Теоретические сведения

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Международная образовательная корпорация

Методические указания

к выполнению

лабораторных работ по дисциплине

«Спутниковая и космическая связь»

Виртуальные лабораторные работы «Orbitron»

Алматы 2015

Лабораторная работа №1

Тема: Изучение характеристик орбит

Цель работы: Ознакомиться с работой программы “Orbitron” и изучить параметры спутниковых орбит.

Теоретические сведения

Спутниковые линии связи работают в 9 - 11 диапазонах частот и, в перспективе, в оптических диапазонах. В этих системах сигнал с земной станции посылается на спутник, содержащий приемопередающую аппаратуру, там усиливается, обрабатывается и посылается обратно на Землю, обеспечивая связь на большие расстояния и перекрывая большие площади. Существует множество разнообразных спутниковых систем, как коммерческого, так и специального назначения. Спутники движутся по эллиптическим или круговым орбитам, согласно законам Кеплера, которые сформулированы еще в начале 17 века.

Особый интерес представляет круговая орбита, расположенная в плоскости экватора Земли. При расстоянии до орбиты порядка 36000 километров и движении спутника в сторону вращения Земли, спутник будет неподвижным относительно земного наблюдателя. Такая орбита называется геостационарной (рис. 1) и позволяет осуществлять связь при помощи неподвижных антенн. Недостатками геостационарной орбиты является ее уникальность и невозможность обеспечения связи для высокоширотных областей Земли. Геостационарная орбита является основной для спутникового телевизионного вещания, том числе, и для приема сигналов на индивидуальные устройства.

Ввиду уникальности орбиты она распределена между государствами.

Рисунок 1 – Геостационарная орбита

При движении спутника по другим орбитам он будет перемещаться относительно земного наблюдателя. Следовательно, для связи нужно иметь следящие антенны и группировки спутников, следующих друг за другом для непрерывной связи. По такому принципу работают несколько глобальных систем для передачи телефонных сообщений.

Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса (рисунок 2).

• экваториальные,
• наклонные,
• полярные.

Рисунок 2 - Орбиты: 1 — экваториальная, 2 — наклонная, 3 — полярная

Однако геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является больша́ я высота, а значит, и бо́ льшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен обслуживать земные станции в приполярной области.

Наклонная орбита позволяет решить эти проблемы, однако, из-за перемещения спутника относительно наземного наблюдателя необходимо запускать не меньше трех спутников на одну орбиту, чтобы обеспечить круглосуточный доступ к связи.

Наиболее известные из них - международные проекты Iridium и Global Star, в которых Россия принимает участие.

При движении спутника по другим орбитам он будет перемещаться относительно земного наблюдателя. Следовательно, для связи нужно иметь следящие антенны и группировки спутников, следующих друг за другом для непрерывной связи. По такому принципу работают несколько глобальных систем для передачи телефонных сообщений. Наиболее известные из них - международные проекты Iridium и Global Star.

На рис 3 показана группировка системы Global Star, состоящая из 48 спутников, расположенных на 6 орбитах и общий вид пользовательского терминала.. Такая система обеспечивает абонентов телефонной связью почти на всей территории Земли.

Рисунок 3 - Система Global Star, состоящая из 48 спутников

Порядок выполнения работы:

Orbitron - система слежения за спутниками

Основные возможности:

-одновременно может быть загружено и рассчитано 2000 спутников
-полноэкранный режим, разные режимы представления
-мощная система поиска прохождений спутников и вспышек Иридиумов.
-синхронизация часов компьютера через NTP
-обновление данных TLE (поддерживается архивация ZIP) через HTTP
-управление ротор/радио (использует встроенные или пользовательские драйверы).
-есть модуль работы в качестве экранной заставки для Windows

При запуске программы появляется интерактивное окно, содержащее: панель задач, карту мира, и список спутников.

Панель задач содержит следующие вкладки: главное, отображение, место информация, настройки расчета, расчет, ротор/радио и и т.д.

Содержит карту мира (рисунок 4).

Рисунок 4 – Расположение спутников на карте мира:

1-геостационарный спутник, 2 -пройденный путь спутника, 3 - направление движения спутника, 4- активный спутник с отображением его покрытия; данные для этого спутника представлены на панели справа, 5- низкоорбитальный спутник, 6 - выбранное место расположения, 7- ночь, 8 - граница дня и ночи, 9 - геодезическая сетка, 9 - координаты

1. Выбрать спутники по варианту.

2. Зафиксировать их место расположения.

3. Определить их орбиты по карте.

4. Определить какие спутники имеют геостационарную орбиту.

5. Результаты записать в отчет.

Контрольные вопросы:

1. Что называется геостационарной орбитой?

2. Назовите типы орбит.

3. Назовите преимущества и недостатки геостационарной орбиты.

4. Назовите спутники, имеющие геостационарные орбиты.

5. Что называется активным и пассивным ретранслятором?

6.Поясните упрощенную структурную схему беспроводного интервала