Состав земных и космических станций

Простейшей земной станцией для приема однонаправленной информации является одноствольная приемная ЗС. Сигналы, передаваемые бортовой антенной ИСЗ, принимаются (рис. 1.2,а) антенной 1 ЗС в виде электромагнитного поля СВЧ и преобразуются в электрическое напряжение (ток) СВЧ.

Рис. 1.2. Упрощенные структурные схемы ЗС и КС

Принятый сигнал усиливается входным устройством 2, содержащим малошумящий усилитель (МШУ), смеситель, предварительный усилитель промежуточной частоты. Необходимые для преобразования частоты колебания формируются гетеродином 3. Основное усиление сигнала осуществляется в усилителях промежуточной частоты УПЧ 4, в состав которых входят фильтры, формирующие полосу пропускания усилителей, оптимальную для приема. Вслед за усилителем включается также демодулятор 5, выделяющий передаваемое сообщение, и оконечное каналообразующее оборудование 6. Принятая земной станцией информация поступает по наземной соединительной линии 7 к потребителю программ или на телевизор клиента, если это станция индивидуального приема. В современных высококачественных приемных устройствах часто применяют двукратное преобразование частоты.

Комплекс 8 содержит систему управления и опорно-поворотное устройство антенны, которые служат для наведения максимума диаграммы направленности антенны на ИСЗ. В него входят собственно механическая опора, электромеханический привод с редуктором, перемещающий антенну, и аппаратура наведения, управляющая его движением. В простых приемных станциях антенна небольшого диаметра с довольно широкой диаграммой направленности закрепляется на опоре неподвижно и снабжена механизмом первоначальной ориентации, или оснащена позиционером для установки в несколько фиксированных рабочих положений.

Сложные земные станции дуплексной связи, работающие одновременно в нескольких транспондерах ИСЗ, строятся по более общей схеме (рис. 1.2,б). Здесь 1 - антенна с устройством наведения; 2 - фильтр разделения частот приема и передачи; 3 — МШУ; 4 — устройство сложения (фильтр сложения) сигналов, принимаемых от различных транспондеров; 5 — устройство разделения (фильтр разделения) принимаемых сигналов различных транспондеров; 6 — передающее устройство; 7 — приемное устройство; 8 — каналообразующая аппаратура; 9 — аппаратура соединительной линии. На схеме могут быть показаны также резервные комплекты с переключателями, обычно имеющиеся на ЗС для повышения надёжности.

Основными и важными элементами радиотехнического комплекса космической станции, входящего в систему спутниковой связи, являются антенны и бортовые ретрансляторы.

На борту современных связных ИСЗ обычно устанавливают несколько приемных и передающих антенн. Это объясняется необходимостью сформировать различные зоны обслуживания с целью привести в соответствие излучение антенн с размещением земных станций на поверхности Земли, чтобы не направлять бесполезно энергию на районы, которые не обслуживаются. Высокая направленность приемных и передающих антенн ИСЗ способствует уменьшению взаимных помех при одновременной работе других систем связи — спутниковых и наземных и повышает эффективность использования геостационарной орбиты.

Сигнал от приёмной бортовой антенны поступает на вход малошумящего усилителя (МШУ, рис. 1.2,в), имеющего смесители и усилители на малошумящих транзисторах. Принятый сигнал усиливается сначала на частоте приема, а потом на промежуточной частоте и частоте передачи. В современных ИСЗ осуществляется обычно однократное преобразование непосредственно с приёмной частоты на передающую.

В схеме могут применяться также устройства разделения, коммутации, объединения сигналов (коммутатор на рис. 1.2,в), цель которых — подавать сигналы, адресованные тем или иным ЗС, на передающие антенны с соответствующей зоной обслуживания. Перспективны системы с применением быстродействующей переориентации узкого луча антенны (с коммутацией луча), что позволяет осуществлять связь со многими ЗС через остронаправленные антенны, не увеличивая числа антенн на борту ИСЗ, с многократным использованием полосы частот.

На рис. 1.2,в не показаны резервные элементы и устройства переключения на резерв, поскольку эти схемы достаточно разнообразны и достаточно сложны, а степень резервирования различна для разных элементов тракта в зависимости от их надежности и важности с точки зрения обеспечения жизнеспособности ИСЗ и срока его службы.

В некоторых случаях на космической станции выполняется и более сложная обработка сигналов с преобразованием вида модуляции, регенерацией сигналов, передаваемых обычно в дискретной форме.

Для обеспечения высоких показателей надежности системы и уменьшения затрат при эксплуатации может быть предусмотрена возможность замены любого из спутников группировки резервным спутником, для чего стволы БРТР должны иметь возможность оперативной перестройки по частоте по командам с Земли.

Структурная схема ствола с оперативной перестройкой его центральной частоты приведена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Структурная схема ствола ВРТР с перестройкой по частоте

В этой схеме перестройка частоты осуществляется изменением частоты перестраиваемого гетеродина, который является общим для входного понижающего и выходного повышающего преобразователей частоты. Достоинством этой схемы является компенсация нестабильности частоты перестраиваемого гетеродина, что существенно упрощает его техническую реализацию.

По такому принципу реализованы стволы спутника непосредственного ТВ вещания типа «Галс».

5.1. БРТК с обработкой сигнала на борту

Существуют также бортовые радиотехнические комплексы (ВРТК) с обработкой сигналов на борту. Они могут использовать преобразование вида многостанционный доступ на линиях связи вверх и вниз.

При обслуживании широкой зоны наиболее эффективным видом многостанционного доступа на линии вверх является МДЧР (многостанционный доступ с частотным разделением), при котором каждая ЗС сети передает свои сигналы в отведенном ей участке полосы пропускания ретранслятора. Требуемое значение ЭИИМ конкретной ЗС определяется количеством информации, которое от нее необходимо передать, форматом используемых радиосигналов, добротностью приема бортового приемника и др.

На линии вверх может также применяться МДВР (многостанционный доступ с временным разделением) со многими несущими, называемый МДВР/МДЧР.

Основной недостаток МДЧР при его использовании на линии на линии вниз — это уменьшение пропускной способности по сравнению с односигнальным режимом, вызванное необходимостью снижения мощности выходного усилителя на 3... 6 дБ из-за появления интермодуляционных помех.

Выходные каскады бортовых передатчиков всегда желательно использовать в режиме, близком к насыщению, что позволяет максимально повысить энергетические возможности линии вниз. Для этого в БРТК производится следующая обработка принимаемых сигналов каждой из ЗС, работающих в данной системе связи:

• демодуляция;

• регенерация, позволяющая уменьшить влияние шумов на линии вверх;

• мультиплексирование отдельных цифровых сигналов в общий поток;

• модуляция на центральной частоте ствола передачи.

На линии вниз передается при этом сигнал в формате МДВР и выходные каскады ретранслятора переводятся в односигнальный режим работы.

Структурная схема устройства обработки сигнала, осуществляющего преобразование вида многостанционного доступа МДЧР-МДВР, представлена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Упрощенная схема ВРТР с обработкой сигнала

Применение многолучевых бортовых антенн

Узкие лучи бортовых многолучевых приемных и передающих антенн на поверхности Земли образуют множество зон обслуживания, частоты между которыми распределены по гексагональному принципу и поэтому могут многократно повторяться.

В пределах выделенной полосы частот передатчики ЗС конкретной зоны излучают на ИСЗ сигналы в режиме МДВР. Принимаемые на борту сигналы демодулируются, регенерируются, коммутируются по направлениям требуемых абонентов с группированием сообщений этому же абоненту из других зон обслуживания, модулируются на соответствующих частотах, выделенным этим абонентам, усиливаются и передаются по линиям вниз.

Наличие на борту автоматического коммутатора сигналов по требуемым направлениям связи дает возможность многократного использования выделяемой полосы частот и увеличивает пропускную способность БРТК.

Но в то же время эта бортовая АТС предназначена исключительно для определенного и закрепленного формата радиосигналов, например ФМ4, на весь срок активного существования спутника, составляющего 12... 15 лет, что сдерживает применение в таких спутниковых системах других более прогрессивных видов модуляции.