Энергетический расчет ссс

Исходя из того, что спутниковая система предназначена для обслуживания южной части России, угол наклонения спутниковой орбиты относительно экваториальной плоскости примем 65⁰.

Расстояние до космической станции изменяться во время прохождения через зону радиовидимости земной станции. – спутник виден под различными места.

Для определения максимальной дальности зададимся минимально возможным углом места β=5^0.

Наклонная дальность зависит от геоцентрического угла γ, который определяется:

(1)

где R_з=6 350 км – радиус Земли

h=600 км – радиус орбиты спутника

β=5⁰– минимально возможный угол места

Наклонная дальность вычисляется по формуле:

(2)

Таким образом, подставляя в (2) значения R₃,hи γ получаем:

км

Расчет затухания сигнала на линии

Потери сигнала на распространение , где (3)

(4)

(5)

Подставляя в (3), получим:

Дополнительные потери на трассе: L_доп =L_A +L_Д +L_H +L_П (6)

L_A↓=0,23дБ,L_A↑=0,24 дБ - потери сигнала в атмосфере (рис 3.23, стр 121 [1])

L_Д↓=0,8 дБ,L_Д↑=0,82 дБ – потери сигнала в осадках (рис 3.24, стр 122 [1] )

L_H– потери в результате неточности наведения антенны земной станции на спутник, не поддающиеся оценке. При практических расчетахL_H= 1 дБ.

L_П- поляризационные потери. Складываются из потерь, вызванных несогласованностью поляризаций и потерь, обусловленных эффектом Фарадея :

L_П=L_П1+L_П2, где (7)

L_П1= -20lg(cosψ₁) – потери из-за эффекта Фарадея, где ψ₁– угол поворота (8)

плоскости поляризации.

(9)

Тогда подставляя в(8), получим:

L_П1= -20lg(cos 31,92)=1,42 дБ

L_П2= -20lg(cosψ₂) – потери из-за расхождения плоскостей поляризации передающей и приемной антенн. При практических расчетахL_П2=1 дБ.

Полные поляризационные потери, согласно (7):

L_П=1,42+1=2,42 дБ

Тогда дополнительные потери на трассе, исходя из (6):

L_доп↓ =0,23+0,8+1+2,42=4,45 дБ

L_доп↑ = 0,24+0,82+1+2,42=4,48 дБ

Полные потери на трассе:

дБ (10)

дБ (11)

Энергетические параметры спутниковой линии.

Коэффициент усиления антенны ( в дБ):

, гдеD– диаметр зеркала антенны в метрах, (12)

f– частота сигнала в ГГц.

Возьмем диаметр антенны земной станции 0,7 м, а космической станции – 1,8 м, т.е D_ЗС=0,7 м,D_КС=1,8 м

Тогда коэффициенты усиления антенн, сведены в таблице 1:

Таблица 1 Значения коэффициентов усиления антенн на частотах приема и передачи

Коэффициент передачи фидера примем η=0,85

Расчет шумовой температуры

- суммарная шумовая температура, где (13)

T₀=290⁰К

T_пр – эквивалентная шумовая температуры приемника. T_прЗСопределяется шумовой температурой МШУ.T_прЗС=100⁰К (рис3,28 стр 126 [1] ). Т_прКСпринимаем равным 1500⁰К.

T_aн– эквивалентная шумовая температуры антенны.

T_aн = T_к + T_a + T_з + T_аз + T_ша + T_об , обусловлена следующими факторами: (14)

T_к – приемом излечений космоса

T_a – излучение атмосферы с учетом влияния гидрометеоров

T_з – излучением атмосферы, принимаемого через боковые лепестки

T_аз – приемом излучения атмосферы, отраженного от Земли

T_ша – собственными шумами антенны из-за наличия потерь в её элементах

T_об – влиянием обтекателя антенны (если он иметься)

Для упрощения расчетом вводиться понятие яркостной температуры, и формула эквивалентной шумовой температуры принимает вид:

Для земной станции: (15)

Для космической станции: , где (16)

с – коэффициент, учитывающий интегральный уровень энергии боковых лепестков,с=0,25.

T_ЯК(β=5⁰)=80⁰ К–яркостная температура космоса (рис 4.19, стр 109 [2])

T_ЯА(β=5⁰)=40⁰К – яркостная температура атмосферы (рис. 4.20, стр. 109 [2])

Т_ЯЗ+Т_ЯАЗ≈290⁰К – для углов места β ≥ 5⁰

Т_ША=0.05⁰К – яркостная температура приемной антенны (табл. 4.9, стр. 111 [2])

Таким образом, исходя из (15) и (16): Т_анЗС=192,55⁰К, Т_анКС=160,05⁰К

Суммарная шумовая температура, согласно (13):

Т_∑ЗС= 295,02К,Т_∑КС=1679,54⁰ К

Тогда мощность шумов

(17)

, (18)

Где П=40 МГц – эффективная (шумовая) полоса приемника.

Расчет мощности передатчика и чувствительности приемника.

Мощность передатчика:

для земной станции:(19)

для космической станции: , где (20)

=15 дБ - суммарное отношение сигнал/шум на линии.

a,b– коэффициенты распределения отношения сигнал/шум на линии Земля-спутник и спутник- Земля.a=b/(b-1) и b=a/(a-1). Примем a=1,26, тогда b=5

Тогда, согласно (13) и (14), получим мощности передатчиков:

P_перЗС=86,42 Вт ( 19,37 дБВт),

Р_перКС=60,67 Вт (17,83 дБВт)

Эквивалентная изотропная излучаемая мощность:

(21)

(22)

Мощность сигнала на входе приемника:

(23)

(24)

Если взять уровень хорошего приёма равным 10-15дБ, то можно определить чувствительность приёмника:

Р_{Ч КС} = 110дБВт – чувствительность приёмника космической станции.

Р_{Ч ЗС} = 115дБВт- чувствительность приёмника земной станции

Расчет периода обращения спутника по орбите

В условиях невозмущенного движения спутника, влияние геомагнитного поля Земли определяется законами Кеплера. В этом случае на ИЗС действует сила тяготения Земли: , где (25)

m– масса ИЗС

М – масса Земли

K=6.6720∙10^-11Н∙м²/кг²– постоянная тяготения

r =R₃+h= 6350+600=6950 км

На ИЗС также действует центробежная сила:

, где (26)

V– круговая скорость;

Спутник удерживается на круговой орбите, когда эти силы взаимоуравновешены:

F_m=F_ц (27)

где V₀=7.9∙10³ м/с – первая космическая скорость

Подставим в (27):

V=7,55 км/с

Период обращения спутника:

(28)

Таким образом для круглосуточного обслуживания необходимо не менее спутников.