Система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением

Изобретение относится к системам спутниковой связи с гибридным орбитальным построением. Технический результат состоит в использовании минимально необходимого количества спутников в системе, обеспечивающей глобальную радиосвязь, включая высокоширотные арктические и антарктические регионы Земли, при минимизации стоимости создания и последующих операционных затрат при эксплуатации системы спутниковой связи. Для этого система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением содержит спутники связи, разделенные на две группы спутников, спутники связи L1-L8 одной группы являются низкоорбитальными с высотой круговой орбиты менее 1600 км с наклонением 85°-95°, а спутники связи G1-G3 другой группы расположены на геостационарной орбите. Спутники связи L1-L8 на низкой околоземной орбите расположены равномерно по аргументу широты в единственной квазиполярной плоскости, и соединены межспутниковыми линиями связи со спутниками связи G1-G3 на геостационарной орбите, которые соединены с наземными станциями сопряжения и управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к глобальной спутниковой связи, а именно, к системам и способам спутниковой связи с гибридным орбитальным построением, включающей необходимое количество космических аппаратов на околоземной орбите, способных осуществлять как межспутниковую связь, так и связь с наземными станциями сопряжения и управления.

Из уровня техники известно, что существующие на сегодняшний день системы спутниковой связи используют различные орбитальные топологии, включающие как космические аппараты на геостационарной орбите, так и на низких околоземных орбитах.

Выбор схемы орбитального построения спутниковых систем связи определяется требованием выхода на целевые показатели при минимальных затратах.

При этом от выбранных орбит и их характеристик существенно зависят возможности системы связи:

- наиболее используемая в настоящее время для связи геостационарная орбита (далее - ГСО) при многих положительных качествах имеет существенные недостатки. В частности, из-за ограничений по радиовидимости не обеспечивает связь для высокоширотных арктических и антарктических районов Земли (выше 76,5° с.ш. и ю.ш.);

- система спутниковой связи на низких круговых орбитах (далее - НКО), вместе с необходимостью значительного количества спутников для организации связи для обеспечения глобального покрытия имеет ряд преимуществ: предоставление услуг в полярных областях, малый вес бортовой аппаратуры и низкая стоимость пусковых услуг существенно сокращают удельную стоимость системы.

Известны реализованные в мире системы спутниковой связи: геостационарные «Инмарсат» и «Турайя», и низкоорбитальные «Иридиум» и «Глобалстар».

Система «Инмарсат» использует малое количество геостационарных спутников, но не предлагает носимых терминалов (носимый терминал - терминал, не требующий ориентации на спутник) и не обеспечивает связь в полярных областях.

Система «Труайя» использует всего два геостационарных спутника, но предлагает только региональное покрытие, и тоже без полярных областей.

Система «Глобалстар» при большом количестве низкоорбитальных спутников обеспечивает подвижную связь только в зоне земного шара между 70° северной и 70° южной широты, но из-за отсутствия межспутниковых линий связи, требует огромного количества (150-210 единиц) наземных станций сопряжения.

Только низкоорбитальная система спутниковой связи «Иридиум» обеспечивает глобальное покрытие. При этом в высокоширотных районах земного шара с малой плотностью населения находится чрезмерное количество космических аппаратов, что приводит к существенному удорожанию системы.

Попытка решить проблему избыточного количества спутников системы «Иридиум» в полярных областях сделана в «Низкоорбитальной системе спутниковой связи», представленной в описании изобретения к патенту РФ №2496233, МПК Н04В 7/185, дата публикации 20.10.2013, [1]. В описании изобретения [1] представлена система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением, содержащая необходимое количество искусственных спутников Земли на околоземной орбите, оснащенных средствами межспутниковой связи и связи с наземными станциями сопряжения и управления, при этом искусственные спутники Земли разделены на две группы спутников связи, одна из которых является низкоорбитальной и расположена на высоте менее 2000 км. Особенностью изобретения [1] является наличие другой группы спутников связи также низкоорбитальной, расположенной на высоте до 2000 км. Это обуславливает слишком большое количество спутников связи для формирования глобального покрытия и чрезмерную сложность спутниковой системы связи, что является недостатком представленной в описании [1] спутниковой системы связи с гибридным построением.

В описании изобретения «Многофункциональная космическая коммуникационная система», патент РФ №2302695, МПК Н04В 7/185, дата публикации 10.07.2007, [2], представлена система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением, содержащая необходимое количество искусственных спутников Земли на околоземной орбите, оснащенных средствами межспутниковой связи и связи с наземными станциями сопряжения и управления, при этом искусственные спутники Земли содержат две группы спутников связи, одна из которых является низкоорбитальной, а другая - на геостационарной орбите. Недостатком данной системы связи [2] является как чрезмерно сложное орбитальное построение, содержащее три группы спутников связи на разных по высоте орбитах, так и большое количество космических аппаратов необходимых для формирования глобального покрытия относительно заявляемой системы.

Представленная в описании изобретения [1] система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением принята в качестве наиболее близкого аналога.

Решаемой изобретением технической задачей является реализация глобальной сети персональной спутниковой связи, обеспечивающей предоставление услуг телефонной связи и передачи данных на носимых терминалах в любой точке земного шара в любое время.

Технический результат состоит в использовании минимально необходимого количества спутников в системе, обеспечивающей глобальную систему связи, включая высокоширотные арктические и антарктические районы Земли, при минимизации стоимости создания и последующих операционных затрат при эксплуатации системы спутниковой связи.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением, как и в наиболее близком аналоге [1], содержит необходимое количество искусственных спутников Земли на околоземной орбите, оснащенных средствами межспутниковой связи и связи с наземными станциями сопряжения и управления, при этом искусственные спутники Земли разделены на две группы спутников связи, одна из которых является низкоорбитальной, но в отличие от наиболее близкого аналога [1], низкоорбитальная группа спутников связи расположена в одной плоскости на квазиполярной околоземной орбите высотой менее 1600 км с наклонением 85°-95°, при этом спутники связи расположены равномерно по аргументу широты, и соединены межспутниковыми линиями связи со спутниками связи другой группы, расположенными на геостационарной орбите.

Система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением характеризуется тем, что наземные станции сопряжения и управления соединены только с геостационарными спутниками связи.

Система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением характеризуется тем, что она содержит одну низкоорбитальную спутниковую плоскость, соединенную одной межспутниковой линией связи с одним геостационарным спутником связи, сопряженным с одной наземной станцией.

Представленная совокупность признаков является существенной для решения поставленной технической задачи и достижения заявленного технического результата.

Наличие в системе спутниковой связи с гибридным орбитальным построением необходимого количества искусственных спутников Земли, оснащенных средствами межспутниковой связи и связи с наземными станциями сопряжения и управления, создает условия для решения поставленной технической задачи, а именно, реализации глобальной сети персональной спутниковой связи, обеспечивающей предоставление услуг телефонной связи и передачи данных на носимых терминалах в любой точке земного шара в любое время. При этом формирование искусственных спутников Земли в две группы спутников связи, с расположением одной группы спутников связи на геостационарной орбите, а другой группы спутников связи на низкоорбитальной квазиполярной околоземной орбите высотой менее 1600 км в одной плоскости с наклонением 85°-95, с равномерным расположением спутников связи по аргументу широты, и их соединение с геостационарными спутниками межспутниковыми линиями связи, позволяет достигнуть технический результат, заключающийся в использовании минимально необходимого количества спутников в системе, обеспечивающей глобальную систему связи, включая высокоширотные арктические и антарктические районы Земли, при минимизации стоимости создания и последующих операционных затрат при эксплуатации системы спутниковой связи.

Соединение наземных станций сопряжения и управления только с геостационарной группой спутников связи способствует минимизации стоимости создания и последующих операционных затрат при эксплуатации системы спутниковой связи, поскольку низкоорбитальная группа спутников связи не нуждается в сопряжении с наземным сегментом ни для целей управления, ни в целях оказания услуг.

Выполнение системы спутниковой связи с гибридным орбитальным построением, содержащей одну низкоорбитальная спутниковая плоскость, соединенную одной межспутниковой линией связи с одним геостационарным спутником связи, сопряженным с одной наземной станцией, обеспечивает минимизацию необходимого количества спутников для создания глобальной системы связи, включающей высокоширотные арктические и антарктические районы Земли, что минимизирует стоимость создания и последующих операционных затрат при эксплуатации системы спутниковой связи.

Описание изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 показана зона радиопокрытия земной поверхности группой спутников связи на низкой круговой орбите (далее - НКО) с наклонением орбиты 87°.

На фиг. 2 показана зона радиопокрытия земной поверхности группой спутников связи на геостационарной орбите (далее - ГСО).

На фиг. 3 показано результирующее глобальное радиопокрытие земной поверхности системой спутниковой связи с гибридным орбитальным построением.

В таблице приведены характеристики известных в мире систем спутниковой связи: «Инмарсат», «Турайя», «Иридиум» и «Глобалстар» в сравнении с заявляемой системой спутниковой связи с гибридным орбитальным построением.

Система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением устроена следующим образом.

Для построения заявляемой системы спутниковой связи использованы как легкие спутники связи L1-L8, функционирующие на низких околоземных орбитах, так и тяжелые геостационарные спутники связи G1-G3, каждый из которых функционирует на геостационарной орбите и оснащен бортовыми ретрансляторами и системой межспутниковой связи НКО/ГСО, а также сеть наземных станций связи и управления искусственными спутниками Земли, сопряженные только со спутниками связи на геостационарной орбите. Контуры зон радиопокрытия низкоорбитальной спутниковой группировки L1-L8 спутников связи НКО с наклонением орбиты 87°, соответствующие углам места 10°, 15°, 30°, 45°, 60° и 90° (подспутниковая точка) для носимого терминала на уровне моря, представлены на фиг. 1. Контуры зон радиопокрытия, соответствующие углам места 5°, 10°, 30°, 60° и 90° (подспутниковая точка) спутников связи G1-G3 ГСО для носимого терминала на уровне моря, представлены на фиг. 2. При этом для формирования группы спутников связи L1-L8 на низкоорбитальной орбите с гибридным орбитальным построением можно использовать проверенную низкоорбитальную платформу ELiTeBus-1000, а для группы спутников связи G1-G3 на геостационарной орбите -модернизированную геостационарную платформу BSS-702-GEM с многолучевой антенной большого диаметра.

По сравнению с существующими глобальными спутниковыми системами связи, заявленная система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением обеспечивает:

- по сравнению с системой «Иридиум», при том же качестве покрытия, позволяет использовать существенно меньшее количество спутников связи;

- по сравнению с системой «Глобалстар», также при существенно меньшем количестве спутников связи, обеспечивает непрерывную связь по всему земному шару, в том числе в околополярных зонах с широтами более 70° северной широты и южной широты;

- по сравнению с системой «Инмарсат» не только обеспечивает связь на носимые терминалы, но и обеспечивает предоставление услуг в полярных областях;

- по сравнению с системой «Турайя» обеспечивает глобальное покрытие.

Таким образом, общими признаками заявляемого изобретения и существующими системами спутниковой связи является то, что все системы используют искусственные спутники Земли, и сеть наземных станций связи и управления группировками спутников, а система «Иридиум» использует и межспутниковую связь, но только в пределах низкоорбитальной группировки. Существенными отличительными признаками заявляемого изобретения от существующих систем спутниковых связи и запатентованных систем является то, что предлагаемая система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением обеспечивает предоставление услуг телефонной связи и передачи данных в любое время в полярных областях Земного шара (Арктика и Антарктика выше 75 градуса северной и южной широты) посредством всего одной низкоорбитальной спутниковой плоскости соединенной одной межспутниковой линией связи с одним единственным геостационарным спутником связи сопряженным с единственной наземной станцией. При этом даже в такой комбинации система будет обеспечивать не только высокоширотную связь, но и обеспечивать региональную связь на трети Земного шара через геостационарный спутник, например, на территориях Евразийского континента. Добавление же еще двух геостационарных аппаратов превратит систему в полностью глобальную.

Кроме того, в зависимости от потребности в связи в различных районах Земли, систему спутниковой связи с гибридным орбитальным построением можно создавать поэтапно согласно изобретению, когда подавляющая пропускная способность системы конструктивно обслуживает зоны с подавляющим количеством населения: сначала развернуть спутники связи на геостационарной орбите для охвата подавляющего процента народонаселения Земли (фиг. 2), а потом подключить к ней низкоорбитальную плоскость для охвата полярных областей (фиг. 1) и завершения формирования глобального радиопокрытия (фиг. 3), или же наоборот и в других комбинациях.

В варианте выполнения для обеспечения связи в полярных областях Земного шара (Арктика и Антарктика выше 75 градуса северной и южной широты) достаточно всего одной низкоорбитальной спутниковой плоскости, соединенной одной межспутниковой линией связи с одним единственным геостационарным спутником связи, сопряженным с единственной наземной станцией.

Заявляемая система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением имеет предельно простую структуру орбит спутников связи с проверенными решениями и устойчивыми параметрами, что обеспечивает простоту их реализации и эксплуатации, и позволяет решить поставленную техническую задачу по реализации глобальной сети персональной спутниковой связи, обеспечивающей предоставление услуг телефонной связи и передачи данных на носимые терминалы в любой точке земного шара в любое время, включая связь для высокоширотных арктических и антарктических районов Земли, с достижением технического результата, заключающегося в использовании минимально необходимого количества спутников в системе, что приведет к минимизации стоимости создания и последующих операционных затрат при эксплуатации системы спутниковой связи.

Степень раскрытия в описании сущности изобретения позволяет использовать его в специализированных предприятиях и организациях для разработки и реализации системы спутниковой системы связи с гибридным орбитальным построением. Изобретение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

1. Система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением, содержащая необходимое количество искусственных спутников Земли на околоземной орбите, оснащенных средствами межспутниковой связи и связи с наземными станциями сопряжения и управления, при этом искусственные спутники Земли разделены на две группы спутников связи, одна из которых является низкоорбитальной, отличающаяся тем, что низкоорбитальная группа спутников связи расположена в одной плоскости на квазиполярной околоземной орбите высотой менее 1600 км с наклонением 85°-95°, при этом спутники связи расположены равномерно по аргументу широты, и соединены межспутниковыми линиями связи со спутниками связи другой группы, расположенными на геостационарной орбите.

2. Система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением по п. 1, отличающаяся тем, что наземные станции сопряжения и управления соединены только с геостационарной группой спутников связи.

3. Система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит одну низкоорбитальную спутниковую плоскость, соединенную одной межспутниковой линией связи с одним геостационарным спутником связи, сопряженным с одной наземной станцией.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу передачи данных между терминалом и шлюзом. Технический результат заключается в уменьшении дополнительных издержек, вызванных заголовками при передаче кадров Ethernet между терминалом и шлюзом.

Изобретение относится к способу передачи данных между терминалом и шлюзом. Технический результат заключается в уменьшении дополнительных издержек, вызванных заголовками при передаче кадров Ethernet между терминалом и шлюзом.

Изобретение относится к системе передачи и приемнику сигнала стандарта спутникового формата цифрового телевидения (DVB-S2). Технический результат заключается в обеспечении разделения высокоскоростного цифрового потока типа транспортного потока MPEG (MPEG-TS) на несколько потоков для передачи через спутник по множеству частотных каналов.

Изобретение относится к системе передачи и приемнику сигнала стандарта спутникового формата цифрового телевидения (DVB-S2). Технический результат заключается в обеспечении разделения высокоскоростного цифрового потока типа транспортного потока MPEG (MPEG-TS) на несколько потоков для передачи через спутник по множеству частотных каналов.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области радионавигации, и может быть использовано при построении приемников Глобальных Навигационных Спутниковых Систем (ГНСС)., Достигаемый технический результат – повышение чувствительности, точности и помехозащищенности мультисистемного приемника ГНСС.

Изобретение относится к области спутникового радиоконтроля и может быть использовано при поиске и локализации земных станций спутниковой связи (ЗССС), являющихся источниками побочных излучений (ИПИ) в стволах с прямой ретрансляцией спутников-ретрансляторов (СР) на геостационарной орбите.

Изобретение относится к спутниковым системам (СС) связи и наблюдения, использующим легкие спутники, которые функционируют на низких и средних околоземных орбитах и обеспечивают непрерывное региональное покрытие поверхности Земли.

Изобретение относится к системе для переключения электронных связей между первой сетью и второй сетью, где первая сеть содержит одну из сотовой сети мобильной связи или спутниковой сети связи, а вторая сеть содержит другую из указанных сетей связи.

Изобретение относится к радиотехнике и связи и предназначено для определения координат неизвестного источника сигналов на земной поверхности в системах спутниковой связи, работающих через спутники на геостационарной орбите с прямой ретрансляцией сигналов.

Изобретение относится к способу и системе для осуществления связи полезной нагрузки спутника. Технический результат заключается в уменьшении количества транзитных участков спутниковой связи, необходимых для доставки данных.

Изобретение относится к области космической связи и может быть использовано для построения эффективной глобальной многофункциональной инфокоммуникационной спутниковой системы. Технический результат состоит в обеспечении глобальности спутниковой связи и передачи данных с использованием космических аппаратов, размещенных на средних круговых орбитах при меньшем количестве космических аппаратов. Для этого система, в составе космического сегмента, содержит орбитальную группировку космических аппаратов на круговых орбитах в нескольких орбитальных плоскостях. Общая полоса частот, предназначенная для абонентских радиолиний, равномерно распределена между орбитальными плоскостями. Земной сегмент содержит станции контроля орбитальной группировки и сопряжения с наземными сетями электросвязи общего пользования. Система содержит множество абонентских терминалов. Орбитальная группировка содержит в своем составе, по меньшей мере, 4 космических аппарата на круговых орбитах высотой от 4000 до 15000 км, в каждой из, по меньшей мере, трех орбитальных плоскостей с наклонением от 45° до 55°. Орбитальные плоскости равномерно разнесены по дуге экватора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к космической технике, конкретно к области создания и функционирования систем персональной спутниковой связи с применением низкоорбитальных спутников-ретрансляторов. Технический результат состоит в снижении количества жестких эстафетных передач и уменьшении количества возникающих вследствие этого перерывов радиосвязи, ведущих к кратковременным сбоям и потерям информации. Для этого в способе трафик на абонентский терминал осуществляют через спутник-ретранслятор в течение времени, когда соотношения мощности сигнала к мощности шума превышает пороговое значение. Переносят трафик на другой спутник-ретранслятор, когда соотношение мощности сигнала к мощности шума становится ниже порогового значения, а соотношение мощности сигнала к мощности шума от другого спутника-ретранслятора превышает пороговое значение. При наличии двух и более спутников-ретрансляторов в зоне радиовидимости абонентского терминала, определяют соотношения мощности сигнала к мощности шума каждого спутника-ретранслятора. Затем сравнивают полученные значения с пороговым уровнем соотношения мощности сигнала к мощности шума, необходимым для регистрации абонентским терминалом спутника-ретранслятора. Выделяют спутники-ретрансляторы, у которых соотношение мощности сигнала к мощности шума превышает пороговый уровень, затем измеряют значения допплеровских сдвигов частоты пилот-сигналов выделенных спутников-ретрансляторов и отправляют запрос на регистрацию абонентским терминалом спутника-ретранслятора, у которого допплеровский сдвиг частоты пилот-сигнала является наибольшим из всех выделенных спутников-ретрансляторов. 2 ил.

Изобретение относится к системам спутниковой связи, имеющим космический и наземный сегменты и, в частности, к гибридной наземно-космической системе связи с использованием низкоорбитальных группировок космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (ОГ КАДЗЗ). Технический результат состоит в повышении технологичности управления и оперативности связи при отсутствии межспутниковых каналов связи и частичном отсутствии наземных каналов связи. Для этого космический сегмент состоит из орбитальной группировки из трех спутников-ретрансляторов (ОГ CP), разнесенных относительно друг друга по геостационарной орбите для покрытия всей территории и акватории России с прилегающими регионами в широтах от 75 градусов южной широты до 75 градусов северной широты и орбитальной группировки космических аппаратов дистанционного зондирования Земли и метеонаблюдения, а также вновь введенных ОГ низкоорбитальных КА связи на круговых орбитах с высотой 1500 км, наклонением 82,5 градуса. 2 ил.

Изобретение относится к средствам спутниковой связи и может быть использовано для организации радиолиний спутниковой связи при работе через стволы ретрансляторов космических аппаратов (КА), находящихся на геостационарной орбите, в диапазоне 4/6 ГГц. Технический результат заключается в создании переносной станции спутниковой связи, работающей в сетях многостанционного доступа с кодовым и частотно-кодовым разделением каналов, обеспечивающей расширение функциональных возможностей по организации сети радиосвязи. Для этого в переносную станцию спутниковой связи дополнительно введены полосовой фильтр приема, полосовой фильтр передачи, сверхвысокочастотный (СВЧ) блок, блок обработки широкополосных сигналов (ШПС), внешний блок интерфейсов, пульт управления станцией, шлемофонная гарнитура, линия связи для приема/передачи сигналов по стыку С1-ФЛ-БИ, линия Еthernet, линия связи для приема/передачи сигналов по стыку RS-232 и соединительная линия (СЛ) от станции АТС, при этом для уменьшения массогабаритных показателей станции и улучшения ее эксплуатационно-технических характеристик антенно-фидерное устройство, полосовые фильтры приема и передачи, малошумящий усилитель и усилитель мощности функционально и конструктивно объединены в антенный модуль, а в аппаратный модуль функционально и конструктивно объединены блок СВЧ, блок усилителей-преобразователей приема и передачи, блок модулятора-демодулятора, каналообразующая аппаратура и блок обработки широкополосных сигналов. 1 ил.

Изобретение относится к системам спутниковой связи с гибридным орбитальным построением. Технический результат состоит в использовании минимально необходимого количества спутников в системе, обеспечивающей глобальную радиосвязь, включая высокоширотные арктические и антарктические регионы Земли, при минимизации стоимости создания и последующих операционных затрат при эксплуатации системы спутниковой связи. Для этого система спутниковой связи с гибридным орбитальным построением содержит спутники связи, разделенные на две группы спутников, спутники связи L1-L8 одной группы являются низкоорбитальными с высотой круговой орбиты менее 1600 км с наклонением 85°-95°, а спутники связи G1-G3 другой группы расположены на геостационарной орбите. Спутники связи L1-L8 на низкой околоземной орбите расположены равномерно по аргументу широты в единственной квазиполярной плоскости, и соединены межспутниковыми линиями связи со спутниками связи G1-G3 на геостационарной орбите, которые соединены с наземными станциями сопряжения и управления. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Наверх