Содержание к диссертации
Введение
1. Условия совмещения между негеостационарными системами спутниковой связи, функционирующими в общих полосах частот. Постановка задачи исследований 12
1.1. Анализ условий электромагнитной совместимости между негеостационарными системами спутниковой связи, функционирующими в общих полосах частот 12
1.2. Анализ особенностей функционирования НГСС, методов уменьшения помех и факторов, влияющих на ихэлектромагнитную совместимость 21
1.2.1. Особенности функционирования НГСС и анализ методов уменьшения помех 21
1.2.2. Анализ требований по помехоустойчивости радиолиний НГСС 26
1.2.3. Анализ факторов, оказывающих влияние на электромагнитную совместимость между НГСС. Основные ограничения и допущения 29
1.3. Постановка задачи и методическая схема исследований 32
1.3.1. Выбор показателя для оценки помех, создаваемых НГСС 33
1.3.2. Выбор показателя для оценки необходимого частотного ресурса 37
1.3.3. Смысловая и формализованная постановка задачи и методическая схема исследований 38
2. Состав комплексной методики обоснования рациональных параметров НГСС для обеспечения ЭМС с другими НГСС. Модель функционирования НГСС 43
2.1. Определение состава комплексной методики обоснования рациональных параметров НГСС для обеспечения ЭМС с другими НГСС 43
2.2. Модель функционирования НГСС
3. Разработка комплексной методики обоснования рациональных параметров негеостационарных спутниковых систем для обеспечения электромагнитной совместимости с другими негеостационарными сетями 53
3.1. Методика оценки помех, создаваемых между РЭС различных НГСС 53
3.1.1. Расчетные соотношения методики оценки помех от НГСС 60
3.1.1.1. Расчетные соотношения для оценки помех на линии "космос-Земля" 61
3.1.1.2. Расчетные соотношения для оценки помех на линии "Земля-космос" 64
3.1.2. Формирование функции распределения и вычисление показателя помех 66
3.2. Методика определения требований по защите РЭС НГСС от помех, создаваемых другими
НГСС 71
3.2.1. Методика определения относительного увеличения недоступности радиолинии 78
3.2.1.1. Влияние солнечных помех на радиолинию НГСС 91
3.3. Методика оценки необходимого частотного ресурса НГСС 100
3.4. Методика выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС 115
4. Прикладные результаты исследований 130
4.1. Исходные данные, принятые при проведении исследований 130
4.2. Оценка влияния параметров функционирования НГСС на уровни создаваемых ею помех и ее необходимый частотный ресурс
4.2.1. Уклонение от группировки НГСС 133
4.2.2. Ограничения минимального угла места в зоне обслуживания НГСС 139
4.2.3. Алгоритм выбора КА НГСС для обслуживания земной станции .. 143
4.2.4. Снижение мощности излучения станций НГСС 146
4.3. Выбор рациональных параметров функционирования НГСС 148
Заключение 154
Литература
- Особенности функционирования НГСС и анализ методов уменьшения помех
- Определение состава комплексной методики обоснования рациональных параметров НГСС для обеспечения ЭМС с другими НГСС
- Расчетные соотношения для оценки помех на линии "Земля-космос"
- Алгоритм выбора КА НГСС для обслуживания земной станции
Введение к работе
1. Актуальность работы.
Исторически освоение космического пространства для организации и предоставления услуг спутниковой связи началось с создания и эксплуатации спутниковых систем на геостационарной орбите (ГСС), что в первую очередь объяснялось уникальными физическими свойствами этой орбиты - сохранение неподвижного положения космического аппарата относительно поверхности Земли Освоение ГСО произошло стремительно.
Такое положение вынудило мировое сообщество даже прибегнуть к резервированию участков геостационарной орбиты в интересах стран с низким потенциалом экономики и фактически доступ негеостационарных систем спутниковой связи (НГСС) был закрыт в полосах частот, используемых геостационарными сетями
Ситуация изменилась относительно недавно. Примерно с начала 90-х годов развитие современных технологий спутниковой связи стимулировало огромный интерес к созданию систем на базе негеостационарных спутников, и в последнее время особенно для предоставления высокоскоростных услуг фиксированной спутниковой связи (ФСС). Отзываясь на возникшие потребности, соответствующим образом была изменена национальная и международная правовая база, открывая дверь для доступа НГСС в полосы частот, ранее традиционно используемые только ГСС.
Решения Всемирных конференций радиосвязи 1997 и 2000 годов стимулировали развитие перспективных НГСС ФСС. На данный момент имеется информация о более 20 НГСС, заявленных в МСЭ-Р для предоставления услуг фиксированной и подвижной связи в полосах частот, ранее используемых только ГСС. При эюм на первый план вышли вопросы обеспечения ЭМС как между ГСС и НГСС, так и между различными НГСС в общих полосах частот. Эти вопросы стали одними из наиболее интенсивно изучаемых в Исследовательских комиссиях Международного союза электросвязи (МСЭ).
В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, направленные на обеспечение ЭМС радиоэлектронных средств (РЭС) НГСС с другими НГСС и обоснование рациональных параметров функционирования РЭС НГСС, с учетом необходимости достижения максимальной эффективности использования НГСС
Исследованиям данного направления было посвящено большое количество работ, выполненных в НИИ Радио, а также предприятиях промышленности (НПО ПМ, НИИ ТП). В данных работах широко освещены проблемы ЭМС РЭС различного назначения, моделирования НГСС, синтеза параметров РЭС, а также оптимизации спутниковых систем с целью достижения в них максимальной потенциальной пропускной способности. В частности большое внимание данным вопросам было уделено а работах Бородича СВ., Машбица Л.М., Кантора Л.Я., Стрельца В.А., Глушко В И Однако, как показал, проведенный анализ, разработанное методическое обеспечение не может быть применимо для решения в полном объеме задачи обоснования рациональных параметров РЭС НГСС для достижения ЭМС с РЭС других НГСС. В частности, в данных работах не рассматривалась возможность совместного функционирования многоспутниковых НГСС в общих полосах частот, в существующих методиках не учитывается случайный характер возникновении newwi нгтау,.ЕЭ.С НГСС, не учтены
| тс амиммидым.'
дополнительные факторы ослабления полезного сигнала в атмосфере и действие солнечного излучения при определении критериев защиты от помех Кроме того, при имитационном моделировании НГСС, даже при соответствующей доработке, требуемые вычислительные затраты очень высоки
Таким образом, несмотря на глубокую проработку вопросов электромагнитной совместимости РЭС спутниковых систем, вопросы, касающиеся условий обеспечения защиты РЭС негеостационарных сетей от помех, создаваемых РЭС других НГСС, исследованы недостаточно. В связи с этим разработка методического обеспечения, позволяющего проводить обоснование параметров функционирования РЭС НГСС для обеспечения электромагнитной совместимости с РЭС других НГСС является актуальной научной задачей
Целью работы является решение научной задачи разработки комплексной методики для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС с учетом требований по обеспечению ЭМС с РЭС других НГСС и выработки на ее основе практических рекомендаций для конкретных условий совместного функционирования РЭС НГСС.
Объектом исследований в диссертационной работе является ЭМС РЭС НГСС, функционирующих в общих полосах частот
Предмет исследований - параметры функционирования РЭС НГСС
Достижение поставленной цели осуществляется решением следующих исследовательских задач:
анализ особенностей функционирования РЭС НГСС, применяемых методов уменьшения помех и факторов, оказывающих наибольшее влияние на их ЭМС;
разработка моделей и методик в составе комплексной методики обоснования рациональных параметров РЭС НГСС, позволяющих проводить: а) оценку уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС других НГСС, б) оценку необходимого частотного ресурса НГСС; в) обоснование требований по защите РЭС НГСС от помех со стороны РЭС мешающих НГСС; г) выбор рациональных параметров функционирования РЭС НГСС;
проведение прикладных исследований для установления характера влияния различных параметров функционирования РЭС НГСС на величину уровней помех, создаваемых РЭС НГСС, а также для разработки практических рекомендаций по обеспечению ЭМС РЭС НГСС для конкретных условий их совместного функционирования.
Научная новизна работы и полученных в ней результатов определяется следующим'
а) впервые поставлена и решена задача достижения ЭМС между НГСС в системной постановке, когда в исследовательскую схему включены факторы, характеризующие влияние внешних условий на распространение полезного и помехового сигналов, применение в НГСС различных методов уменьшения помех, направленных на снижение создаваемых помех в отношении других НГСС, воздействие помех между НГСС с учетом их случайного характера;
-
разработанная постановка задачи и методическая схема ее решения отличаются от известных тем, что их целевой направленностью является выбор параметров функционирования РЭС НГСС на основе комплексного анализа их влияния на уровни помех, создаваемых РЭС НГСС, и на ее требования к необходимому частотному ресурсу, что позволило проводить обоснование рациональных значений таких параметров для достижения ЭМС с РЭС НГСС при минимальных накладываемых ограничениях на НГСС;
-
созданная комплексная методика отличается от известных тем, что:
при анализе ЭМС НГСС воздействие помех от НГСС, а также функционирование сетей НГСС рассматриваются как случайные процессы, что позволило выделить различных составляющие помех, характеризующиеся вероятностью их возникновения, и определить наиболее эффективные пути их уменьшения,
при выборе рациональных параметров функционирования РЭС НГСС оценка уровней помех от НГСС и определение их допустимых значений осуществляется с учетом особенностей распространения радиосигнала в атмосфере и возникающего при этом его ослабления, а также воздействия солнечного излучения;
d) разработанные практические рекомендации впервые позволили определить ос
новные приоритеты в использовании различных методов уменьшения помех для
обеспечения выполнения НГСС требований по ЭМС между НГСС, сформулировать
предложения по выбору рациональных параметров функционирования РЭС конкрет
ных типов НГСС.
Практическая значимость работы состоит в возможности использования результатов оценок и получаемых на их основе практических рекомендаций государственными радиочастотными органами, организациями промышленности, занимающимися разработкой, созданием и эксплуатацией систем спутниковой связи при:
обосновании направлений развития систем и комплексов спутниковой связи, обеспечивающих повышение их помехозащищенности;
задании требований и формировании технических решений на различных этапах разработки, проектирования и эксплуатации перспективных сетей связи;
экспертизе проектных материалов промышленности;
рассмотрении радиочастотных заявок на новые спутниковые сети и согласовании условий их ЭМС с существующими системами связи.
Достоверность полученных в работе результатов подтверждается многочисленными работами по оценке ЭМС конкретных НГСС со станциями различных радиослужб в том числе и с другими НГСС, отсутствием противоречий между полученными в работе результатами и существующими научными положениями теории ЭМС, совпадением результатов полученных на основе аналитического и имитационного моделирования на ЭВМ, а также совпадением в частных случаях с результатами, полученными другими авторами при проведении исследований близких к теме данной диссертационной работы.
Основными научными и практическими результатами, выносимыми на зашиту, являются:
-
Постановка задачи на проведение исследований по выбору рациональных параметров функционирования РЭС НГСС для обеспечения ЭМС между НГСС в общих полосах частот.
-
Комплексная методика для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС, включая'
методику оценки помех, создаваемых между НГСС;
методику определений требований по защите РЭС НГСС,
методику выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС
3. Рекомендации по применению в НГСС различных методов уменьшения помех
и выбору соответствующих им рациональных параметров функционирования
Структура и объем работы. Работа состоит из четырех разделов, введения, заключения и 2-х приложений, изложена на 193 страницах, иллюстрирована 41 рисунками, содержит 26 таблиц, список литературы включает 79 библиографий
Особенности функционирования НГСС и анализ методов уменьшения помех
Представленные данные наглядно показывают, что более 40 % спектра, доступного ФСС могут использоваться при условии выполнения п. 22.2. Рассмотрим основные проблемные вопросы регламентации использования частот системами НГСО, которые связаны с применением пп. 22.2, 9.11А РР, а также применением концепции «жестких пределов».
Применение п. 22.2 затруднено, во-первых, отсутствием количественного критерия неприемлемой помехи (о чем было уже отмечено выше) и, во-вторых, нет процедуры согласования использования полос частот системами НГСО с другими космическими и наземными радиосредствами. Также существует большая вероятность того, что оператор системы НГСО может получить замечания о причинении помех другим системам после того, как система будет развернута и введена в эксплуатацию.
Практическая реализация концепции жестких пределов, основанной на применении проверочных и эксплуатационных пределов ЭППМ также затруднено рядом факторов. На текущий момент существует довольно большое количество проверочных (проверяемых на этапе заявления системы) и эксплуатационных (проверяемых на этапе эксплуатации) критериев. Один из самых главных недостатков концепции жестких пределов является отсутствие механизмов проверки эксплуатационных пределов, включающих в себя обнаружение помех и идентификацию источников помех, а также дальнейшие действия по исключению помех. Все предложенные на настоящий момент механизмы являются труднореализуемыми и дорогостоящими как для операторов НГСС, так и для затрагиваемых администраций или операторов других систем радиосвязи. При этом следует отметить, что администрациям не приходится рассчитывать на помощь Бюро радиосвязи, так как Бюро не имеет соответствующего программного обеспечения.
Применение п. 9.11 А [40], предусматривающего проведение координации, также создает ряд проблем. Прежде всего, недостаточная методическая база технических и регуляторных процедур проведения координации не позволяет реализовать на практике общепризнанную схему оценки помех и согласование условий совмещения, которая применяется, например, при координации геостационарных систем спутниковой связи. Оператор НГСС разрабатывает собственную методологию оценки помех, часто основанную на имитационном моделировании помех, включающем в себя сложные сценарии воздействия помех и требующем создании довольно точной ситуационной модели. Из-за отсутствия программных средств, реализованных в рамках Бюро радиосвязи МСЭ, администрации или соглашаются с представленными условиями совмещения или используют средства оценки помех, предложенные оператором системы НГСО. Кроме того, список затронутых администраций по п. 9.11А определяется Бюро радиосвязи МСЭ по условию пересечению полос частот между заявляемой сетью НГСО и другими системами, что приводит к избыточному списку администраций, с которыми приходится проводить координацию.
Таким образом, если исключить из рассмотрения применение п. 22.2 и концепции «жестких пределов» относящиеся к сугубо ситуации совмещения спутниковых систем на НГСО с системами на ГСО, то в соответствии с существующими международно-правовыми нормами можно выделить две различных ситуации, возникающих при рассмотрении возможности использовании радиочастотного спектра НГСС, которые влекут за собой необходимость решения различного перечня задач для обеспечения ЭМС с другими НГСС в общих полосах частот (см. Табл. 1.3).
1. Применение процедур координации в соответствии с пп. 9.11 А и 9.21 РР - формирование состава и характеристик НГСС,имеющих приоритет по дате заявления в МСЭ-Р;- проведение координации и разработка требованийпо защите станций конкретных НГСС от помех состороны проектируемой НГСС;- выбор характеристик и параметров функционирования РЭС проектируемой НГСС, обеспечивающихвыполнение требований по ЭМС с определеннымперечнем НГСС.
2. Процесс согласования условий использования частотных присвоений НГСС в случае отсутствия процедур координации - формирование состава и характеристик существующих и перспективных НГСС, частотные присвоения которых могут быть затронуты проектируемой НГСС;- разработка требований по защите станций существующих и перспективных НГСС от помех со стороны проектируемой НГСС;- выбор характеристик и параметров функционирования РЭС НГСС, обеспечивающих выполнениетребований по ЭМС со всеми (существующими иперспективными) НГСС Анализ Табл. 1.3. показывает, что вне зависимости от международного юридического статуса НГСС в используемых ею полосах частот при ее разработке всегда возникает задача обеспечения таких характеристик и параметров функционирования системы, которые позволили бы реализовать требования по ЭМС с другими сетями.
В рассматриваемом случае процесс формирования характеристик каждой НГСС можно условно представить в виде трех основных этапов:
1. Задание базовых характеристик НГСС, включая тип орбиты, орбитальное построение, способ организации связи, используемые классы излучений, характеристики антенных систем, требуемый минимально необходимый частотный ресурс, методы ретрансляции сигналов и т.п., исходя, главным образом, из требований по решению целевых задач и ресурсных ограничений.
2. Исследование возможности и условий удовлетворения НГСС требованиям по ЭМС с РЭС других систем, в том числе НГСС, включая выбор рациональных параметров функционирования РЭС НГСС для достижения этих условий.
3. Формирование окончательных характеристик и параметров функционирования НГСС на основе выполнения 1-го и 2-го этапов.
Очевидно, что исследования, проводимые на 2-ом этапе требуют наличия специального методического обеспечения, включающего соответствующие взаимоувязанные методики и модели, позволяющие проводить разработку требований по защите НГСС от помех, оценки условий совмещения между НГСС в процессе их совместного функционирования, выбор параметров функционирования НГСС, минимально ограничивающих ее возможности для организации связи. Анализ работ в данной области [5, 24, 25, 33, 36, 43, 49] показал, что, несмотря на значительное развитие этого направления прикладной науки, существующее методическое обеспечение, как было отмечено во введении, не позволяет решать данную задачу в полной мере. Сложность ее решения определяется большим количеством факторов, которые должны быть включены в методическую схему исследований, различными механизмами влияния параметров НГСС на требование к необходимому частотному ресурсу и на качество функционирования радиолиний, необходимостью учета динамики и случайного характера исследуемых процессов.
Таким образом, требуется провести комплексный анализ условий и особенностей функционирования рассматриваемых типов систем, определить факторы, оказывающих влияние на ЭМС НГСС, и разработать на этой основе комплексную методику, которая позволила бы определять рациональные условия функционирования систем НГСС при их совместном функционировании в общих полосах частот.
Определение состава комплексной методики обоснования рациональных параметров НГСС для обеспечения ЭМС с другими НГСС
В комплексной методике обоснования рациональных параметров функционирования НГСС модель функционирования НГСС является моделью нулевого нижнего уровня.
Помехи между НГСС носят случайный характер, обусловленный постоянным изменением взаимного положения источников помех и станций, подверженных помехам.
Учитывая особенности функционирования систем спутниковой связи на негеостационарной орбите, задача обеспечения ЭМС между НГСС требует применения особого методического аппарата основанной на комплексном применении методик статистической оценки помех между РЭС НГСС, учитывающей качественные показатели функционирования РЭС НГСС [21].
Наиболее широко в настоящее время для оценки ЭМС между НГСС используются методы имитационного математического моделирования [21, 62] движения космических аппаратов в плоскостях орбит систем НГСС, а также организуемых в НГСС каналов связи. Имитационное моделирование осуществляется в течение определенного времени моделирования, составляющего полный период обращения всех НГСС относительно некоторой точки на поверхности Земли.
На каждом шаге моделирования на основе информации о позиции всех космических аппаратов НГСС и состоянии каналов связи вычисляется уровень суммарной мощности помех, создаваемый между системами НГСС.
Полученные на каждом шаге моделирования значения уровней создаваемых помех могут быть затем использованы для определения статистических показателей суммарной мощности помех, выражаемых, например, через функцию распределения вероятности суммарной мощности помехи.
Достоверность результатов, получаемых с помощью имитационного моделирования определяется двумя факторами:
1. Временем моделирования Т, необходимого для набора достаточного объема статистических данных.
2. Временным шагом моделирования AT, который выбирается исходя из необходимости определения статистики кратковременных помех - помех, возникающих при прохождении КА НГСС через главный луч земной станции полезной сети. Для низкоорбитальных НГСС данный шаг является минимальным и может составлять 1 сек. Метод имитационного моделирования характеризуется простотой реализации.
При моделировании нескольких группировок НГСС с большим количеством космических аппаратов, время моделирования Т может достигать нескольких дней даже с использованием современных вычислительных средств. Имитационное моделирование требует значительных вычислительных и временных затрат для получения достоверных результатов. Эти затраты тем более велики если требуется внесение изменений в параметры модели и характеристики систем НГСС по результатам моделирования, и при каждом таком изменении требуется заново осуществлять полный цикл моделирования.
Учитывая значительные временные затраты, применение метода имитационного моделирования в задачах, где помимо оценки помех между НГСС также требуется определение параметров функционирования НГСС, которые бы обеспечили ЭМС с другими сетями, является нецелесообразным.
С учетом данного обстоятельства в качестве модели функционирования НГСС была выбрана аналитическая модель функционирования НГСС [48, 67]. В отличие от имитационных моделей, где процесс описывается в зависимости от времени, данная модель описывает процесс функционирования НГСС в зависимости от положения эталонного КА. Идея такого моделирования и общий методический подход для его применения рассмотрен в [48, 67]. Входными параметрами модели являются: 1. Размещение эталонного КА НГСС, определяемое как: - для неповторяющихся орбит - 2?(г) є [-я; тс], L(r) є [-6; 8], где 5 - наклонение орбиты; - для повторяющихся орбит - Іг) є {Щ, Л/г) є [-тс; тс]. 2. Параметры и технические характеристики НГСС, Х сХ. 3. Параметры функционирования РЭС, характеризующие применяемые в НГСС методы уменьшения помех, XfflX. Перечень указанных параметров представлен выше. Выходными параметрами аналитической модели являются: 1. Вектор состояния (конфигурации) НГСС на &-ом шаге моделирования Jk. 2. Вероятность нахождения НГСС в данном состоянии, Р(Л). Под состоянием на к-ом шаге моделирования понимается набор параметров НГСС, включающих: a) координаты каждого из N спутников НГСС, 0 ns) = (х, у, z) , b) для каждого и-го спутника НГСС: - координаты точки прицеливания каждого т-го луча на поверхности Земли в геоцентрической системе координат, в =(x,y,z/} , - мощность излучения, WJ J; c) для каждой г-ой земной станции НГСС: - координаты точки прицеливания луча земной станции в пространстве, - мощность излучения, W . Подход, изложенный в [48, 67] применялся для оценки помех от НГСС на спутниковую систему на геостационарный орбите и описывает только случайный процесс функционирования мешающей группировки НГСС. Следовательно, он применим в случае, когда помехи оцениваются на приемные станции и параметры данных приемных станций, такие как угол места и азимут являются постоянными и не изменяются во времени. Таким станциями собственно являются космический аппарат на геостационарной орбите и земные станции фиксированной спутниковой службы.
Вывод основных расчетных выражений аналитической модели функционирования НГСС приведен в Приложении 1.
Аналитическая модель функционирования НГСС впервые была использована в рамках данной работы при разработке метода оценки ЭМС различных НГСС. Описание метода приведено в разделе 3.1. Для того, чтобы оценить адекватность получаемых с помощью аналитической модели функционирования НГСС и разработанного метода оценки ЭМС НГСС результатов и временные затраты на вычисление суммарных уровней помех между НГСС с использованием двух различных методов - метода оценки ЭМС основанного на имитационном моделировании и разработанного метода оценки ЭМС, основанного на аналитической модели был проведен сравнительный расчет ЭМС двух НГСС. По характеристикам представленным в [63] были выбраны две системы НГСС, имеющие схожие орбитальные характеристики с 10 космическими аппаратам в каждой группировке НГСС. В методе имитационного моделирования основными показателями, определяющими точность и достоверность получаемых результатов, являются время моделирования Ти временной шаг моделирования AT.
Расчетные соотношения для оценки помех на линии "Земля-космос"
Для определения возможности выполнения двух критериев защиты приведенных на рис. 3.2.1 достаточно получить функцию распределения уровня помехи по методике изложенной в 3.1. Когда как для определения относительного увеличения недоступности радиолинии НГСС требуется учесть дополнительные недетерминированные внешние факторы: - помехи, создаваемые Солнцем; - ослабление сигнала в осадках. Методика определения относительного увеличения недоступности радиолинии НГСС изложена ниже.
В методике определения относительного увеличения недоступности радиолинии НГСС впервые при анализе электромагнитной совместимости НГСС были учтены: комплексное влияние дождевых осадков и солнечного излучения; аналитическая модель функционирования НГСС при определении влияния помехового солнечного излучения.
Адекватность результатов, получаемых с помощью разработанной методики определения относительного увеличения недоступности радиолинии НГСС, подтверждается использованием в рамках данной методики модели ослабления сигнала в осадках и модели воздействия помехового солнечного излучения разработанных в рамках МСЭ-Р и положенных в основу ряда Рекомендаций МСЭ-Р применяемых в спутниковой связи и спутниковом радиовещании. В тоже время, разработанная методика впервые позволила оценить факторы ослабления сигнала в дожде и помехового солнечного излучения в комплексе для определения критериев защиты РЭС НГСС. Данные факторы оказывают наибольшее влияние на качество функционирования радиолиний НГСС в отсутствии помех от искусственных источников.
Как было показано ранее, качество работы радиолиний НГСС зависит от параметров, которые условно можно разделить на внутренние и внешние. Одновременно данные параметры можно классифицировать по признаку их прогнозируемости и возможности адекватной компенсации негативного влияния на детерминированные и недетерминированные. К недетерминированным (случайным) параметрам относятся параметры, характеризующие влияние помех, создаваемых мешающей НГСС, а также изменение условий распространения сигнала из-за ослаблений сигнала вызванных дождем, воздействием солнечного излучения.
Для исследований было принято допущение, что ослабления сигнала происходят в основном в дожде (это справедливое утверждение в особенности для "влажных" климатических зон), а также за счет мешающего солнечного излучения, при этом помехи от НГСС, ослабление сигнала в дожде, а также снижение отношение сигнал/шум на входе приемной земной станции за счет мешающего солнечного излучения являются независимыми случайными процессами. Таким образом, определив детерминированные параметры как неизменные на рассматриваемом интервале времени, качество функционирования радиолинии НГСС также можно рассматривать как случайную величину, плотность распределения которой является сверткой плотности распределения случайной величины ослаблений и случайной величины уровня помех.
Математически вышесказанное можно сформулировать следующим образом. Пусть z - уменьшение отношения сигнал/шум (С / N) в радиолинии НГСС, вызванное влиянием недетерминированных внешних факторов: дождь, Солнце и помехи от других НГСС. Тогда можно записать: z = xr+x,+y (3.2.25) Где: дс,. - уменьшение C/N в радиолинии из-за ослабления в осадках, дБ; JCS - уменьшение C/N в радиолинии из-за помех от Солнца, дБ; у - уменьшение C/NB радиолинии из-за помех от НГСС, дБ. ( I \ (3.2.26) 101о 1 + -] Где: I - мощность помех, создаваемая мешающими НГСС; Nt - общие шумы приемной системы НГСО, включая помехи в результате воздействия внутренних (интермодуляция, кросс-поляризация и т.д.) и внешних (помехи от ГСС и т.д.) детерминированных факторов.
Плотность распределения случайной величины z определяется сверткой плотностей независимых случайных величин хг, х. и у: Таким образом, задача состоит в определении функций плотности распределений случайных величин ,., xs,у, ъ.
Функция распределения снижения отношения сигнал/шум у определяется на основе функции распределения уровня помехи по методике изложенной в разделе 3.1.
На основе изложенного выше подхода и с учетом критерия (3.2.8) была реализована методика, используемая для расчета относительного увеличения недоступности радиолинии НГСС. Данная задача решается следующим образом. Шаг 1. С использованием модели функционирования НГСС У изложенной в разделе 3.1, на каждом шаге моделирования к вычисляются координаты КА НГСС 9{ю) взаимодействующего с рассматриваемой ЗС НГСС, а также соответствующая вероятность состояния группировки НГСС У на Л-ом шаге моделирования P(jk). Шаг 2. На текущем шаге моделирования к для найденных координат КА НГСС 0(ві)и заданных координат приемной ЗС НГСС в(пе) определяется отношение сигнал/шум в радиолинии НГСС У при условии отсутствия облачности с использованием выражений (3.2.6-3.2.13):
Алгоритм выбора КА НГСС для обслуживания земной станции
При оценке необходимого частотного ресурса был использован канал передачи данных со скоростью 122.88 Мбит/с с вероятностью ошибки на бит информации 10"5. Предполагается, что в ходе функционирования НГСС реализует свою максимальную пропускную способность. Принято допущение, что с целью обеспечения требований по защите станций других НГСС от вредных помех в НГСС могут изменяться ее параметры: угол уклонения от НГСС (выражаемый через угловой сектор зоны отчуждения видимой с приемной ЗС); минимальный угол места работы земных станций НГСС в зоне обслуживания; мощность излучений станций НГСС; алгоритм выбора КА НГСС для обслуживания земной станции. Изменение того или иного параметра функционирования НГСС с целью уменьшения уровней помех, создаваемых НГСС в отношении станций другой НГСС, будем называть методом уменьшения помех.
Оценка уровней помех, создаваемых НГСС, проводилась в отношении земных станций НГСС ССИЗ "USASAT-30A". Система "USASAT-30A" использует диапазон частот 8025-8400 МГц также для передачи данных измерений.
Земные станции сети располагаются на широте от 45 до 60 в радиоклиматических зонах А и Р. Высота установки станций над уровнем 100 м. Для рассмотрения худшего случая принято допущение, что поляризация приемных станций НГСС "USASAT-30A" совпадает с поляризацией передающих станций НГСС "МОНИТОР". Учитывая, что диапазон частот 8025-8400 используется системами для передачи данных на фиксированные земные станции было сделано предположение, что требования по защите радиолиний НГСС будут такими, как и для НГСО ФСС.
Полный перечень характеристик рассматриваемых радиолиний НГСС "USASAT-30A" представлен в Приложении 2.
Представленная система исходных данных и принятые условия позволяют достаточно полно раскрыть основное содержание и возможности разработанного комплекса методик без потери качества решаемых с его помощью задач.
Целью проведенных исследований являлось: а) установление характера влияния различных параметров функционирования РЭС НГСС и соответствующих им методов уменьшения помех на величину уровней помех создаваемых космическими станциями НГСС земным станциям другой НГСС (в линии "космос-Земля") при их совместном функционировании в общих полосах частот, а также на необходимый частотный ресурс НГСС при изменении ее параметров; разработка практических рекомендаций по использованию в системах НГСС различных методов уменьшения помех и соответствующим им параметрам функционирования РЭС НГСС при различных вариантах условий совместного функционирования НГСС.
Исходя из данной цели, в ходе исследований были проведены оценки влияния различных параметров функционирования РЭС НГСС, в число которых были включены: - уклонение от группировки НГСС подверженной помехам; - минимальный угол места работы земных станций НГСС в зоне обслуживания; - алгоритм выбора КА НГСС для обслуживания земной станции; - мощность излучений станций НГСС. Для каждого из рассмотренных параметров схема исследований состояла из двух частей (см. Рис.4.1).
В ходе первой части исследований с помощью разработанной методики были получены функции распределения уровней помех, создаваемых НГСС в отношении другой НГСС, исследован характер изменения различных составляющих указанных помех, разработаны рекомендации относительно эффективности применения различных методов уменьшения помех для обеспечения требований по защите земных станций НГСС. При этом для анализа результатов вычислений отдельно были рассмотрены составляющие помех, имеющие различный физический смысл (см. раздел 2.2): - максимальные помехи, вероятность превышения уровня которых близка к О, Р(1 1т) = 0. - долговременные помехи, вероятность превышения уровней которых достаточно высока. В соответствии с Рекомендациями МСЭ-Р [60] уровни долговременных помех определены как 6% от общих шумов приемника, которые могут превышаться не более 10% времени функционирования НГСС, Р(/ 10 lg(0.06 Nt)) 0.1. - влияние помех на увеличение недоступности в системе НГСС. В соответствии с Рекомендациями МСЭ-Р [ 60] действие помех не должно приводить к относительному увеличению недоступности радиолиний более чем на 10%, Р(110-1ё((у -1).лО) 0Л.(1-Р(я д )).
Во второй части исследований также с использованием разработанной методики были получены зависимости необходимого частотного ресурса НГСС от величины значений исследуемых параметров ее функционирования, разработаны рекомендации, касающиеся влияния различных методов уменьшения на необходимый частотный ресурс НГСС.
Уклонение от другой группировки НГСС применяется в НГСС в целях избежания помех, создаваемых передающей станции НГСС, когда излучения передающей станции мешающей НГСС попадают в главный луч приемной станции другой (полезной) НГСС. Поскольку на практике информация о положении другой группировки НГСС в любой момент времени не известна, для уклонения от группировки «USASAT-30A» в качестве зоны отчуждения выбирается зона расположения ЗС НГСС «USASAT-30A», таким образом, чтобы ЗС НГСС «МОНИТОР» не были направлены на ЗС НГСС «USASAT-30A». При этом ограничивается азимут приемных станций ЗС НГСС «МОНИТОР». Следует отметить, что подобная реализация метода уклонения от группировки НГСС, является частным случаем. Использование в качестве зоны отчуждения географической области расположения ЗС полезной НГСС является оправданным, в ситуациях когда количество подобных земных станций является небольшим. В случае с группировкой «USASAT-30A» географическая плотность размещения ЗС НГСС является очень низкой, а общее количество ЗС НГСС эксплуатируемых в настоящее время не превышает 5. На Рис.4.2. представлены результаты расчета обратных функций распределения помех, создаваемых космическими станциями НГСС «МОНИТОР» в отношении рассматриваемой земной станции НГСС «USASAT-30A». F (/) = l-F(7) (4.1) Требуется пояснить, что в данном случае и далее для графического представления результатов расчетов помех удобно использовать именно обратные функции распределения. Это объясняется необходимостью более контрастно отразить изменения уровней помех, соответствующих малым вероятностям - так называемых "кратковременных помех".
Похожие диссертации на Разработка комплексного метода обеспечения электромагнитной совместимости между негеостационарными системами спутниковой связи
