АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра телекоммуникационных систем

 

 

СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ И ТЕЛЕВЕЩАНИЯ

 

Методические указания к выполнению курсовой работы

(для студентов всех форм обучения

специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

СОСТАВИТЕЛИ: Л.П. Клочковская. Спутниковые системы радиосвязи и телевещания. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

 

Представлены методические указания к расчету и оформлению курсовой работы. Приведены варианты заданий и параметры земных и космических станций, необходимые для выполнения курсовой работы.

Содержание

Введение

1 Задание к выполнению курсового проекта

2 Задача № 1

3 Задача № 2

4 Задача № 3

5 Задача № 4

Список литературы

 

Введение

 

Основной задачей курсового проектирования по «Спутниковым системам радиосвязи и телевещания» является определение параметров спутниковой системы связи.

В первой задаче необходимо выполнять энергетический расчет участка спутниковой линии. Спутниковая линия состоит из двух участков: «вверх» - передающая ЗС – бортовой ретранслятор и «вниз» - бортовой ретранслятор – приёмная  земная станция. После расчета необходимо построить диаграмму уровней на участке.

Вторая задача даёт представление о электромагнитной совместимости двух спутниковых систем: проектируемой и существующей. В конце расчета необходимо оценить величину мешающего влияния по сравнению со значением температуры при отсутствии влияния.

В третьей задаче производится расчет отношения сигнал – шум на НЧ окончании спутниковой линии.

Четвертая задача посвещена определению зоны видимости геостационарного спутника, что даст представление о зависимости зоны видимости спутника от угла места.

 

1 Задание к выполнению курсового проекта

Варианты заданий

Т а б л и ц а  1

Предпоследняя цифра зачетной книжки

Последняя цифра зачетной книжки

0, 6

 

1, 7

2, 8

3, 9

4, 5

0,  5

А→B

B→C

C→D

D→E

A→B

1,  6

А→C

B→D

C→E

E→A

A→C

2,  7

А→D

B→E

D→A

E→B

A→D

3,  8

А→E

C→A

D→B

E→C

A→E

4,  9

В→A

C→B

D→C

E→D

B→A

Пример определения задания:

     Последние цифры зачетной книжки 76

     Вариант A→D

 

2 Задача №1

Выполнить энергетический расчет спутниковой линии связи мешающей системы.

Студенты, фамилия которых начинается с А – К считают участок «вверх»,  а с Л – Я считают участок «вниз».

Например:

Беляков – вариант (А→D) считает участок «Передающая ЗСА → бортовой ретранслятор ИСЗА».

Утегенов – (вариант B →C) считает участок «Бортовой ретранслятор ИСЗВ → приёмная станция ЗСВ».

 

Т а б л и ц а  2 – Параметры приёмной станции

Система

Диапазон, ГГц      

Диаметр антенны, м

коорди-

наты

Коэффи-циент шума приёмни-ка

Эффектив-

ная  полоса частот,

МГц

КПД

АФТ

Шумовая

темпера-тура антенны, К

A

14/11

3

35° в. д.

60° с. ш.

6

36

0,9

60

B

14/11

8

85° в. д.

45° с. ш.

8

72

0,8

58

C

14/11

9

73° в. д.

49° с. ш.

7

36

0,85

70

D

14/11

10

52° в. д.

47° с. ш.

5

33

0,9

80

E

14/11

6

78° в. д.

42° с. ш.

7,5

36

0,85

90

 

Т а б л и ц а 3 – Параметры бортового ретранслятора                                                     

Система

Диапазон

частот,ГГц

Координаты

Коэффициент усиления антенны, дБ

Коэф-т

шума

приём-

ника

КПД

АФТ

шумовая

t°СЛК,К

Спект-ральная плот-ность мощно-сти, дБ

Шумовая

t°антенны,К

Приём

Переда-ча

A

14/11

103°в.д.

33

28

8

0,8

100

-54

40

B

14/11

101°в.д.

35

30

7,5

0,9

95

-53

50

C

14/11

95°в.д.

28

25

6

0,9

90

-52

55

D

14/11

85°в.д.

30

27

5

0,85

100

-51

60

E

14/11

66°в.д.

29

26

7

0,8

110

-50

45

 

Т а б л и ц а  4 – Параметры передающей ЗС                                                           

Система

Диапазон

частот,ГГц

Диаметр

антенны,м

Отноше-

ние Рс/Рш,

дБ

Коорди-

наты

Эффектив-

ная  полоса частот,

МГц

КПД

АФТ

Спектральная плотность мощнос-

ти, дБ Вт/м2

A

14/11

6

16

78° в. д.

42° с. ш.

36

0,95

-32

B

14/11

10

16,5

52° в. д.

47° с. ш.

33

0,9

-33

C

14/11

9

15

43° в. д.

69° с. ш.

36

0,85

-34

D

14/11

8

14

65° в. д.

45° с. ш.

72

0,9

-30

E

14/11

3

17

55° в. д.

50° с. ш.

36

0,8

-34

 

Дополнительное ослабление энергии радиоволн Lдоп=2 дБ.

Коэффициент запаса для линии «вверх» а=6 дБ.

Коэффициент запаса для линии «вниз» в=1,2 дБ.

Пример расчета

1. Участок: передающая ЗС→ИСЗ (КС)

1.1 Наклонная дальность между ЗС и КС

 где ;

- широта ЗС;

- разность по долготе между ЗС и КС.

 

 

1.2 Суммарная шумовая температура

где ТА – шумовая температура антенны КС;

η – КПД АФТ КС;

TПР=T0 . (KШ-1)

где Т0=290°К

KШ – коэффициент шума приёмника КС;

TПР=290(8-1)=2030 К.

 К.

1.3 Коэффициент усиления земной станции

 

 

где D – диаметр антенны ЗС, м;

λ – длина волны для участка «вверх», м;

 м.

g=0,6…0,8 – коэффициент использования поверхности антенны.

.

GЗС=10∙lg 6,5∙105=10(5+lg 6,5)=10(5+0.81)=58 дБ

1.4 Мощность передатчика земной станции

где d=м, Lдоп=2 дБ (1,58);

k=1,38∙10-23 – постоянная Больцмана;

ΔfШ – эффективная полоса частот ЗС;   

a=6 дБ (3,98);   

дБ (39,8);    

GКС33 дБ (1995).

Вт.

РЗС=22,39 дБ.

1.5 Ослабление сигнала на участке ЗС→КС.

.

 дБ.

1.6 Строим диаграмму уровней на участке ЗС – КС. (Рисунок 1)

П р и м е ч а н и е – Отличие расчета для участка КС-ЗС (вниз).

ЗС –приемная .

Пункт 1.2  ТА – шумовая температура ЗС.

η – КПД АФТ ЗС.

Кш – коэффициент шума приёмника ЗС.

Пункт 1.3  λ – длина волны для участка «вниз».

м.

Пункт 1.4 рассчитываем мощность передатчика космической станции

коэффициент запаса  «в» вместо «а».

Всё остальное считается согласно примера.

 

Рисунок 1 – Диаграмма уровней на участке ЗС – КС

3 Задача №2

Требуется проверить мешающее влияние  одной спутниковой системы на другую, сравнить степень влияния одной спутниковой системы на другую, сравнить степень влияния с допустимым значением (6 %) температуры при отсутствии влияния.

Данные проектируемой (мешающей) системы и данные существующей (подверженной влиянию) системы выбираются согласно варианта из таблиц 1, 2, 3, 4.

Например, вариант А→B, где А – мешающая система, которая наводит помехи в системе B (подверженной влиянию).

Пример расчета «N→M»

Рисунок 2

 

2.1 Наклонная дальность между ЗС и КС:

а) между передающей земной станцией и спутником мешающей системы

.

  км;

б) между передающей земной станцией мешающей системы «N» и спутником системы, подверженной влиянию «M»

 км;

в) между спутником мешающей системы и приёмной земной станцией системы, подверженной влиянию

 км.

2.2 Топоцентрический угловой разнос

 - разность по долготе между спутниками

.

 

.

2.3 Коэффициент усиления антенны приёмной ЗС системы, подверженной влиянию, при условии D/λ>100;  3/0,027=111>100

G(φ)M=32 – 25lgφ

где должно выполняться условие

φz< φ<480

φz=15,85(D/ λ)-0,6, град

здесь D – диаметр антенны;

φz=15,85(3/0,027)-0,6=0,90<15,30<480;

φ= .

G(φ)M=32 – 25lg15,30=32 – 29,6=2,4 дБ.

2.4 Коэффициент усиления антенны передающей ЗС мешающей системы, при условии D/λ>100, φz<φ=<480

D/λ=6/0,021=285>100.

φz=15,85(6/0,021)-0,6=0,530<15,30<480.

G(φ)M=32 – 25lg15,30=32 – 29,6=2,4 дБ.

2.5 Увеличение шумовой температуры приёмной системы бортового ретранслятора, подверженного влиянию

где     - спектральная плотность мощности, подводимая к антенне мешающей передающей ЗС, дБ;

 - коэффициент усиления антенны мешающей передающей ЗС, дБ;

* - коэффициент усиления антенны спутника, подверженной влиянию (на приём), дБ;

 - ослабление сигнала на линии мешающая передающая земная станция – спутник, подверженный влиянию, дБ;

, дБ .

, дБ.

, К.

2.6 Увеличение шумовой температуры на выходе  приёмной антенны земной станции системы, подверженной влиянию

где   - спектральная плотность мощности, подводимая к антенне мешающего спутника, дБ;

* - коэффициент усиления приёмной антенны земной станции системы, подверженной влиянию, дБ;

 - коэффициент усиления антенны мешающего спутника ( на передачу), дБ;

- ослабление сигнала на линии мешающий спутник – приёмная земная станция системы, подверженной влиянию

, дБ.

, дБ.

,К.

2.7 Приращение эквивалентной шумовой температуры линии

где γ= - 15 дБ (0,032) – коэффициент передачи спутниковой линии

, К, если поляризация на двух системах одинаковая;

 если разная, то

где - коэффициент развязки по поляризации

 

Т а б л и ц а  5

Поляризация системы

Коэффициент развязки по поляризации

Полезной

Мешающей

Левосторонняя круговая

Правосторонняя круговая

4

То же

Линейная

1,4

Правосторонняя круговая

То же

1,4

Левосторонняя круговая

Левосторонняя круговая

1

Правосторонняя круговая

Правосторонняя круговая

1

Линейная

Линейная

1

 

2.8 Относительное приращение эффективной шумовой температуры приёмного тракта системы, подверженной влиянию

где Т – шумовая температура спутниковой линии связи системы, подверженной влиянию

%.

Между системами требуется коррекция.

 

4 Задача №3

Требуется определить отношение сигнал/шум на НЧ окончании спутниковой линии при аналоговом методе передачи с ЧМ модуляцией ТВ сигнала (в дБ).

При передачи ТВ методом ЧМ отношение сигнал/шум на входе и выходе приёмника связаны выражением

где - выигрыш в отношении сигнал – флуктуационный шум, обеспечиваемый ТВ приёмником;

ВВ – визометрический коэффициент;

α - выигрыш в тепловых шумах от введения тепловых линейных предискажений;

k=8 – пересчета размаха синусоидального сигнала в эффективное значение.

где  - пиковая девиация частоты, отведенная собственно на ТВ сигнал;

- верхняя частота спектра ТВ сигнала;

ВВ∙α=18,1 дБ (для фильтра старого типа);

ВВ∙α=14,3 дБ (для фильтра нового типа).

Пример расчета

Девиация частоты 11,5 МГц.

Нестабильность частоты гетеродина 0,5 МГц.

Эффективная полоса частот – 36 МГц.

дБ.

(15,56 дБ).

где дБ;   

k=8 (9дБ)

дБ (для старого Вф).

дБ (для нового Вф).

Т а б л и ц а  6 – Данные для выполнения задачи                                                                                                     

Параметры спутниковой линии

Последняя цифра зачетной книжки

0, 5

1, 6

2, 7

3, 8

4, 9

Девиация частоты, МГц

11,5

12

11,7

11

11,2

Нестабильность частоты гетеродина, МГц

0,6

0,3

0,5

0,6

0,4

Эффективная полоса частот, МГц

36

33

72

34

35

 5 Задача №4

Требуется определить зону видимости геостационарного спутника.

Зона видимости определяется по диаграмме (рис. 2,7) в зависимости от угла места и географических данных земной станции и спутника.

Пример расчета

Угол места φ=10°.

Координаты: спутник 66° в. д.

Земная станция 42° с. ш., 73° в. д.

4.1 Определяем разность по долготе между спутником и земной станцией Δλ=73°-66°=7°.

4.2 На диаграмме в пересечении Δλ и φ определяем широту края зоны видимости 73°.

4.3 Проводим вертикальную линию угла места до пересечения с осью λ – λ0 и определяем разность по долготе между ЗС и КС (крайние точки зоны видимости по долготе - 70°). Следовательно, зона видимости  геостационарного спутника

-73 °+70 °=3 °

70 ° +73 °=143 °

4.4 Азимут определяется по диаграмме пересечением вертикальной линии, проведенной  через Δλ=7 ° и угол места 10 °. Азимут 188 °, т.к. земная станция находится в северном полушарии.

П р и м е ч а н и е – Данные для расчета берутся из задачи 2 для мешающей системы.

Рисунок 3 – Диаграмма для определения угла места и азимута при направлении антенны ЗС на геостационарный ИСЗ ( - широта ЗС,λ-λ0 – долгота ЗС относительно долготы позиции ИСЗ)

Однако в полярных широтах углы места антенны земной стан­ции, направленной на геостационарный ИСЗ, малы, а вблизи полюса он просто не виден. Малые углы места приводят к затенению спут­ника местными предметами, увеличиваются шумы антенной систе­мы станции, создаваемые радиошумовым излучением Земли. Углы места на геостационарный ИСЗ уменьшаются также с удалением по долготе точки приема от долготы ИСЗ. Taким образом, для обслуживания территорий в высоких широтах геостационарный ИСЗ должен размещаться как можно ближе к центральной долго­те обслуживаемой зоны. Участок ГО, в пределах которого можно менять точку стояния ИСЗ с сохранением необходимой - зоны обслу­живания, называется дугой обслуживания.

 

 

 

 

Список литературы

1.     Радиорелейные и спутниковые системы передачи: Учебник для вузов. Под ред. А.С.Немировского. – Москва: Радио и связь, 1986.

2.     Спутниковая связь и вещание. Справочник под ред. Л.Я.Кантора. –   Москва: Радио и связь, 1997.

3.     Радиосистемы управления. Под ред. В.А.Вейцели. – Москва: Высшее образование, 2005.

4.     Полет космических аппаратов. – Москва. – Машиностроение, 1990.

5.     Радиосистемы межпланетных космических аппаратов. Под общей редакцией А.С.Виницкого. – Москва: Р и С, 1993.