. Chúng rất hữu ích để hình dung chuyển động trong không gian.

Kepler's First Law

Định luật đầu tiên của Kepler tuyên bố rằng đường đi của một vệ tinh quanh nó (trái đất) sẽ là một ellipse. Hình elip này có hai tiêu điểm là F1 và F2 như trong hình bên. Khối lượng tâm của trái đất sẽ luôn luôn nằm ở một trong hai tiêu điểm của hình elip.

Nếu coi khoảng cách từ tâm của vật thể đến một điểm trên đường elip của nó thì điểm xa nhất của hình elip tính từ tâm được gọi là apogee và điểm ngắn nhất của hình elip tính từ tâm được gọi là perigee.

Eccentricity "e" của hệ thống này có thể được viết là -

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

Ở đâu, a & b lần lượt là độ dài của bán trục chính và bán trục nhỏ của hình elip.

Cho một elliptical path, giá trị của độ lệch tâm (e) luôn nằm trong khoảng từ 0 đến 1, tức là $0$ < $e$ < $1$, vì a lớn hơn b. Giả sử, nếu giá trị của độ lệch tâm (e) bằng 0, thì đường đi sẽ không có dạng hình elip nữa mà nó sẽ được chuyển thành hình tròn.

Định luật thứ hai của Kepler

Định luật thứ hai của Kepler tuyên bố rằng trong những khoảng thời gian bằng nhau, areađược bao phủ bởi vệ tinh sẽ giống như đối với khối tâm của trái đất. Điều này có thể được hiểu bằng cách nhìn vào hình sau.

Giả sử, vệ tinh bao phủ khoảng cách p1 và p2 trong cùng một khoảng thời gian. Khi đó, khu vực B1 và ​​B2 được vệ tinh bao phủ tại hai trường hợp đó là bằng nhau.

Định luật thứ ba của Kepler

Định luật thứ ba của Kepler phát biểu rằng, bình phương thời gian tuần hoàn của quỹ đạo hình elip tỷ lệ với hình lập phương của độ dài bán trục chính của nó. Mathematically, nó có thể được viết như sau:

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

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

Ở đâu, $\frac{4\pi^2}{\mu}$ là hằng số tỷ lệ.

$\mu$là hằng số Kepler và giá trị của nó bằng 3,986005 x 10 14 m 3 / giây 2

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

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

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

Ở đâu, ‘n’ là chuyển động trung bình của vệ tinh tính bằng radian trên giây.

Note- Một vệ tinh khi quay quanh trái đất thì phải chịu một lực kéo từ trái đất lên, đó là lực hút. Tương tự, nó chịu một lực kéo khác từ mặt trời và mặt trăng. Do đó, một vệ tinh phải cân bằng hai lực này để giữ cho mình trên quỹ đạo của nó.

Vệ tinh nên được đặt đúng vào quỹ đạo tương ứng sau khi rời khỏi không gian. Nó quay theo một cách cụ thể và phục vụ cho mục đích khoa học, quân sự hoặc thương mại. Các quỹ đạo, được gán cho các vệ tinh liên quan đến trái đất được gọi làEarth Orbits. Các vệ tinh hiện diện trong các quỹ đạo đó được gọi làEarth Orbit Satellites.

Chúng ta nên chọn quỹ đạo thích hợp cho vệ tinh dựa trên yêu cầu. Ví dụ: nếu vệ tinh được đặt ởlower orbit, sau đó sẽ mất ít thời gian hơn để đi vòng quanh trái đất và máy ảnh tích hợp sẽ có độ phân giải tốt hơn. Tương tự, nếu vệ tinh được đặt tronghigher orbit, sau đó sẽ mất nhiều thời gian hơn để đi vòng quanh trái đất và nó bao phủ nhiều bề mặt trái đất hơn cùng một lúc.

Sau đây là ba điều quan trọng types of Earth Orbit satellites -

  • Vệ tinh quỹ đạo trái đất không đồng bộ
  • Vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Trung bình
  • Vệ tinh quỹ đạo Trái đất thấp

Bây giờ, chúng ta hãy thảo luận về từng loại vệ tinh quỹ đạo trái đất.

Các quỹ đạo trái đất không đồng bộ

Quỹ đạo Trái đất đồng bộ địa lý (GEO) Satellite là một, được đặt ở độ cao 22,300dặm phía trên Trái Đất. Quỹ đạo này được đồng bộ hóa với một ngày thực bên (tức là 23 giờ 56 phút). Quỹ đạo này có thể có độ nghiêng và độ lệch tâm.

Nó có thể không phải là hình tròn. Quỹ đạo này có thể nghiêng ở các cực của trái đất. Tuy nhiên, nó có vẻ đứng yên khi quan sát từ Trái đất. Các vệ tinh này được sử dụng cho Truyền hình vệ tinh.

Cùng một quỹ đạo địa đồng bộ, nếu nó là hình tròn và nằm trong mặt phẳng của đường xích đạo, thì nó được gọi là Geostationary orbit. Các vệ tinh này được đặt ở độ cao 35,900kms (giống như Geosynchronous) phía trên Xích đạo của Trái đất và chúng tiếp tục quay theo hướng của trái đất (từ tây sang đông).

Các vệ tinh hiện diện trong các quỹ đạo này có vận tốc góc giống như vận tốc của trái đất. Do đó, những vệ tinh này được coi làstationary đối với trái đất kể từ đó, chúng đồng bộ với chuyển động quay của Trái đất.

Các advantage của quỹ đạo Địa tĩnh là không cần theo dõi các ăng-ten để tìm vị trí của các vệ tinh.

Vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Địa tĩnh được sử dụng để dự báo thời tiết, truyền hình vệ tinh, đài vệ tinh và các loại hình thông tin liên lạc toàn cầu khác.

Hình dưới đây cho thấy sự khác biệt giữa quỹ đạo Địa đồng bộ và Địa tĩnh. Trục quay biểu thị sự chuyển động của Trái đất.

Note- Mọi quỹ đạo Địa tĩnh đều là quỹ đạo Địa đồng bộ. Nhưng, điều ngược lại không cần phải đúng.

Vệ tinh Quỹ đạo Trái đất Trung bình

Quỹ đạo Trái đất Trung bình (MEO) vệ tinh sẽ quay quanh quỹ đạo với khoảng cách 8000 milestừ bề mặt trái đất. Tín hiệu được truyền từ vệ tinh MEO truyền đi một khoảng cách ngắn hơn. Do đó, cường độ tín hiệu ở đầu nhận được cải thiện. Điều này cho thấy rằng có thể sử dụng các thiết bị đầu cuối nhỏ hơn và có trọng lượng nhẹ ở đầu nhận.

Transmission delaycó thể được định nghĩa là thời gian cần thiết để một tín hiệu truyền tới vệ tinh và quay trở lại trạm nhận. Trong trường hợp này, có ít độ trễ truyền hơn. Bởi vì, tín hiệu truyền đi một khoảng cách ngắn hơn đến và đi từ vệ tinh MEO.

Đối với real-time communications, độ trễ truyền càng ngắn thì hệ thống thông tin liên lạc càng tốt. Ví dụ, nếu một vệ tinh GEO yêu cầu 0,25 giây cho một chuyến đi khứ hồi, thì vệ tinh MEO cần ít hơn 0,1 giây để hoàn thành chuyến đi tương tự. MEO hoạt động trong dải tần từ 2 GHz trở lên.

Các vệ tinh này được sử dụng cho các tín hiệu điện thoại tốc độ cao. Cần có mười vệ tinh MEO trở lên để bao phủ toàn bộ trái đất.

Vệ tinh quỹ đạo Trái đất thấp

Quỹ đạo Trái đất thấp LEO)vệ tinh chủ yếu được phân thành ba loại. Đó là những LEO nhỏ, LEO lớn và Mega-LEO. LEO sẽ quay quanh quỹ đạo ở khoảng cách500 to 1000 milestrên bề mặt trái đất. Các vệ tinh này được sử dụng cho điện thoại vệ tinh và GPS.

Khoảng cách tương đối ngắn này giúp giảm độ trễ truyền xuống chỉ còn 0,05 giây. Điều này càng làm giảm nhu cầu về thiết bị nhận tín hiệu nhạy cảm và cồng kềnh. Hai mươi vệ tinh LEO trở lên được yêu cầu để bao phủ toàn bộ trái đất.

Các LEO nhỏ sẽ hoạt động trong dải 800 MHz (0,8 GHz). Các LEO lớn sẽ hoạt động trong phạm vi 2 GHz trở lên và Mega-LEO hoạt động trong phạm vi 20-30 GHz.

Các tần số cao hơn liên quan đến Mega-LEOs chuyển thành khả năng mang thông tin nhiều hơn và mang lại khả năng của sơ đồ truyền video thời gian thực, độ trễ thấp.

Sau figure mô tả đường đi của LEO, MEO và GEO

Khe quỹ đạo

Ở đây, một câu hỏi có thể nảy sinh rằng với hơn 200 satellites nằm trong quỹ đạo không đồng bộ địa lý, làm cách nào để chúng ta ngăn chúng chạy vào nhau hoặc cố gắng sử dụng cùng một vị trí trong không gian?

Để trả lời vấn đề này (câu hỏi), các cơ quan quản lý quốc tế như Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) và các tổ chức chính phủ quốc gia như Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) chỉ định các vị trí trên quỹ đạo không đồng bộ địa lý, nơi có thể đặt các vệ tinh liên lạc.

Các vị trí này được xác định theo độ kinh độ và được gọi là orbital slots. FCC và ITU đã dần dần giảm khoảng cách yêu cầu xuống chỉ còn 2 độ cho các vệ tinh băng C và băng Ku do nhu cầu rất lớn về các khe quỹ đạo.

Trạm Trái đất sẽ nhận được mức tín hiệu tối đa, nếu nó nằm ngay dưới vệ tinh. Nếu không, nó sẽ không nhận được mức tín hiệu tối đa và mức tín hiệu đó giảm khi chênh lệch giữa vĩ độ và kinh độ của trạm mặt đất tăng lên.

Vì vậy, dựa trên yêu cầu, chúng ta có thể đặt vệ tinh vào một quỹ đạo cụ thể. Bây giờ, chúng ta hãy thảo luận về các góc nhìn.

Góc nhìn

Hai góc sau của anten trạm mặt đất kết hợp với nhau được gọi là look angles.

  • Góc phương vị
  • Góc nâng cao

Nói chung, các giá trị của các góc này thay đổi đối với quỹ đạo phi địa tĩnh. Trong khi đó, giá trị của các góc này không thay đổi đối với quỹ đạo địa tĩnh. Bởi vì, các vệ tinh hiện diện trong quỹ đạo địa tĩnh dường như đứng yên đối với trái đất.

Hai góc này rất hữu ích để hướng thẳng vào vệ tinh từ ăng ten của trạm mặt đất. Nênmaximum gain ăng ten của trạm mặt đất có thể được hướng vào vệ tinh.

Chúng ta có thể calculate góc nhìn của quỹ đạo địa tĩnh bằng cách sử dụng kinh độ & vĩ độ của trạm trái đất và vị trí của quỹ đạo vệ tinh.

Góc phương vị

Góc giữa mặt phẳng nằm ngang cục bộ và mặt phẳng đi qua trạm trái đất, vệ tinh và tâm trái đất được gọi là azimuth angle.

Các formula cho góc phương vị ($\alpha$) Là

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

Ở đâu,

  • L là Vĩ độ của ăng-ten trạm mặt đất.

  • G là sự khác biệt giữa vị trí của quỹ đạo vệ tinh và ăng ten trạm mặt đất.

Sau figure minh họa góc phương vị.

Đo lường horizontal angletại ăng ten trạm mặt đất đến cực bắc như trong hình. Nó thể hiện góc phương vị. Nó được sử dụng để theo dõi vệ tinh theo chiều ngang.

Góc nâng cao

Góc giữa mặt phẳng thẳng đứng và đường thẳng trỏ tới vệ tinh được gọi là Góc độ cao. Mặt phẳng thẳng đứng không là gì khác ngoài mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng nằm ngang.

Các formula cho Góc nâng ($\beta$) Là

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

Chúng ta có thể tính toán góc nâng bằng công thức trên. Saufigure minh họa góc nâng.

Đo lường vertical angletại anten trạm mặt đất từ ​​mặt đất đến vệ tinh như trong hình. Nó đại diện cho góc nâng.

Rối loạn quỹ đạo

Sau đây là các nhiễu loạn quỹ đạo do các lực hoặc thông số hấp dẫn và phi hấp dẫn.

  • Lực hấp dẫn xung quanh Trái Đất không đều do khối lượng phân bố không đều. Từ trường của Trái đất cũng gây ra nhiễu loạn quỹ đạo.

  • Những nhiễu động bên ngoài chủ yếu đến từ Mặt trời và Mặt trăng. Khi một vệ tinh ở gần các thiên thể bên ngoài này, nó sẽ nhận được một lực hấp dẫn mạnh hơn.

  • Vệ tinh quỹ đạo thấp bị ảnh hưởng do ma sát do va chạm với các nguyên tử và ion.

  • Áp suất bức xạ mặt trời ảnh hưởng đến các vệ tinh GEO lớn, những vệ tinh này sử dụng các mảng mặt trời lớn.

  • Mômen và áp suất tự tạo do bức xạ RF từ anten.

Hầu hết các vệ tinh sử dụng propulsion subsystem để duy trì hướng trục quay thích hợp và kiểm soát độ cao của vệ tinh chống lại các lực nhiễu loạn.

Vệ tinh ở trong không gian trong phần lớn thời gian sống của chúng. Chúng ta biết rằng môi trường không trọng lượng hiện diện trong không gian. Đó là lý do tại sao vệ tinh không yêu cầu thêm khung mạnh trong không gian. Tuy nhiên, chúng là bắt buộc trong quá trình khởi chạy. Bởi vì trong quá trình đó, vệ tinh rung lắc dữ dội, cho đến khi vệ tinh được đặt vào quỹ đạo thích hợp.

Các design of satellites phải tương thích với một hoặc nhiều phương tiện phóng để đưa vệ tinh vào quỹ đạo.

Chúng tôi biết rằng thời kỳ cách mạng sẽ nhiều hơn cho apogeeđộ cao theo định luật Kepler thứ hai. Khoảng thời gian của quỹ đạo chuyển địa tĩnh gần bằng 16 giờ. Nếuperigee được tăng đến độ cao GEO (khoảng 36.000 km), sau đó khoảng thời gian cách mạng sẽ tăng lên 24 giờ.

Khởi chạy vệ tinh

Quá trình đặt vệ tinh vào một quỹ đạo thích hợp được gọi là launching process. Trong quá trình này, từ các trạm mặt đất, chúng ta có thể điều khiển hoạt động của vệ tinh. Về cơ bản, có bốn giai đoạn trong việc phóng vệ tinh.

  • First Stage - Giai đoạn đầu của phương tiện phóng chứa tên lửa và nhiên liệu để nâng vệ tinh cùng với phương tiện phóng từ mặt đất.

  • Second Stage- Giai đoạn thứ hai của xe phóng chứa các tên lửa nhỏ hơn. Chúng được đánh lửa sau khi hoàn thành giai đoạn đầu tiên. Họ có các thùng nhiên liệu riêng để đưa vệ tinh vào không gian.

  • Third Stage- Tầng thứ ba (phía trên) của xe phóng được kết nối với hệ thống vệ tinh. Tấm chắn này là một tấm chắn kim loại, chứa vệ tinh và nó bảo vệ vệ tinh.

  • Fourth Stage- Vệ tinh bị tách khỏi tầng trên của phương tiện phóng, khi nó đã được đưa ra ngoài bầu khí quyển của Trái đất. Sau đó, vệ tinh sẽ đi đến một "quỹ đạo chuyển giao". Quỹ đạo này đưa vệ tinh lên cao hơn vào không gian.

Khi vệ tinh đạt đến độ cao mong muốn của quỹ đạo, các hệ thống phụ của nó như tấm pin mặt trời và ăng-ten liên lạc sẽ được mở ra. Sau đó, vệ tinh sẽ chiếm vị trí của nó trên quỹ đạo với các vệ tinh khác. Bây giờ, vệ tinh đã sẵn sàng cung cấpservices cho công chúng.

Xe phóng qua vệ tinh

Các phương tiện phóng vệ tinh phóng vệ tinh vào một quỹ đạo cụ thể dựa trên yêu cầu. Phương tiện phóng vệ tinh không gì khác ngoài tên lửa nhiều tầng. Sau đây làtwo types của các phương tiện phóng vệ tinh.

  • Phương tiện khởi động có thể chi tiêu (ELV)
  • Xe khởi động có thể tái sử dụng (RLV)

Phương tiện khởi động có thể chi tiêu

Các phương tiện phóng vượt trội (ELV) bị phá hủy sau khi rời vệ tinh trong không gian. Hình ảnh sau đây cho thấy một ELV trông như thế nào.

ELV bao gồm ba giai đoạn. Đầu tiên và giai đoạn thứ hai của ELV nâng cao vệ tinh để một khoảng 50 dặm và 100 dặm. Giai đoạn thứ ba của ELV đặt vệ tinh vào quỹ đạo chuyển giao. Nhiệm vụ củaELV sẽ được hoàn thành và các bộ phận thay thế của nó sẽ được rơi xuống trái đất, khi vệ tinh có thể chuyển quỹ đạo.

Xe khởi động có thể tái sử dụng

Có thể sử dụng phương tiện phóng tái sử dụng (RLV) multiple timesđể phóng vệ tinh. Nói chung, loại phương tiện phóng này sẽ quay trở lại trái đất sau khi rời vệ tinh trong không gian.

Hình ảnh sau đây cho thấy một phương tiện phóng có thể tái sử dụng. Nó còn được gọi làspace shuttle.

Các chức năng của space shuttletương tự như các chức năng của giai đoạn đầu tiên và thứ hai của ELV. Vệ tinh cùng với giai đoạn thứ ba của tàu con thoi được gắn trong khoang hàng hóa. Nó được đẩy ra khỏi vịnh hàng khi tàu con thoi đạt đến độ cao 150 đến 200 dặm.

Sau đó, giai đoạn thứ ba của tàu con thoi được khai hỏa và đưa vệ tinh vào quỹ đạo chuyển tiếp. Sau đó, tàu con thoi sẽ quay trở lại trái đất đểreuse.

Trong hệ thống liên lạc vệ tinh, các hoạt động khác nhau diễn ra. Trong đó, các hoạt động chính là kiểm soát quỹ đạo, độ cao của vệ tinh, giám sát và điều khiển các hệ thống con khác.

Một liên lạc vệ tinh chủ yếu bao gồm hai segments. Đó là phân đoạn không gian và phân đoạn trái đất. Vì vậy, theo đó sẽ có hai loại hệ thống con là hệ thống con phân đoạn không gian và hệ thống con phân đoạn trái đất. Saufigure minh họa khái niệm này.

Như trong hình, communication diễn ra giữa hệ thống con phân đoạn không gian và hệ thống con phân đoạn trái đất thông qua các liên kết truyền thông.

Hệ thống phân đoạn không gian

Các hệ thống con hiện diện trong phân đoạn không gian được gọi là hệ thống con phân đoạn không gian. Sau đây làspace segment subsystems.

  • Hệ thống con AOC
  • Hệ thống con TTCM
  • Hệ thống con Power và Antenna
  • Transponders

Hệ thống con Phân đoạn Trái đất

Các hệ thống con hiện diện trong phân đoạn mặt đất có khả năng truy cập bộ lặp vệ tinh để cung cấp thông tin liên lạc giữa những người dùng. Earth segment còn được gọi là phân đoạn mặt đất.

Phân đoạn Trái đất thực hiện chủ yếu hai chức năng. Đó là truyền tín hiệu đến vệ tinh và nhận tín hiệu từ vệ tinh.Earth stations là các hệ thống con chính hiện diện trong phân đoạn trái đất.

Chúng ta sẽ thảo luận về tất cả các hệ thống con này của phân đoạn không gian và phân đoạn trái đất trong các chương sau.

Chúng ta biết rằng vệ tinh có thể lệch khỏi quỹ đạo của nó do lực hấp dẫn từ mặt trời, mặt trăng và các hành tinh khác. Các lực này thay đổi theo chu kỳ trong khoảng thời gian 24 giờ, kể từ khi vệ tinh chuyển động quanh trái đất.

Kiểm soát độ cao và quỹ đạo (AOC)hệ thống con bao gồm các động cơ tên lửa, có khả năng đặt vệ tinh vào đúng quỹ đạo, bất cứ khi nào nó bị lệch khỏi quỹ đạo tương ứng. Hệ thống con AOC rất hữu ích để tạo ra các ăng-ten, thuộc loại chùm tia hẹp hướng tới trái đất.

Chúng tôi có thể biến hệ thống con AOC này thành two parts.

  • Hệ thống con kiểm soát độ cao
  • Hệ thống con kiểm soát quỹ đạo

Bây giờ, chúng ta hãy thảo luận về hai hệ thống con này từng cái một.

Hệ thống con kiểm soát độ cao

Hệ thống con kiểm soát độ cao đảm nhiệm việc định hướng của vệ tinh trong quỹ đạo tương ứng của nó. Sau đây làtwo methods để làm cho vệ tinh hiện diện trên quỹ đạo là ổn định.

  • Quay vệ tinh
  • Phương pháp ba trục

Quay vệ tinh

Trong phương pháp này, phần thân của vệ tinh quay xung quanh spin axis. Nói chung, nó có thể quay với tốc độ 30 đến 100 vòng / phút để tạo ra một lực, thuộc loại con quay hồi chuyển. Do đó, trục quay được ổn định và vệ tinh sẽ hướng theo cùng một hướng. Các vệ tinh thuộc loại này được gọi làspinners.

Spinner chứa một trống, có dạng hình trụ. Trống này được phủ bằng pin mặt trời. Hệ thống điện và tên lửa hiện diện trong trống này.

Hệ thống con giao tiếp được đặt trên đầu trống. Một động cơ điện điều khiển hệ thống liên lạc này. Hướng của động cơ này sẽ ngược với chiều quay của thân vệ tinh, do đó các ăng ten hướng về phía trái đất. Các vệ tinh, thực hiện loại hoạt động này được gọi làde-spin.

Trong giai đoạn phóng, vệ tinh spinskhi các tia khí hướng tâm nhỏ hoạt động. Sau đó,de-spin hệ thống hoạt động để làm cho các ăng ten của hệ thống con TTCM hướng về trạm mặt đất.

Phương pháp ba trục

Trong phương pháp này, chúng ta có thể ổn định vệ tinh bằng cách sử dụng một hoặc nhiều bánh xe xung lượng. Phương pháp này được gọi làthree-axis method. Ưu điểm của phương pháp này là định hướng của vệ tinh theo ba trục sẽ được điều khiển và không cần quay phần thân chính của vệ tinh.

Trong phương pháp này, những điều sau three axes Được cân nhắc.

  • Roll axis được coi là theo hướng mà vệ tinh chuyển động trong mặt phẳng quỹ đạo.

  • Yaw axis được xét theo hướng đối với trái đất.

  • Pitch axis được coi là theo phương vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo.

Ba trục này được hiển thị bên dưới figure.

Gọi X R , Y R và Z R lần lượt là trục cuộn, trục hàm và trục tung. Ba trục này được xác định bằng cách coi vị trí của vệ tinh làreference. Ba trục này xác định độ cao của vệ tinh.

Gọi X, Y và Z là một tập hợp các trục Descartes khác. Bộ ba trục này cung cấp thông tin về định hướng của vệ tinh đối với các trục tham chiếu. Nếu có sự thay đổi về độ cao của vệ tinh, thì góc giữa các trục tương ứng sẽ bị thay đổi.

Trong phương pháp này, mỗi trục chứa hai tia khí. Chúng sẽ cung cấp chuyển động quay theo cả hai hướng của ba trục.

  • Các first gas jet sẽ được hoạt động trong một thời gian nào đó, khi có yêu cầu về chuyển động của vệ tinh theo một hướng trục cụ thể.

  • Các second gas jetsẽ được vận hành trong cùng một khoảng thời gian, khi vệ tinh đạt đến vị trí mong muốn. Vì vậy, tia khí thứ hai sẽ dừng chuyển động của vệ tinh theo hướng trục đó.

Hệ thống con kiểm soát quỹ đạo

Hệ thống con điều khiển quỹ đạo rất hữu ích để đưa vệ tinh vào quỹ đạo chính xác của nó, bất cứ khi nào vệ tinh bị lệch khỏi quỹ đạo của nó.

Hệ thống con TTCM có mặt tại trạm mặt đất giám sát vị trí của vệ tinh. Nếu có bất kỳ thay đổi nào trong quỹ đạo vệ tinh, thì nó sẽ gửi một tín hiệu liên quan đến việc hiệu chỉnh đến hệ thống con điều khiển Quỹ đạo. Sau đó, nó sẽ giải quyết vấn đề đó bằng cách đưa vệ tinh vào quỹ đạo chính xác.

Bằng cách này, AOC subsystem chăm sóc vị trí vệ tinh ở đúng quỹ đạo và đúng độ cao trong suốt vòng đời của vệ tinh trong không gian.

Đo từ xa, Theo dõi, Chỉ huy và Giám sát (TTCM)hệ thống con hiện diện trong cả vệ tinh và trạm mặt đất. Nói chung, vệ tinh lấy dữ liệu thông qua các cảm biến. Vì vậy, hệ thống con Telemetry hiện diện trong vệ tinh sẽ gửi dữ liệu này đến (các) trạm mặt đất. Do đó, hệ thống con TTCM rất cần thiết cho bất kỳ vệ tinh truyền thông nào để vận hành thành công.

Người điều hành vệ tinh có trách nhiệm điều khiển vệ tinh trong thời gian tồn tại của nó, sau khi đặt nó vào quỹ đạo thích hợp. Điều này có thể được thực hiện với sự trợ giúp củaTTCM subsystem.

Chúng tôi có thể làm cho hệ thống con TTCM này thành như sau three parts.

  • Hệ thống con giám sát và đo từ xa
  • Theo dõi hệ thống con
  • Hệ thống con chỉ huy

Hệ thống con giám sát và đo từ xa

Từ ‘Telemetry’nghĩa là đo ở khoảng cách xa. Chủ yếu, các hoạt động sau đây diễn ra trong 'Phép đo từ xa'.

  • Tạo ra tín hiệu điện, tỷ lệ với đại lượng cần đo.

  • Mã hóa tín hiệu điện.

  • Truyền mã này đến một khoảng cách xa.

Telemetry subsystem hiện diện trong vệ tinh thực hiện chủ yếu hai chức năng -

  • nhận dữ liệu từ các cảm biến và
  • truyền dữ liệu đó đến một trạm mặt đất.

Vệ tinh có khá nhiều cảm biến để theo dõi các thông số khác nhau như áp suất, nhiệt độ, trạng thái, v.v. của các hệ thống con khác nhau. Nói chung, dữ liệu đo từ xa được truyền dưới dạng FSK hoặc PSK.

Hệ thống con đo từ xa là một hệ thống được điều khiển từ xa. Nó gửi dữ liệu giám sát từ vệ tinh đến trạm mặt đất. Nói chung,telemetry signals mang thông tin liên quan đến độ cao, môi trường và vệ tinh.

Theo dõi hệ thống con

Hệ thống con theo dõi rất hữu ích để biết vị trí của vệ tinh và quỹ đạo hiện tại của nó. Trung tâm điều khiển vệ tinh(SCC)giám sát hoạt động và trạng thái của các hệ thống con phân đoạn không gian với sự trợ giúp của đường xuống đo từ xa. Và, nó kiểm soát các hệ thống con đó bằng cách sử dụng liên kết lệnh.

Chúng tôi biết rằng tracking subsystemcũng có mặt trong một trạm mặt đất. Nó chủ yếu tập trung vào phạm vi và góc nhìn của vệ tinh. Số kỹ thuật đang sử dụng để theo dõi vệ tinh. Đối vớiexample, sự thay đổi vị trí quỹ đạo của vệ tinh có thể được xác định bằng cách sử dụng dữ liệu thu được từ các cảm biến vận tốc và gia tốc có trên vệ tinh.

Các tracking subsystemhiện có trong một trạm mặt đất tiếp tục theo dõi vệ tinh, khi nó được phóng ra từ giai đoạn cuối của Xe phóng. Nó thực hiện các chức năng như xác định vị trí của vệ tinh trong quỹ đạo ban đầu và chuyển quỹ đạo.

Hệ thống con chỉ huy

Hệ thống con chỉ huy là cần thiết để phóng vệ tinh lên quỹ đạo và hoạt động trên quỹ đạo đó. Hệ thống con này điều chỉnh độ cao và quỹ đạo của vệ tinh, bất cứ khi nào có sự sai lệch trong các giá trị đó. Nó cũng kiểm soát hệ thống con giao tiếp. Điều nàycommanding subsystem chịu trách nhiệm BẬT / TẮT các hệ thống con khác có trong vệ tinh dựa trên dữ liệu nhận được từ hệ thống con theo dõi và đo từ xa.

Nói chung, các mã điều khiển được chuyển thành các từ lệnh. Những từ lệnh này được sử dụng để gửi dưới dạngTDM frames. Ban đầu, tính hợp lệ của các từ lệnh được kiểm tra trong vệ tinh. Sau đó, các từ lệnh này có thể được gửi trở lại trạm mặt đất. Tại đây, các từ lệnh này được kiểm tra lại một lần nữa.

Nếu trạm mặt đất cũng nhận được lệnh (đúng) tương tự, thì nó sẽ gửi lệnh thực thi tới vệ tinh. Vì vậy, nó thực hiện lệnh đó.

Về mặt chức năng, hệ thống con Telemetry và hệ thống con chỉ huy đối lập với nhau. Kể từ đó, cái đầu tiên truyền thông tin của vệ tinh đến trạm mặt đất và cái thứ hai nhận tín hiệu lệnh từ trạm mặt đất.

Trong chương này, chúng ta hãy thảo luận về Power systems từ đó các hệ thống phụ khác nhau của vệ tinh được cấp điện và Antenna subsystems từng cái một.

Hệ thống năng lượng

Chúng ta biết rằng vệ tinh hiện diện trong quỹ đạo phải được vận hành liên tục trong suốt vòng đời của nó. Vì vậy, vệ tinh yêu cầu sức mạnh bên trong để vận hành các hệ thống điện tử khác nhau và tải trọng thông tin liên lạc có trong nó.

Power systemlà một hệ thống con quan trọng, cung cấp năng lượng cần thiết cho hoạt động của một vệ tinh. Chủ yếu, pin mặt trời (hoặc tấm pin) và pin sạc được sử dụng trong các hệ thống này.

Pin mặt trời

Về cơ bản, solar cellstạo ra năng lượng điện (dòng điện) từ ánh sáng mặt trời tới. Do đó, pin mặt trời được sử dụng chủ yếu để cung cấp năng lượng cho các hệ thống phụ khác của vệ tinh.

Chúng ta biết rằng các tế bào năng lượng mặt trời riêng lẻ tạo ra rất ít điện năng. Vì vậy, để tạo ra nhiều năng lượng hơn, có thể sử dụng nhóm các ô có ở dạng mảng.

Mảng năng lượng mặt trời

Có hai types of solar arraysđược sử dụng trong vệ tinh. Đó là các mảng mặt trời hình trụ và mảng mặt trời hình chữ nhật hoặc cánh buồm mặt trời.

  • Cylindrical solar arraysđược sử dụng trong các vệ tinh quay. Chỉ một phần của mảng hình trụ sẽ được che phủ dưới ánh nắng mặt trời tại bất kỳ thời điểm nào. Do đó, năng lượng điện được tạo ra từ mảng năng lượng mặt trời một phần. Đây là điểm hạn chế của loại hình này.

  • Hạn chế của mảng năng lượng mặt trời hình trụ được khắc phục với Solar sail. Cái này tạo ra nhiều năng lượng hơn vì tất cả các tế bào năng lượng mặt trời của buồm mặt trời đều tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.

Những cục pin có thể tự nạp lại

Trong thời gian nguyệt thực, rất khó để lấy năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Vì vậy, trong tình huống đó, các hệ thống con khác nhận được sức mạnh từrechargeable batteries. Những viên pin này cũng tạo ra năng lượng cho các hệ thống phụ khác trong quá trình phóng vệ tinh.

Nói chung, các loại pin này sạc do dòng điện dư, được tạo ra bởi pin mặt trời khi có ánh sáng mặt trời.

Hệ thống con Antenna

Ăng-ten có mặt ở cả vệ tinh và trạm mặt đất. Bây giờ, chúng ta hãy thảo luận về ăng-ten vệ tinh.

Ăng ten vệ tinh thực hiện two typescủa các chức năng. Đó là nhận tín hiệu đến từ trạm mặt đất và truyền tín hiệu đến một hoặc nhiều trạm mặt đất dựa trên yêu cầu. Nói cách khác, anten vệ tinh nhận tín hiệu đường lên và truyền tín hiệu đường xuống.

Chúng ta biết rằng chiều dài của anten vệ tinh tỷ lệ nghịch với tần số hoạt động. Tần số hoạt động phải được tăng lên để giảm độ dài của anten vệ tinh. Do đó, anten vệ tinh hoạt động theo thứ tựGHz tần số.

Ăng ten vệ tinh

Ăng-ten, được sử dụng trong vệ tinh được gọi là ăng-ten vệ tinh. Chủ yếu có bốntypes of Antennas. Họ đang:

  • Anten dây
  • Ăng ten sừng
  • Ăng-ten mảng
  • Anten phản xạ

Bây giờ, chúng ta hãy thảo luận về những ăng-ten này từng cái một.

Anten dây

Anten dây là loại anten cơ bản. Mono poledipole antennasthuộc thể loại này. Chúng được sử dụng ở tần số rất cao để cung cấp thông tin liên lạc cho hệ thống con TTCM.

Chiều dài của tổng số dây, đang được sử dụng làm lưỡng cực, nếu bằng một nửa chiều dài sóng (tức là, l = λ / 2), một ăng ten như vậy được gọi là half-wave dipole antenna.

Wire antennasphù hợp để bao phủ phạm vi truy cập của nó và cung cấp cường độ tín hiệu theo mọi hướng. Điều đó có nghĩa là, anten dây là anten đa hướng.

Ăng ten sừng

Ăng-ten có một khẩu độ ở cuối có thể được gọi là Aperture antenna. Cạnh của một đường truyền khi kết thúc bằng một khe hở, tỏa ra năng lượng. Phần mở này là một khẩu độ, biến nó thành một ăng-ten khẩu độ.

Horn antennalà một ví dụ về ăng ten khẩu độ. Nó được sử dụng trong vệ tinh để bao phủ nhiều diện tích hơn trên trái đất.

Ăng ten sừng được sử dụng trong microwaveDải tần số. Có thể sử dụng cùng một còi nguồn cấp dữ liệu để truyền và nhận tín hiệu. Một thiết bị có tên là duplexer, phân tách hai tín hiệu này.

Ăng-ten mảng

Một ăng-ten khi riêng lẻ có thể bức xạ một lượng năng lượng, theo một hướng cụ thể, dẫn đến truyền dẫn tốt hơn, nó sẽ như thế nào nếu thêm ít phần tử hơn vào, để tạo ra đầu ra hiệu quả hơn. Đó chính xác là ý tưởng này, dẫn đến việc phát minh raArray Antennashoặc mảng Ăng-ten. Ăng ten mảng được sử dụng trong vệ tinh để tạo thành nhiều chùm tia từ khẩu độ đơn.

Anten phản xạ

Ăng ten phản xạ thích hợp để tạo ra chùm tia có cường độ tín hiệu cao hơn theo một hướng cụ thể. Điều đó có nghĩa là, đây là những ăng-ten định hướng cao. Vì thế,Parabolic reflectorstăng độ lợi của anten trong hệ thống thông tin vệ tinh. Do đó, chúng được sử dụng trong viễn thông và phát thanh truyền hình.

Nếu một ăng ten Phản xạ Parabol được sử dụng cho transmittingmột tín hiệu, tín hiệu từ nguồn cấp dữ liệu, đi ra từ một ăng ten lưỡng cực hoặc một ăng ten sừng, để tập trung sóng vào parabol. Có nghĩa là, các sóng đi ra khỏi tiêu điểm và đập vào mặt phản xạ hình Parabol. Sóng này bây giờ được phản xạ dưới dạng sóng chuẩn trực.

Nếu cùng một ăng-ten được sử dụng làm receiver, sóng điện từ khi chạm vào hình dạng của parabol, sóng sẽ bị phản xạ vào điểm cấp liệu. Lưỡng cực hoặc ăng ten sừng, hoạt động như ăng ten thu tại nguồn cấp của nó, nhận tín hiệu này, để chuyển nó thành tín hiệu điện và chuyển tiếp đến mạch thu.

Hệ thống con, cung cấp liên kết kết nối giữa anten phát và anten thu của vệ tinh được gọi là Transponder. Nó là một trong những hệ thống con quan trọng nhất của hệ thống con phân đoạn không gian.

Transponder thực hiện các chức năng của cả máy phát và máy thu (Responder) trong vệ tinh. Do đó, từ 'Transponder' có được bằng cách kết hợp một số chữ cái của hai từ, Transmitter(Trans) và Người trả lời (ponder).

Sơ đồ khối của Transponder

Transponder thực hiện chủ yếu two functions. Đó là khuếch đại tín hiệu đầu vào nhận được và dịch tần số của nó. Nói chung, các giá trị tần số khác nhau được chọn cho cả đường lên và đường xuống để tránh nhiễu giữa tín hiệu truyền và nhận.

Các block diagram của bộ phát đáp được hiển thị trong hình dưới đây.

Chúng ta có thể dễ dàng hiểu hoạt động của Transponder từ chính sơ đồ khối. Chức năng của mỗi khối được đề cập dưới đây.

  • Duplexerlà cổng vi ba hai chiều. Nó nhận tín hiệu đường lên từ anten vệ tinh và truyền tín hiệu đường xuống tới anten vệ tinh.

  • Low Noise Amplifier (LNA) khuếch đại tín hiệu nhận được yếu.

  • Carrier Processorthực hiện chuyển đổi tần số xuống của tín hiệu nhận được (đường lên). Khối này xác định loại bộ phát đáp.

  • Power Amplifier khuếch đại công suất của tín hiệu đã chuyển đổi tần số xuống (liên kết xuống) đến mức cần thiết.

Các loại bộ phát đáp

Về cơ bản, có two typescủa bộ phát đáp. Đó là bộ phát đáp đường ống Bent và bộ phát đáp tái tạo.

Bộ phát sóng ống cong

Bộ phát đáp đường ống Bent nhận tín hiệu tần số vi ba. Nó chuyển đổi tần số của tín hiệu đầu vào thành tần số RF và sau đó khuếch đại nó.

Bộ phát đáp đường ống cong còn được gọi là bộ lặp và conventional transponder. Nó phù hợp cho cả tín hiệu tương tự và kỹ thuật số.

Bộ phát đáp tái tạo

Bộ phát đáp tái tạo thực hiện các chức năng của bộ phát đáp đường ống Bent. tức là dịch và khuếch đại tần số. Ngoài hai chức năng này, bộ phát đáp tái tạo còn thực hiện việc giải điều chế sóng mang RF đến băng tần cơ sở, tái tạo tín hiệu và điều chế.

Bộ phát đáp tái tạo còn được gọi là Bộ phát đáp xử lý. Nó chỉ thích hợp cho các tín hiệu kỹ thuật số. Chínhadvantages Bộ phát đáp tái tạo được cải thiện về Tỷ lệ Tín hiệu trên Tiếng ồn (SNR) và có tính linh hoạt hơn trong việc triển khai.

Các earth segmentcủa hệ thống thông tin vệ tinh chủ yếu bao gồm hai trạm mặt đất. Đó là trạm mặt đất phát và trạm mặt đất nhận.

Truyền tải earth stationtruyền các tín hiệu thông tin đến vệ tinh. Trong khi đó, trạm mặt đất nhận tín hiệu thông tin từ vệ tinh. Đôi khi, cùng một trạm mặt đất có thể được sử dụng cho cả mục đích truyền và nhận.

Nói chung, các trạm mặt đất nhận tín hiệu băng gốc ở một trong các dạng sau. Tín hiệu thoại và tín hiệu video ở dạng tương tự hoặc dạng kỹ thuật số.

Ban đầu, kỹ thuật điều chế tương tự, được đặt tên là FM modulationđược sử dụng để truyền cả tín hiệu thoại và video, ở dạng tương tự. Sau đó, các kỹ thuật điều chế kỹ thuật số, cụ thể là Keying dịch tần(FSK) và Chìa khóa dịch chuyển pha (PSK)được sử dụng để truyền các tín hiệu đó. Bởi vì, cả tín hiệu thoại và video đều được sử dụng để biểu diễn dưới dạng kỹ thuật số bằng cách chuyển đổi chúng từ tín hiệu tương tự.

Sơ đồ khối của Trạm Trái đất

Thiết kế của một Earth stationkhông chỉ phụ thuộc vào vị trí của trạm mặt đất mà còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác. Vị trí của các trạm mặt đất có thể là trên đất liền, trên tàu biển và trên máy bay. Các yếu tố phụ thuộc là loại hình cung cấp dịch vụ, việc sử dụng các dải tần, đặc tính của máy phát, máy thu và ăng ten.

Các block diagram của trạm mặt đất kỹ thuật số được hiển thị trong hình dưới đây.

Chúng ta có thể dễ dàng hiểu được hoạt động của trạm mặt đất từ ​​hình trên. Có bốn chínhsubsystemscó mặt trong bất kỳ trạm mặt đất nào. Đó là máy phát, máy thu, ăng-ten và hệ thống con theo dõi.

Hệ thống điều khiển

Thông tin nhị phân (số) đi vào thiết bị băng tần cơ sở của trạm mặt đất từ ​​mạng mặt đất. Encoder bao gồm các bit sửa lỗi để giảm thiểu tỷ lệ lỗi bit.

Trong liên lạc vệ tinh, tần số trung gian (IF)có thể được chọn là 70 MHz bằng cách sử dụng bộ phát đáp có băng thông 36 MHz. Tương tự, IF cũng có thể được chọn là 140 MHz bằng cách sử dụng bộ phát đáp có băng thông 54 MHz hoặc 72 MHz.

Bộ chuyển đổi Up thực hiện chuyển đổi tần số của tín hiệu đã điều chế thành tần số cao hơn. Tín hiệu này sẽ được khuếch đại bằng cách sử dụng Bộ khuếch đại công suất cao. Ăng ten của trạm mặt đất truyền tín hiệu này.

Người nhận

Suốt trong reception, anten trạm mặt đất nhận tín hiệu đường xuống. Đây là tín hiệu RF được điều chế mức thấp. Nói chung, tín hiệu nhận được sẽ có cường độ tín hiệu ít hơn. Vì vậy, để khuếch đại tín hiệu này, Bộ khuếch đại tiếng ồn thấp(LNA)Được sử dụng. Do đó, có sự cải thiện về giá trị Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR).

Tín hiệu RF có thể được down convertedsang giá trị Tần số trung gian (IF), là 70 hoặc 140 MHz. Bởi vì, dễ dàng giải điều chế ở các tần số trung gian này.

Chức năng của decoderđối lập với mã hóa. Vì vậy, bộ giải mã tạo ra thông tin nhị phân không có lỗi bằng cách loại bỏ các bit sửa lỗi và sửa vị trí các bit nếu có.

Thông tin nhị phân này được cung cấp cho thiết bị băng tần cơ sở để xử lý thêm và sau đó chuyển đến mạng mặt đất.

Ăng-ten của Trạm Trái đất

Các phần chính của Earth station Antennalà hệ thống nguồn cấp dữ liệu và phản xạ Antenna. Hai bộ phận này kết hợp với nhau sẽ bức xạ hoặc thu sóng điện từ. Vì hệ thống nguồn cấp dữ liệu tuân theo định lý tương hỗ, các ăng ten của trạm mặt đất thích hợp cho cả việc phát và thu sóng điện từ.

Parabolic reflectorsđược sử dụng làm ăng ten chính trong các trạm mặt đất. Độ lợi của những gương phản xạ này cao. Chúng có khả năng tập trung chùm tia song song vào một điểm tại tiêu điểm, nơi đặt hệ thống nguồn cấp dữ liệu.

Theo dõi hệ thống con

Các Tracking subsystemtheo dõi với vệ tinh và đảm bảo rằng chùm tia tới nó để thiết lập liên lạc. Hệ thống theo dõi có trong trạm mặt đất thực hiện chủ yếutwo functions. Đó là thu nhận và theo dõi vệ tinh của vệ tinh. Việc theo dõi này có thể được thực hiện theo một trong các cách sau. Đó là theo dõi tự động, theo dõi thủ công & theo dõi chương trình.

Trong chương này, chúng ta hãy thảo luận về hai ví dụ về trạm mặt đất: Receive-only Home TV system Community Antenna TV system.

Chỉ nhận hệ thống TV tại nhà

Nếu việc phát sóng diễn ra trực tiếp đến các máy thu TV tại nhà, thì loại dịch vụ đó được gọi là Truyền hình trực tiếp qua vệ tinh (DBS) dịch vụ.

Một bộ phản xạ loại lưới có thể được sử dụng để tập trung các tín hiệu vào một dual feed-horn. Nó có hai đầu ra riêng biệt. Từ một đầu ra sẽ nhận được tín hiệu băng tần C và từ đầu ra khác sẽ nhận được tín hiệu băng tần Ku.

Chương trình truyền hình chủ yếu bắt nguồn từ tín hiệu thế hệ đầu tiên. Các tín hiệu này được truyền qua vệ tinh đến các trạm đầu cuối chính của mạng trong băng tần C. Các tín hiệu này được nén và truyền dưới dạng kỹ thuật số tới các nhà cung cấp cáp và DBS.

Người dùng băng tần C có thể đăng ký các kênh truyền hình trả tiền. Các dịch vụ đăng ký này làcheaper khi so sánh với cáp vì tính khả dụng của lập trình đa nguồn.

Các block diagram của bộ thu TV DBS được hiển thị trong hình dưới đây.

Đơn vị ngoài trời

Dàn nóng chủ yếu bao gồm receiving antenna và Bộ chuyển đổi tiếng ồn thấp (LNC). Bộ chuyển đổi tiếng ồn thấp (LNC) không là gì ngoài sự kết hợp của Bộ khuếch đại tiếng ồn thấp (LNA) theo sau là bộ chuyển đổi. Anten thu được đưa trực tiếp vào LNC.

Nói chung, parabolic reflector cũng được sử dụng với ăng-ten sừng nhận để tập trung chùm sáng hơn.

Đơn vị trong nhà

Nói chung, tín hiệu cấp cho dàn lạnh là tín hiệu băng rộng. Tần số của tín hiệu này nằm trong khoảng 950 MHz đến 1450 MHz. Trong dàn lạnh, tín hiệu này được khuếch đại bằng cách sử dụngamplifier.

Tín hiệu khuếch đại được áp dụng cho bộ lọc theo dõi và bộ chuyển đổi tín hiệu xuống. Nó chọn kênh mong muốn và chuyển đổi tần số của nó thànhIntermediate Frequency (IF) 70 MHz.

IF amplifierkhuếch đại cường độ tín hiệu để giải điều chế phù hợp. Tín hiệu băng gốc (đã giải điều chế) được sử dụng để tạo ra tín hiệu Vestigial Single Side Band (VSSB). Tín hiệu này được đưa vào một trong các kênh VHF / UHF của TV tiêu chuẩn.

Điều chế tần số (FM) được sử dụng trong DBS TV. Trong khi, Điều chế biên độ (AM) ở dạng VSSB được sử dụng trong TV thông thường. Đây làmajor difference giữa TV DBS và TV thông thường.

Hệ thống TV Antenna cộng đồng

Cộng đồng Antenna TV (CATV)hệ thống sử dụng một dàn nóng duy nhất và nhiều nguồn cấp. Các nguồn cấp dữ liệu này có sẵn riêng biệt cho từng cảm giác phân cực. Do đó, tất cả các kênh sẽ có sẵn đồng thời ở đầu thu trong nhà.

Các block diagram của dàn lạnh của hệ thống CATV được thể hiện trong hình dưới đây.

Trong trường hợp này, không cần bộ thu riêng cho từng người dùng. Bởi vì, tất cả các sóng mang được giải điều chế trong một hệ thống lọc bộ thu chung. Sau đó, các kênh được kết hợp thành một tín hiệu đa kênh. Tín hiệu này sau đó được truyền qua cáp tới các thuê bao (người dùng).

Trong hệ thống thông tin vệ tinh, có hai kiểu tính toán công suất. Đó là tính toán công suất truyền và nhận công suất. Nói chung, những tính toán này được gọi làLink budget calculations. Đơn vị của quyền lực làdecibel.

Trước tiên, chúng ta hãy thảo luận về thuật ngữ cơ bản được sử dụng trong Ngân sách Liên kết và sau đó chúng ta sẽ chuyển sang giải thích các tính toán Ngân sách Liên kết.

Thuật ngữ cơ bản

An isotropic radiator(ăng-ten) bức xạ như nhau theo mọi hướng. Nhưng, nó không tồn tại trên thực tế. Nó chỉ là một ăng-ten lý thuyết. Chúng tôi có thể so sánh hiệu suất của tất cả các ăng-ten thực (thực tế) đối với ăng-ten này.

Mật độ thông lượng điện

Giả sử một bộ tản nhiệt đẳng hướng nằm ở tâm của hình cầu có bán kính, r. Chúng ta biết rằng mật độ thông lượng công suất là tỷ số giữa dòng công suất và diện tích đơn vị.

Power flux density,$\Psi_i$ của một bộ tản nhiệt đẳng hướng là

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

Ở đâu, $P_s$là dòng công suất. Nói chung, mật độ thông lượng công suất của một ăng ten thực tế thay đổi theo hướng. Nhưng no lamaximum value sẽ chỉ theo một hướng cụ thể.

Ăng-ten

Các gain của anten thực tế được định nghĩa là tỷ số giữa mật độ thông lượng công suất cực đại của anten thực tế và mật độ thông lượng công suất của anten đẳng hướng.

Do đó, Gain of Antenna hoặc Antenna gain, G là

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

Ở đâu, $\Psi_m$là mật độ thông lượng công suất lớn nhất của anten thực tế. Và,$\Psi_i$ là mật độ thông lượng công suất của bộ tản nhiệt đẳng hướng (anten).

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương (EIRP) là thông số chính được sử dụng để đo lường ngân sách liên kết. Mathematically, nó có thể được viết là

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

Chúng tôi có thể đại diện cho EIRP trong decibels như

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

Ở đâu, G là Gain of Transmitting anten và $P_s$ là công suất của máy phát.

Suy hao đường truyền

Sự khác biệt giữa công suất được gửi ở một đầu và nhận được ở trạm nhận được gọi là Transmission losses. Các khoản lỗ có thể được phân loại thành 2 loại.

  • Lỗ liên tục
  • Tổn thất biến đổi

Tổn thất không đổi, chẳng hạn như tổn thất bộ nạp được gọi là constant losses. Cho dù chúng ta có thể đã thực hiện những biện pháp phòng ngừa nào, những tổn thất này vẫn nhất định xảy ra.

Một loại thua cuộc khác là variable loss. Điều kiện thời tiết và bầu trời là một ví dụ của kiểu mất mát này. Có nghĩa là nếu bầu trời không trong sáng, tín hiệu sẽ không thể tiếp cận hiệu quả với vệ tinh hoặc ngược lại.

Do đó, quy trình của chúng tôi bao gồm việc tính toán tổn thất do thời tiết quang đãng hoặc điều kiện trời quang đãng ở lần 1 vì những tổn thất này là không đổi. Chúng sẽ không thay đổi theo thời gian. Sau đó, trong bước thứ 2 , chúng tôi có thể tính toán thiệt hại do điều kiện thời tiết xấu.

Liên kết các tính toán ngân sách

Có hai loại tính toán ngân sách liên kết vì có hai liên kết cụ thể là, uplinkdownlink.

Đường lên của Trạm Trái đất

Đó là quá trình trái đất truyền tín hiệu đến vệ tinh và vệ tinh đang nhận tín hiệu đó. Nó làmathematical equation có thể được viết như

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

Ở đâu,

  • $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ là tỷ lệ mật độ sóng mang trên nhiễu

  • $\left [\frac{G}{T}\right ]$ là tỷ lệ G / T của máy thu vệ tinh và đơn vị là dB / K

Ở đây, Suy hao đại diện cho tổn thất bộ thu tín hiệu vệ tinh. Các tổn thất phụ thuộc vào tần số đều được xem xét.

Giá trị EIRP phải càng thấp càng tốt để UPLINK hiệu quả. Và điều này có thể xảy ra khi chúng ta gặp điều kiện trời quang đãng.

Ở đây chúng tôi đã sử dụng ký hiệu (chỉ số dưới) “U”, đại diện cho các hiện tượng đường lên.

Đường xuống vệ tinh

Trong quá trình này, vệ tinh gửi tín hiệu và trạm mặt đất nhận được tín hiệu đó. Phương trình giống như đường lên vệ tinh với một điểm khác biệt là chúng tôi sử dụng chữ viết tắt “D” ở mọi nơi thay vì “U” để biểu thị hiện tượng đường xuống.

Nó là mathematical phương trình có thể được viết dưới dạng;

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

Ở đâu,

  • $\left [\frac{C}{N_0}\right ]$ là tỷ lệ mật độ sóng mang trên nhiễu
  • $\left [\frac{G}{T}\right ]$ là tỷ lệ G / T của máy thu trạm mặt đất và đơn vị là dB / K

Ở đây, tất cả những mất mát hiện diện xung quanh các trạm mặt đất.

Trong phương trình trên, chúng ta chưa bao gồm băng thông tín hiệu B. Tuy nhiên, nếu chúng ta đưa vào thì phương trình sẽ được sửa đổi như sau.

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

Ngân sách liên kết

Nếu chúng ta đang xem xét vệ tinh mặt đất, thì tổn thất trải rộng không gian trống (FSP) cũng nên được xem xét.

Nếu ăng-ten không được căn chỉnh đúng cách thì có thể xảy ra suy hao. vì vậy chúng tôi lấyAML(Tổn thất do lệch ăng ten) vào tài khoản. Tương tự, khi tín hiệu đến từ vệ tinh hướng tới trái đất, nó va chạm với bề mặt trái đất và một số trong số chúng bị hấp thụ. Chúng được thực hiện bởi sự mất mát hấp thụ trong khí quyển do“AA” và được đo bằng db.

Bây giờ, chúng ta có thể viết phương trình mất mát cho bầu trời tự do dưới dạng

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

Ở đâu,

  • RFL là viết tắt của tổn thất bộ nạp nhận được và đơn vị là db.

  • PL là viết tắt của mất mát không phù hợp phân cực.

Bây giờ decibel equation cho nguồn điện nhận được có thể được viết là

$$P_R = EIRP + G_R + Losses$$

Ở đâu,

  • $P_R$ là viết tắt của công suất nhận được, được đo bằng dBW.
  • $G_r$ là độ lợi của anten máy thu.

Việc thiết kế đường xuống quan trọng hơn việc thiết kế đường lên. Do hạn chế về công suất cần thiết để truyền và tăng ích của anten.

Đôi khi dịch vụ của vệ tinh có mặt tại một vị trí cụ thể trên trạm mặt đất và đôi khi nó không hiện diện. Điều đó có nghĩa là, một vệ tinh có thể có các trạm dịch vụ khác nhau của riêng nó được đặt ở những nơi khác nhau trên trái đất. Chúng gửi tín hiệu sóng mang cho vệ tinh.

Trong tình huống này, chúng tôi thực hiện nhiều quyền truy cập để cho phép vệ tinh lấy hoặc cung cấp tín hiệu từ các trạm khác nhau tại một thời điểm mà không có bất kỳ sự can thiệp nào giữa chúng. Sau đây làthree types của các kỹ thuật đa truy cập.

  • FDMA (Đa truy cập phân chia theo tần số)
  • TDMA (Đa truy cập phân chia theo thời gian)
  • CDMA (Đa truy cập phân chia theo mã)

Bây giờ, chúng ta hãy thảo luận từng kỹ thuật một.

FDMA

Trong kiểu đa truy nhập này, chúng ta gán cho mỗi tín hiệu một loại dải tần (dải) khác nhau. Vì vậy, hai tín hiệu bất kỳ không được có cùng loại dải tần. Do đó, sẽ không có bất kỳ sự can thiệp nào giữa chúng, ngay cả khi chúng tôi gửi những tín hiệu đó trong một kênh.

Một hoàn hảo examplecủa loại truy cập này là các kênh radio của chúng tôi. Chúng ta có thể thấy rằng mỗi trạm đã được cấp một dải tần khác nhau để hoạt động.

Hãy lấy ba trạm A, B và C. Chúng tôi muốn truy cập chúng thông qua kỹ thuật FDMA. Vì vậy, chúng tôi đã gán cho chúng các dải tần số khác nhau.

Như trong hình, trạm vệ tinh A đã được giữ ở dải tần từ 0 đến 20 HZ. Tương tự, các trạm B và C đã được ấn định dải tần tương ứng là 30-60 Hz và 70-90 Hz. Không có sự giao thoa giữa chúng.

Chính disadvantagecủa loại hệ thống này là nó rất bùng nổ. Loại truy cập đa truy cập này không được khuyến nghị cho các kênh động và không đồng đều. Bởi vì, nó sẽ làm cho dữ liệu của họ không linh hoạt và kém hiệu quả.

TDMA

Như tên cho thấy, TDMA là một truy cập dựa trên thời gian. Ở đây, chúng tôi đưa ra khung thời gian nhất định cho từng kênh. Trong khung thời gian đó, kênh có thể truy cập toàn bộ băng thông phổ

Mỗi trạm có một chiều dài hoặc rãnh cố định. Các khe cắm không được sử dụng sẽ vẫn ở trạng thái nhàn rỗi.

Giả sử, chúng ta muốn gửi năm gói dữ liệu đến một kênh cụ thể trong kỹ thuật TDMA. Vì vậy, chúng ta nên chỉ định cho họ những khoảng thời gian nhất định hoặctime frame trong đó nó có thể truy cập toàn bộ băng thông.

Trong hình trên, các gói 1, 3 và 4 đang hoạt động, truyền dữ liệu. Trong khi đó, gói 2 và 5 không hoạt động vì không tham gia. Định dạng này được lặp lại mỗi khi chúng tôi chỉ định băng thông cho kênh cụ thể đó.

Mặc dù, chúng tôi đã chỉ định các khe thời gian nhất định cho một kênh cụ thể nhưng nó cũng có thể được thay đổi tùy thuộc vào khả năng chịu tải. Điều đó có nghĩa là, nếu một kênh đang truyền tải nặng hơn, thì kênh đó có thể được ấn định một khoảng thời gian lớn hơn so với kênh đang truyền tải nhẹ hơn. Đây là lớn nhấtadvantagecủa TDMA qua FDMA. Một ưu điểm khác của TDMA là điện năng tiêu thụ sẽ rất thấp.

Note - Trong một số ứng dụng, chúng tôi sử dụng combination của cả hai TDMA and FDMAkỹ thuật. Trong trường hợp này, mỗi kênh sẽ hoạt động trong một dải tần cụ thể trong một khung thời gian cụ thể. Trong trường hợp này, lựa chọn tần số mạnh mẽ hơn và nó có dung lượng lớn hơn theo thời gian nén.

CDMA

Trong kỹ thuật CDMA, một mã duy nhất đã được gán cho mỗi kênh để phân biệt với nhau. Một sự hoàn hảoexampleloại đa truy cập này là hệ thống di động của chúng tôi. Chúng ta có thể thấy rằng không có số điện thoại di động của hai người trùng khớp với nhau mặc dù họ là cùng một dịch vụ di động X hoặc Y cung cấp cho khách hàng của công ty sử dụng cùng một băng thông.

Trong quy trình CDMA, chúng tôi thực hiện việc giải mã sản phẩm bên trong của tín hiệu được mã hóa và chuỗi chipping. Do đó, về mặt toán học nó có thể được viết là

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

Cơ bản advantagecủa loại đa truy cập này là nó cho phép tất cả người dùng cùng tồn tại và sử dụng toàn bộ băng thông cùng một lúc. Vì mỗi người dùng có mã khác nhau nên sẽ không có bất kỳ sự can thiệp nào.

Trong kỹ thuật này, một số trạm có thể có số kênh không giống như FDMA và TDMA. Phần tốt nhất của kỹ thuật này là mỗi trạm có thể sử dụng toàn bộ phổ vào mọi lúc.

Các dịch vụ của liên lạc vệ tinh có thể được phân thành hai loại sau.

  • Dịch vụ liên kết thông tin vệ tinh một chiều
  • Dịch vụ liên kết thông tin vệ tinh hai chiều

Bây giờ, chúng ta hãy thảo luận về từng dịch vụ một

Dịch vụ liên kết truyền thông vệ tinh một chiều

Trong one-waydịch vụ liên kết thông tin vệ tinh, thông tin có thể được chuyển từ một trạm mặt đất đến một hoặc nhiều trạm mặt đất thông qua một vệ tinh. Điều đó có nghĩa là, nó cung cấp cả kết nối điểm tới điểm và kết nối điểm tới đa điểm.

Phía dưới figure cho thấy một ví dụ về dịch vụ liên kết thông tin vệ tinh một chiều.

Tại đây, liên lạc diễn ra giữa trạm mặt đất thứ nhất (máy phát) và trạm mặt đất thứ hai (máy thu) trên bề mặt trái đất thông qua một vệ tinh trong one direction.

Sau đây là một số one-way liên kết thông tin vệ tinh services.

  • Phát các dịch vụ vệ tinh như Radio, TV và các dịch vụ Internet.

  • Các dịch vụ hoạt động không gian như dịch vụ Đo từ xa, Theo dõi và Chỉ huy.

  • Dịch vụ vệ tinh xác định vô tuyến giống như Dịch vụ định vị vị trí.

Dịch vụ liên kết truyền thông vệ tinh hai chiều

Trong two-wayliên kết thông tin vệ tinh, thông tin có thể được trao đổi giữa hai trạm mặt đất bất kỳ thông qua một vệ tinh. Điều đó có nghĩa là, nó chỉ cung cấp kết nối điểm tới điểm.

Hình dưới đây cho thấy một ví dụ về dịch vụ liên kết thông tin vệ tinh hai chiều.

Tại đây, liên lạc diễn ra giữa trạm mặt đất thứ nhất (máy phát) và trạm mặt đất thứ hai (máy thu) trên bề mặt trái đất thông qua một vệ tinh trong two (cả hai) directions.

Sau đây là một số liên kết vệ tinh hai chiều services.

  • Các dịch vụ vệ tinh cố định như Điện thoại, Fax và Dữ liệu của các dịch vụ tốc độ bit cao.

  • Các dịch vụ vệ tinh di động như dịch vụ thông tin di động Land, Maritime và Aero.

Hệ thống định vị toàn cầu (GPS)là một hệ thống định vị dựa trên vệ tinh. Nó đã tạo ra cuộc cách mạng về điều hướng và định vị vị trí. Nó chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng định vị, dẫn đường, giám sát và khảo sát.

Thị trưởng advantagescủa định vị vệ tinh là định vị thời gian thực và đồng bộ hóa thời gian. Đó là lý do tại sao hệ thống định vị vệ tinh đã trở thành một phần không thể thiếu trong hầu hết các ứng dụng, trong đó tính di động là thông số quan trọng.

Một phân đoạn không gian GPS hoạt động hoàn chỉnh chứa 24 vệ tinh trong MEO. Các vệ tinh này được tạo thành sáu nhóm sao cho mỗi nhóm chứa bốn vệ tinh. Nhóm bốn vệ tinh được gọi là mộtconstellation. Hai chòm sao liền kề bất kỳ cách nhau 60 độ theo kinh độ.

Các orbital period của mỗi vệ tinh xấp xỉ bằng twelve hours. Do đó, tất cả các vệ tinh quay quanh trái đất hai lần mỗi ngày. Tại bất kỳ thời điểm nào, máy thu GPS sẽ nhận được tín hiệu từ ít nhất bốn vệ tinh.

Mã và dịch vụ GPS

Mỗi vệ tinh GPS truyền hai tín hiệu, L1 and L2 có tần số khác nhau. Trilaterationlà một phương pháp đơn giản để tìm vị trí (Vĩ độ, Kinh độ, Độ cao) của máy thu GPS. Bằng cách sử dụng phương pháp này, vị trí của một điểm chưa biết có thể được đo từ ba điểm đã biết

Mã GPS

Sau đây là hai loại mã GPS.

  • Mã chuyển đổi thô hoặc mã C / A
  • Mã chính xác hoặc mã P

Tín hiệu, L 1 được điều chế với chuỗi bit ngẫu nhiên giả 1,023 Mbps. Mã này được gọi là mã Chuyển đổi thô hoặcC/A code và nó được sử dụng bởi công chúng.

Tín hiệu, L 2 được điều chế với chuỗi bit giả ngẫu nhiên 10,23 Mbps. Mã này được gọi là Mã chính xác hoặcP codevà nó được sử dụng trong các hệ thống định vị quân sự. Nói chung, mã P này được truyền ở định dạng được mã hóa và nó được gọi làY code

Mã P cho độ chính xác đo lường tốt hơn khi so sánh với mã C / A, vì tốc độ bit của mã P lớn hơn tốc độ bit của mã C / A.

Dịch vụ GPS

Sau đây là hai loại dịch vụ được cung cấp bởi GPS.

  • Dịch vụ Định vị Chính xác (PPS)
  • Dịch vụ Định vị Tiêu chuẩn (SPS)

PPS receiverstheo dõi cả mã C / A và mã P trên hai tín hiệu, L 1 và L 2 . Mã Y được giải mã tại máy thu để thu được mã P.

SPS receiverschỉ theo dõi mã C / A trên tín hiệu, L 1 .

Người nhận GPS

Hệ thống GPS chỉ tồn tại một đường truyền một chiều từ vệ tinh đến người dùng. Do đó, người dùng cá nhân không cần máy phát mà chỉ cầnGPS receiver. Nó chủ yếu được sử dụng để tìm vị trí chính xác của một đối tượng. Nó thực hiện nhiệm vụ này bằng cách sử dụng các tín hiệu nhận được từ vệ tinh.

Các block diagram của máy thu GPS được hiển thị trong hình dưới đây.

Chức năng của từng khối có trong máy thu GPS được đề cập dưới đây.

  • Receiving Antennanhận các tín hiệu vệ tinh. Nó chủ yếu là, một ăng-ten phân cực tròn.

  • Low Noise Amplifier (LNA) khuếch đại tín hiệu nhận được yếu

  • Down converter chuyển đổi tần số của tín hiệu nhận được thành tín hiệu Tần số trung gian (IF).

  • IF Amplifier khuếch đại tín hiệu Tần số trung gian (IF).

  • ADCthực hiện chuyển đổi tín hiệu tương tự thu được từ bộ khuếch đại IF sang kỹ thuật số. Giả sử, các khối lấy mẫu & lượng tử hóa cũng có trong ADC (Bộ chuyển đổi tương tự sang số).

  • DSP (Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số) tạo mã C / A.

  • Microprocessorthực hiện tính toán vị trí và cung cấp các tín hiệu thời gian để điều khiển hoạt động của các khối kỹ thuật số khác. Nó gửi thông tin hữu ích đến Display unit để hiển thị trên màn hình.