BR112018072637B1

BR112018072637B1 - Sistema de constelação de satélites de baixa órbita terrestre para comunicações com reutilização de espectro de satélite geoestacionário

Info

Publication number: BR112018072637B1
Application number: BR112018072637-0A
Authority: BR
Inventors: Erlend Olson
Original assignee: Theia Group, Incorporated
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2021-06-01
Also published as: ES2903276T3; IL262694B; EP3453223A4; BR112018072637A2; US20180343055A1; IL262694A; SG11201809489WA; KR20190002672A; CA3022513A1; KR102165365B1; CY1125180T1; EP3453223A1; AU2022200377B2; PL3453223T3; JP6896982B2; AU2017260347A1; DK3453223T3; SI3453223T1; WO2017192727A1; PT3453223T

Abstract

sistema para reutilização de espectro de comunicações alocado por geo em um sistema de comunicações baseado em constelação de satélites de leo, de modo que o sinais originados por satélite de leo não apareçam na largura de feixe de antenas de estação terrestre apontadas para geo, e satélites configurados para fornecer comunicações manipulando-se suas respectivas transmissões de feixe, que podem incluir um feixe para frente e feixe para trás cujos ângulos são controlados para projetar o feixe e reduzir ou eliminar o potencial para interferência com antenas de estação terrestre apontadas para geo. o sistema e satélites de leo podem fornecer substancialmente 100% de cobertura de uma estação terrestre localizada em qualquer ponto na superfície da terra, sem coordenação com os satélites de geo ou estações terrestres de apontamento para geo. o sistema também pode fornecer estações terrestres que são configuradas para acentuar o isolamento entre o sistema de comunicações de geo e o sistema de comunicações de leo com o uso do mesmo espectro para reduzir o potencial para antenas de estação terrestre apontadas para geo de captar a comunicação de leo.

Description

1. CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se ao campo de comunicações por satélite e, mais particularmente, a sistemas, métodos e dispositivos para implantar um sistema de comunicação por satélite com satélites de baixa orbitação terrestre (LEO) que fornece reutilização de frequências de reutilização de satélite de comunicação de orbitação terrestre geoestacionária (GEO).

2. BREVE DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0002] Uma quantidade grande de espectro de micro-ondas adequado para comunicações entre estações terrestres e satélites é alocada por várias agências reguladoras nacionais e internacionais para serviços de comunicações que envolvem satélites de orbitação terrestre geoestacionária (GEO). Na presente situação, há bem pouco espectro de micro-ondas não alocado restante para alocação a novos serviços de comunicações que empregam sistemas de comunicações com base em satélite como são tradicionalmente concebidos, construídos e operados. Além disso, muito do espectro existente alocado a serviços de comunicação por satélite de GEO já é consumido com aplicações existentes, primariamente para distribuição de televisão, backhaul de telefonia existente e movimento de dados de governo. Sendo assim, é improvável que operadores de sistema de comunicações por satélite de GEO existentes terão a capacidade de readaptar qualquer um dentre seus espectros alocados existentes para novas aplicações tão rápido quanto tais aplicações estão crescendo.

[0003] Novas indústrias com exigências para altos volumes e altas taxas de dados estão emergindo rapidamente, e muitas aplicações dentro dessas indústrias exigem alto volume de dados ou altas capacidades de comunicações globais de taxa de dados, e cobertura de comunicações do lado de fora das áreas de serviço de redes com base terrestre. Alguns exemplos incluem detecção remota, controle remoto de veículos aéreos não tripulados, comunicações com base em vídeo e imagem (quando contrastado com comunicações de áudio), máquina com base em vídeo e imagem para comunicações e controle de máquina, e transferências ultra altas de dados de segurança entre duas estações terrestres sem transitar através de uma rede terrestre. Essas aplicações são bem apropriadas para serviço por sistemas de comunicações por satélite construídos para tal propósito. No entanto, implantação de novos sistemas de comunicações com base em satélite é em grande parte limitada por falta de espectro disponível para alocação.

[0004] Hoje, sistemas de comunicações de satélite são bem conhecidos e são responsáveis por muitas conveniências modernas, o que inclui a distribuição de televisão de difusão direta por muitas partes do mundo. Embora existam presentemente alguns satélites de baixa orbitação terrestre (LEO) e média orbitação terrestre (MEO) e constelações de satélite exclusivos às funções de comunicações, a maior parte dos satélites de comunicações e sistemas hoje são do tipo de orbitação terrestre geoestacionária (GEO).

[0005] A União de Telecomunicações Internacional (ITU), bem como outros copos governamentais e reguladores reconheceram e alocaram grandes faixas do espectro de frequência de rádio para uso de satélite de GEO para comunicações bidirecionais entre a Terra e o satélite para uma ampla variedade de propósitos. O número grande de satélites de GEO em operação hoje levou a uma situação em que existe bem pouco espectro disponível para novos enlaces de comunicações de satélite. A maior parte das comunicações por satélite para estação terrestre móvel pode apenas ser praticamente atendida empregando-se frequências de microondas, de modo que as antenas empregadas nas estações terrestres possam ser pequenas e/ou portáteis, e de modo que as taxas de dados que podem ser transmitidas com métodos de comunicações de dados conhecidos possam ser altas. Isso impõe um limite inferior prático às frequências de comunicações de satélite para estação terrestre úteis, independentemente de questões reguladoras ou de atribuição. Por causa de questões de absorção atmosférica e atenuação causada pela chuva, também existe um limite superior prático às frequências de comunicações de satélite para estação terrestre úteis, independentemente de questões reguladoras ou de atribuição. Entre esses limites práticos, existe pouco espectro não usado disponível para novas atribuições, visto que a maior parte já foi alocada às comunicações de terra-espaço com sistemas de satélite de GEO, para serviços de satélite fixos.

[0006] Muito do espectro nas denominadas bandas Ka e Ku é atribuído aos usos de serviço de satélite fixo, o que emprega um satélite de GEO para o segmento de espaço, que, pelo fato de que os satélites de GEO aparecem para uma estação terrestre em um ponto fixo no céu, são necessariamente direcionais, ao invés de omnidirecional. Por exemplo, o uso mais popular de espectro associado ao GEO presentemente é para difusão direta de programas de televisão, que são recebidos por antenas direcionais pequenas em estações terrestres, com apontador fixo, tipicamente montadas em residências ou prédios do cliente. A largura de feixe de 3dB de antenas de satélite de difusão direta de grau de consumidos populares está na ordem de 2 a 3 graus, e as mesmas são altamente direcionais.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0007] Essa invenção revela um sistema para reutilizar espectro de comunicações alocado em GEO em um sistema de comunicações com base em constelação de satélites de LEO, de tal modo que os sinais originados do satélite de LEO não apareçam na largura de feixe de antenas de estação terrestre pontadas para o GEO, porém, entretanto, a constelação de satélites de LEO pode ter 100% de cobertura de uma estação terrestre localizadas em qualquer lugar na superfície da Terra, em todos os momentos, sem qualquer coordenação de qualquer maneira com os satélites de GEO ou estações de solo que apontam para o GEO. Além disso, essa invenção revela os detalhes das estações terrestres associadas com a constelação de comunicações por satélite de LEO que intensifica o isolamento entre o sistema de comunicações de GEO e o sistema de comunicações de LEO com a utilização do mesmo espectro, tirando-se medidas para evitar que um satélite de GEO capte inadvertidamente estações terrestres que pretendem se comunicar com a constelação de satélites de LEO revelada.

[0008] Modalidades da invenção fornecem um método para construir e operar um sistema de comunicações de satélite em baixa orbitação terrestre (LEO) que pode reutilizar qualquer espectro existente alocado aos serviços de comunicações por satélite com base em GEO sem causar interferência ao sistema de comunicações com base em GEO. Entre outros parâmetros que o algoritmo aceita como variáveis livres, a presente invenção aceita um parâmetro dentro de qualquer faixa prática para criar uma banda de guarda angular ao redor de qualquer e todas as estações terrestres que estão em um sistema de comunicações com base em GEO. A invenção permite comunicações com base em LEO simultaneamente com uma estação terrestre (para comunicações com base em LEO) localizada imediatamente próximo a uma estação terrestre com base em GEO, no mesmo momento, e sobre o mesmo espectro, sem qualquer necessidade do sistema com base em LEO para coordenar de qualquer maneira, em absoluto, com qualquer satélite com base em GEO ou qualquer estação de solo com base em GEO. O sistema, método e dispositivos são configurados para fornecer simultaneamente 100% de cobertura global, conforme revelado pelas modalidades exemplificativas da constelação por satélite de LEO mostrado e descrito no presente documento, para qualquer estação terrestre localizada em qualquer lugar, sem vãos ou perda de contato em qualquer momento com qualquer estação terrestre.

[0009] O sistema, dispositivos e método fornecem uma disposição de satélites de baixa orbitação terrestre que são configurados para fornecer comunicações entre dispositivos de comunicação e evitar que a energia radiada a partir de um satélite de LEO apareça na largura de feixe de uma antena de estação terrestre (isto é, da estação terrestre associada ao satélite de GEO) apontado em um satélite de GEO específico. O sistema, dispositivos e método implementam, preferencialmente, comunicações com base em satélite de LEO, ao mesmo tempo, entretanto, se comunicando com uma estação terrestre associada com os serviços de comunicação de satélite de LEO que está posicionada imediatamente próxima da antena de estação terrestre (por exemplo, de uma estação terrestre associada ao satélite de GEO) apontado em um satélite de GEO específico.

[0010] De acordo com modalidades preferenciais, a invenção pode ser implantada com satélites e, preferencialmente, com satélites de LEO, que são configurados para gerenciar comunicações direcionando-se seus feixes de comunicações respectivos para longe de interferência com satélites de GEO de operação separados sobre estações de solo apontados ao GEO e/ou desligando-se transmissão quando o feixe de satélite (do satélite de LEO), de outro modo, coincidiria com o feixe de uma antena de estação de GEO (por exemplo, um boresight de antena de estação terrestre de GEO). Modalidades fornecem satélites configurados com mecanismos de controle que direcionam a antena de satélite (ou antenas) para controlar a cobertura de feixe para fornecer comunicações com dispositivos com base em solo, tal como, uma estação terrestre, e/ou rede de telecomunicações que podem estar ligadas com uma ou mais estações terrestres. Os satélites são configurados para lidar com comunicações, tal como, por exemplo, comunicações entre duas estações terrestres, ou entre uma estação terrestre e uma rede com base em solo. Os satélites podem ser configurados com antenas que direcionam comunicações para promover um feixe ou feixes de cobertura controlável, que inclui um rastro ou porção traseira e uma porção dianteira (em relação à direção de órbita). O ângulo de feixe a partir de uma antena de satélite, preferencialmente, é ajustado à medida que o satélite se move através de sua órbita. De acordo com algumas modalidades, a antena de satélite é controlada para ajustar o feixe para maximizar a cobertura sem interferir com as antenas de estação terrestre de GEO.

[0011] De acordo com algumas modalidades, o sistema pode ser implantado com uma constelação de satélites de LEO compreendida por uma pluralidade de satélites de LEO configurada com uma ou mais antenas controláveis que são usadas para gerenciar o feixe direção de modo a evitar cruzamento ou interferência com antenas de GEO, e, em particular, o boresight de antena de GEO. Os satélites da constelação de LEO preferencialmente comunicações de transferência entre si (por exemplo, tal como a partir de um satélite de orbitação adjacente para outro satélite de orbitação adjacente), de tal modo, por exemplo, quando um feixe de satélite de LEO de um satélite é desligado (de modo a evitar uma antena de GEO, e interferência em potencial com a mesma), outros dentre os satélites de LEO capta a comunicação. De acordo com algumas modalidades, um satélite adjacente pode compreender um satélite adjacente no mesmo plano orbital que o satélite de transferência, enquanto, de acordo com algumas outras modalidades, o satélite que recebe uma transferência das comunicações pode ser um satélite que é adjacente ao satélite de transferência, porém em qualquer outro plano orbital (por exemplo, em que o satélite está em um plano orbital diferente com outros satélites).

[0012] A presente invenção fornece benefícios e vantagens, um sumário do qual, sem limitação a outros benefícios não listados, pode incluir um ou mais dentre os seguintes. A constelação de satélite de LEO pode ser configurada para reutilizar qualquer espectro de comunicações de GEO, sem causar interferência aos serviços móveis ou fixos do GEO, sob condições normais. A constelação de LEO pode ser projetada para aceitar, como uma variável independente, qualquer parâmetro prático para um ângulo de banda de guarda ao redor do vetor indicador de GEO de estações terrestres (estações terrestres de GEO) com antenas direcionais que apontam em direção a um satélite de GEO. A direção do feixe que é transmitida em direção a qualquer estação terrestre pelo satélite de LEO preferencialmente será sempre em uma direção em oposição à direção que um satélite de GEO estaria transmitindo à mesma estação terrestre, com respeito ao nadir na estação terrestre. De acordo com algumas modalidades, o sistema pode ser implantado em que uma simples antena direcional afixada à estação terrestre associada com o sistema de LEO, que apenas tem que manter apontado em direção tanto ao polo norte como sul (dependendo do quadrante da estação terrestre), pode fornecer margem de isolamento adicional para o enlace de comunicações de LEO comparado a um enlace de comunicações de GEO, ambos operando a estações terrestres colocadas na mesmas localização e operando ao mesmo tempo. Ademais, o sistema pode fornecer comunicações de LEO que são implantadas com as mesmas frequências que as frequências de difusão de GEO, porém são controladas para evitar ou minimizar interferência. O presente sistema e satélites que operam em combinação com o sistema podem reutilizar de modo espacial frequências de difusão de satélite de GEO para serviços de comunicações por satélites de LEO.

[0013] Os recursos descritos em conexão com o sistema, o método ou satélites empregados para implantar o método, ou modalidades do mesmo, podem ser fornecidos conjuntamente ou em combinações, com um ou mais recursos que são combinados com um ou mais outros recursos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS DE DESENHOS

[0014] A Figura 1 apresenta a nomenclatura usada no decorrer desta revelação.

[0015] A Figura 2 é um diagrama da Terra que ilustra satélites e uma órbita pelosquatro quadrantes.

[0016] A Figura 3 é um diagrama que representa a terra e que mostra uma elevação real que aponta para o ângulo entre uma antena direcional e um satélite geoestacionário.

[0017] A Figura 4 é um diagrama que representa a terra e que mostra a geometria de dois satélites em um plano orbital de LEO.

[0018] A Figura 5 é um diagrama que representa a terra e que mostra dois conjuntos de geometrias sobrepostos, e que indica vetores de direção para localizações de satélite de LEO à medida que uma constelação de satélite de LEO orbita.

[0019] A Figura 6A é um diagrama que representa a terra e que mostra uma situação de caso final próximo à latitude máxima em que qualquer estação terrestre pode ser praticamente antecipada para se comunicar com um satélite de GEO.

[0020] A Figura 6B é uma vista parcial ampliada do diagrama da Figura 6A, que mostra a porção de topo do mesmo.

[0021] A Figura 7A é um diagrama que representa a terra e que mostra uma situação de caso final no equador em que qualquer estação terrestre pode ser praticamente antecipada para se comunicar com um satélite de GEO.

[0022] A Figura 7B é uma vista parcial ampliada do diagrama da Figura 7A, que mostra a porção de topo do mesmo.

[0023] A Figura 8 é um diagrama que representa a terra que mostra uma porção de um plano para ilustrar a invenção, e representa uma constelação com base em LEO para comunicações com estações terrestres em qualquer parte do mundo.

[0024] A Figura 9 é um diagrama que representa a terra e que ilustra feixes de comunicações associados a dois satélites, de acordo com a invenção, que são representados transitando pelo céu sobre o equador a partir do norte ao sul.

[0025] A Figura 10A é um diagrama que representa a terra e que ilustra a latitude de um satélite em qualquer ponto particular em sua órbita, y.

[0026] A Figura 10B é uma vista ampliada do diagrama da Figura 10A.

[0027] A Figura 11 é uma ilustração que representa a terra e que mostra umaconstelação de satélites (não em escala), de acordo com a invenção, que consente com as especificações da Tabela 1 (Figura 14).

[0028] A Figura 12 é um diagrama que representa um padrão de antena em plano de uma simples antena de laço.

[0029] A Figura 13 é uma ilustração que representa a terra e que mostra uma disposição exemplificativa de satélites que compreende parte de uma constelação de satélites, de acordo com a invenção, e que mostra antenas fornecidas na superfície da Terra com representações de indicações de ganho máximo.

[0030] A Figura 14 é uma Tabela, referenciada como Tabela 1, que mostra tabulações dos vários parâmetros para os parâmetros de entrada de a=5 graus, β=5 graus e h=1.800 km.

[0031] A Figura 15 é uma Tabela, referenciada como Tabela 2, que é similar àTabela 1, porém para o caso limitante em que β=0, o ângulo posterior nunca viranegativo e o ângulo de feixe posterior X no equador é 0.

[0032] A Figura 16 é uma Tabela, referenciada como Tabela 3, que é similar àTabela 1, porém para parâmetros de entrada de a=10 graus, β=10 graus e h=800 km.

[0033] A Figura 17 é uma Tabela, referenciada como Tabela 4, que mostra perda de trajeto de espaço livre (FSPL) em plano calculado para vários ângulos a partir de um satélite de LEO em uma constelação que orbita em uma altitude a uma estação terrestre, comparado à FSPL a um satélite de GEO, na mesma frequência de comunicações.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0034] Referindo-se à Figura 1, nomenclatura usada no decorrer desta revelação e as Figuras e Equações é apresentada. Além disso, a fim de ilustrar e explicar de modo eficaz a invenção, os diagramas e Equações apresentados são para uma vista bidimensional do sistema, com diagramas que são ilustrados nas Figuras 2 a 13, e com Equações (1 a 19) que são apresentadas no presente documento e em uma listagem no fim dessa seção. Um recurso da invenção é que os satélites de comunicações de LEO na constelação estejam nas órbitas polares. Pelo fato de que o plano que contém satélites geossíncronos para os quais as frequências devem ser reutilizadas estão em uma órbita que é ortogonal a qualquer plano da constelação de satélite de comunicações de LEO de orbitação polar revelada, a configuração 2D revelada nos diagramas e equações é a projeção simples a partir de qualquer plano orbital de LEO de uma configuração 3D. Portanto, diagramas em 3D e Equações são extensões projetadas das representações 2D que são bem entendidas e simples para produzir por aqueles versados na técnica de mecânica orbital e análise.

[0035] Ademais, equações mais complexas que aqueles apresentados no presente documento, que acomodam o formato ligeiramente elipsoide da terra e outros fatores de ordem superior, são bem conhecidos por aqueles versados na técnica de mecânica orbital. A suposição da terra sendo perfeitamente esférica é usada por essa revelação para ilustrar os princípios envolvidos e a mecânica da invenção, porém não significa formar uma limitação em qualquer matéria revelada no presente documento. Os princípios revelados no presente documento e a invenção pode ser estendida para acomodar uma terra não esférica e elementos orbitais de ordem superior sem se afastar do escopo da revelação.

[0036] A Figura 2 ilustra a situação e fornece fundação para as Figuras subsequentes. Na Figura 2, um único plano de múltiplos planos de satélite de LEO de uma constelação de satélite de LEO em uma órbita polar é representado, com dois de muitos satélites que estariam no plano orbital OP mostrado indicado em LEO1 e LEO2. Como seria típico para uma constelação de comunicações de LEO, e como indicado na Figura como FEIXE DE LEO1 e FEIXE DE LEO2, satélites de LEO tipicamente criam feixes de sobreposição de cobertura, tanto para transmissão para, quanto recepção de sinais a partir de estações de solo. Dentro de cada feixe de cobertura de um único satélite de LEO, pode haver múltiplos subfeixes, o que habilita a reutilização de frequência e polarização dentro de um feixe, nas funções de comunicações com as estações terrestres. Ademais, como é bem entendido por aqueles versados na técnica, os feixes e/ou subfeixes podem ser direcionados em tempo real a fim de acomodar vários elementos orbitais e questões práticas de estação terrestre. Preenchendo-se completamente em plano orbital, e posicionando- se múltiplos planos orbitais em espaçamento longitudinal angular regular, a terra inteira pode ser coberta em todos os momentos com feixes de pelo menos um satélite na constelação de comunicações de LEO. A constelação de satélite de comunicações de irídio é um exemplo de tal uma constelação, pertencente e operado por Satélite de Irídio LLC. No entanto, o sistema de irídio, bem como outros sistemas, emprega o espectro que não é o mesmo que aquele empregado por sistemas de comunicações de satélite de GEO, e não mais de tal espectro está disponível. Exemplos de satélites e suas operações são revelados nas Patentes U.S. 5.410.728 e 5.604.920, cujo conteúdo completo está incorporado no presente documento a título de referência.

[0037] Referindo-se ainda à Figura 2, pontos na superfície da Terra no hemisfério norte são indicados como P1NE em latitude norte de 70 graus, através de P8NE, que se encontra no equador. Para cada ponto P, um vetor é extraído que indica o boresight de uma antena direcional que apontaria em um satélite geoestacionário se localizado naquele ponto. Além disso, a via de órbita OP de satélite de LEO mostrada orbita de um modo em sentido horário, no entanto, isso é simplesmente para convenção nas Figuras e nomenclatura nessa revelação e não limita a generalidade dessa revelação. Sob a convenção usada no presente documento, para qualquer ponto P no Quadrante 1 ou 2, os satélites de LEO em órbita polar ascendem a partir do Norte e descende em direção ao Sul (na direção de percurso indicado).

[0038] Referindo-se ainda à Figura 2, como pode ser visto, qualquer momentoem que um satélite de LEO com o uso das mesmas frequências que um satélite deGEO para comunicações com uma estação terrestre passa sobre um ponto P, háuma mancha na via de órbita em que o satélite de LEO está diretamente em linhaentre o satélite de GEO e a estação terrestre. Portanto, naquele ponto, se o satélitede LEO estava transmitindo na mesma frequência que a estação terrestre estádefinida para receber a partir do satélite de GEO, então, interferência resultaria, e osinal do satélite de GEO poderia ser interferido com o sinal do satélite de LEO, vistoque ambos os sinais na mesma frequência seriam simultaneamente recebidos pelaantena da estação terrestre e RF extremidade frontal, mesmo com uma antena deestação terrestre altamente direcional apontado especificamente no satélite de GEO.

[0039] Referindo-se agora à Figura 3, o ângulo que aponta para a elevação realentre uma antena direcional em qualquer ponto P na superfície da Terra, que apontapara qualquer satélite geoestacionário, é indicado. O ângulo que aponta ao azimutenão é mostrado e não é relevante para ilustrar os princípios operativos visto quequalquer ângulo de azimute em 3D teria a mesma projeção no plano polar ortogonalmostrado na Figura 3. As Equações governantes 1 e 2 fornecem as soluções paracomputação de g para qualquer latitude Φ. As Equações 1 e 2 são estabelecidas naTabela de Equações e abaixo (o número de equação que aparece próximo àequação, em parênteses):

[0040] A título de exemplo, e sem limitação, a Tabela na Figura 3 computa o ângulo de elevação aproximado para uma antena direcional em incrementos de 10 graus de latitude, iniciando 80 graus de latitude, que é aproximadamente a latitude mais alta sob a qual enlaces de comunicação de linha de visão de estação terrestre a GEO poderia ser sustentável, a 0 grau de latitude, que é o equador.

[0041] Em seguida, se referindo à Figura 4, a geometria de dois satélites em um plano orbital de LEO é apresentada. Nessa Figura 4 e incluindo Equações 3 e 4, a relação entre o espaçamento, s, dos satélites de LEO em plano e o ângulo subtendido θ conforme medido a partir de um vértice no centro geométrico da terra, C, é indicada. Nessa Figura 4, P é indicado no equador. As Equações 3 e 4 são estabelecidas abaixo (o número de equação que aparece próxima à equação, em parênteses).

[0042] Em seguida, se referindo à Figura 5, os dois conjuntos de geometrias são sobrepostos, com as fortes linhas azuis que indicam vetores de direção para localizações de satélite de LEO à medida que a constelação de satélite de LEO orbita, conforme visto a partir de P1NE e P8NE. Na sobreposição na Figura 5 pode ser visto que à medida que um satélite de LEO se aproxima de qualquer ponto P na Terra a partir do Norte, uma antena direcional em P que aponta em direção do satélite de GEO está apontando para o sul.

[0043] No entanto, à medida que qualquer satélite de LEO específico passa sobre e, então, passa além de qualquer ponto P, se o mesmo continua a transmitir de volta em direção à estação terrestre em P, em algum ponto transmitiria para baixo do boresight de qualquer antena que aponta em direção ao satélite de GEO.

[0044] A fim de uma constelação de satélite de LEO fornecer cobertura contínua para qualquer lugar na terra, pelo menos um satélite pode estar em vista em todos os momentos a partir de qualquer ponto P na Terra, e a direção indicadora a partir daquele satélite ao ponto P pode não estar ao longo do mesmo vetor como a direção indicadora entre o ponto P e um satélite de GEO. Portanto, durante o período quando um primeiro satélite em órbita de LEO deve parar de transmitir ao ponto P a fim de evitar a interferência com sinais de GEO que chega ao mesmo tempo e lugar na mesma frequência, outro segundo satélite em órbita de LEO deve estar disponível em vista do ponto P a fim de portar em quaisquer comunicações pode estar acontecendo entre a constelação de satélite de comunicações de LEO e a estação terrestre em ponto P. As Figuras 6 e 7, que incluem as vistas “ampliadas” desses diagramas, serão usadas para demonstrar duas situações de caso final, primeiro, nas Figuras 6A, 6B na latitude máxima próxima em que qualquer estação terrestre pode ser praticamente antecipada para se comunicar com o satélite de GEO (latitude de aproximadamente 70 graus) e, em segundo lugar, nas Figuras 7A, 7B no equador.

[0045] Referindo-se agora às Figuras 6A, 6B, a computação é mostrada para computar o espaçamento máximo de dois satélites em uma órbita de LEO polar que estão, ou poderiam estar, em comunicação com ponto P1NE em latitude de 70 graus, de tal modo que tanto (a) a estação terrestre não está nunca sem linha de visão a um satélite de LEO de orbitação adequadamente longe o suficiente acima do horizonte local a estar disponível para comunicações confiáveis, quanto (b) durante o período quando qualquer satélite de LEO de orbitação está dentro de uma banda de guarda ao redor do vetor entre a estação terrestre e um satélite de GEO, outro satélite de LEO está em vista (e longe o suficiente acima do horizonte local), para assumir qualquer função de comunicações com a estação terrestre a partir do primeiro satélite de LEO (visto que o primeiro LEO não pode transmitir à estação terrestre quando o mesmo está dentro da banda de guarda, de modo que o mesmo não interfira com as comunicações de satélite de GEO à estação terrestre).

[0046] Nas Figuras 6A, 6B, s deve ser encontrado (consultar Equações 3 e 4), que é usado para computar θ (consultar Equação 5) e, dessa forma, o número de satélites no plano orbital de LEO exigido, submetido aos limites que o satélite que orbita em altitude h deve ser pelo menos um ângulo α acima do horizonte local e manter um ângulo de banda de guarda de β ao redor do vetor entre a estação terrestre e um GEO em ângulo y. A fórmula de cosseno é empregada, primeiro em relação ao triângulo C-P1NE-D para computar d, então, em relação ao triângulo C- P1NE-A para computar a, então, finalmente em relação ao triângulo A-P1NE-D para computar s, o dado d anteriormente computado, o a anteriormente computado e o ângulo conhecido w1. (Embora a Equação 8 pode fornecer duas soluções, a solução significativa é utilizada para a distância d.) As equações relevantes são indicadas como Equações 5 a 8, 9 a 12 e 11 a 13 que são estabelecidas abaixo (o número de equação que aparece próximo à equação, em parênteses).

[0047] Como pode ser isto comparando-se as Figuras 6A, 6B e Figuras 7A, 7B, como um satélite na constelação de LEO se aproxima do equador e cobre um ponto P com seu feixe de comunicações, a distância entre quando o satélite ascende acima do horizonte e quando o mesmo deve parar de transmitir ao ponto P, como P também aproxima o equador, é reduzido. Diferente das posições mais ao norte do satélite e pontos P, no entanto, o ponto P no equador também pode ser comunicado com por um satélite de LEO que está se afastando do equador, ou que descende no céu ao Sul.

[0048] A Figura 8 mostra uma porção de um plano da invenção, que compreende uma constelação com base em LEO para comunicações com estações terrestres em qualquer parte do mundo, e que pode operar simultaneamente em espectro alocado para uso de GEO para estação terrestre, que inclui a uma estação terrestre no mesmo momento e lugar, que opera como será descrito adicionalmente abaixo. A Figura 8 mostra três satélites (representados pelos círculos designados 1, 2 e 3) em um plano orbital em dois tempos conceituais diferentes, denominados T=1 e T=2, que operam perto do equador para dar manutenção a uma estação de solo no equador. Os satélites 1, 2 e 3 em tempo T=1 são representados por círculos de linha sólida e em tempo T=2 são representados por círculos de linha quebrada. As operações próximas ao equador são o caso limitante para a invenção, e, portanto, são mostradas em detalhes e o foco de muito da revelação. Na Figura 8, um dos satélites identificado “2”’ se aproxima do equador em T=1 e, então, cruza o equador, com ponto P8NE abaixo do mesmo. Nessa Figura, a ponto P8SE é introduzido, sendo o ponto quase idêntico ao P8NE, exceto bem ao sul do equador enquanto P8NE está bem ao norte do equador. O horizonte ao norte é indicado como NH e o horizonte ao sul como SH.

[0049] Na invenção revelada, à medida que o satélite 3 se eleva acima do horizonte ao norte NH por um ângulo escolhido α em relação a uma estação terrestre em P8NE no equador, satélite 3 tem a capacidade de criar um enlace de comunicações com P8NE. No mesmo tempo T=1, exceto um tempo necessário para transferência, satélite 2, que estava servindo anteriormente comunicações com P8NE, interrompe suas comunicações com P8NE à medida que o mesmo entra na banda de guarda de satélite de GEO do P8NE. À medida que o satélite 3 continua ascendendo pelo céu do norte do P8NE, o mesmo continua a servir quaisquer necessidades de comunicações de P8NE, que pode estar na mesma frequência como aquela usada com qualquer satélite de GEO, sem interferir com quaisquer comunicações que podem estar ocorrendo com o dito satélite de GEO, até o mesmo chegar na posição indicada de satélite 2 em T=1. Naquele momento, um satélite 4 (não mostrado) começará a surgir acima do horizonte do Norte em relação ao P8NE, de modo que o satélite 3 pode desligar seu enlace de comunicações com P8NE enquanto o mesmo transita ao longo da banda de guarda de GEO do P8NE.

[0050] Enquanto isso, à medida que o satélite 2 sai da banda de guarda de P8NE em T=2, o mesmo pode começar a servir P8SE, que é presumido no mesmo lugar no equador como P8NE, exceto sul do equador. Antes do satélite 2 começar o serviço de P8SE, P8SE foi servido pelo satélite 3, que está se pondo ao sul, em relação ao P8SE. Da mesma maneira, cada ponto ao redor do globo é coberto por um satélite na constelação.

[0051] Referindo-se agora à Figura 9, os feixes de comunicações associados a dois satélites na invenção revelada são descritos à medida que os mesmos transitam ao redor do céu sobre o equador a partir do norte ao Sul. Conforme declarado previamente, os feixes descritos são os padrões de antena criados por antenas de feixe ajustável em tempo real nos satélites de LEO, tal como pode ser criado com antenas de arranjo fásico, que são bem conhecidas e entendidas àqueles versados na técnica. Conforme também declarado anteriormente, os envelopes de feixe podem ter dentro de cada um deles vários subfeixes para reutilização de frequência específica, reutilização de polarização ou acomodação de outros elementos orbitais ou elementos de estação terrestre que são, entretanto, dentro do escopo da invenção.

[0052] Ainda se referindo à Figura 9, o ângulo de feixe para frente em relação ao satélite é indicado como ângulo Φ e o ângulo do feixe para trás é indicado como ângulo X.

[0053] Conforme indicado na Figura 9, ao redor do semicírculo descendente da órbita polar do satélite de comunicações, para aquela porção durante que um satélite está em quadrante 1, o LEO projeta seu feixe de comunicações para frente na direção que o mesmo está percorrendo, continuamente, em um ângulo de Φ, que pode ser tão grande quanto um ângulo razoável ou viável para comunicações com estações terrestres até que a latitude do satélite, a, alcança um denominado limite de latitude, à medida que o mesmo se aproxima ao equador. Em relação à porção dianteira do feixe, à medida que o mesmo se aproxima ao equador, os meios de controle da antena direcional do satélite de LEO começam a reduzir o ângulo dianteiro de seu feixe dianteiro conforme indicado como o satélite identificado SAT2 progride a partir de T=1 a T=6 em direção ao equador.

[0054] Além disso, na Figura 9, agora notando o satélite identificado SAT1, àmedida que o mesmo progride a partir de T=1 a T=6, seu feixe é extinguido sobre o equador e nenhuma comunicação ocorre com aquele satélite a partir de qualquer estação de solo enquanto o mesmo transita ao longo da banda de guarda de GEO no equador. Após cruzar a banda de guarda equatorial no quadrante 2, o SAT1, então, expande o que é agora a porção indicadora para trás de seu feixe de comunicações conforme indicado, de tal modo quando o satélite alcançou o ângulo de limite de latitude longe do equador, o feixe para trás cobre uma região máxima atrás do mesmo, como uma imagem simétrica à área de cobertura de comunicações de feixe para frente produzida no quadrante 1.

[0055] Cada satélite também controla o ângulo, X, de um denominado feixe para trás conforme mostrado nas Figuras 10A, 10B. As Figuras 10A, 10B também indicam a latitude do satélite em qualquer ponto particular em sua órbita, a. Os parâmetros e identificações α, β, y, A, P, C, a e d são como discutido anteriormente em relação às Figuras 6 e 7, e Equações 5 a 15 são operativos conforme descrito anteriormente em relação a Figuras 6 e 7 para computar os ângulos geométricos relevantes e comprimentos dos triângulos. Uma vez que os comprimentos a e d são encontrados, as Equações 17, 18 e 19 são empregadas para calcular Φ no limite de latitude e X como uma função de a, para um dado β e y. As Equações 14 a 19 são estabelecidas abaixo (o número de equação que aparece próxima à equação, em parênteses).

[0056] As tabulações dos vários parâmetros aparecem na Tabela 1 (Figura 14) para os parâmetros de entrada de α=5 graus, β= 5 graus e h=1.800 km. Para aqueles parâmetros, as computações delineadas em vermelho definem elementos primários da invenção revelada, e a implantação do mecanismo de controle de antena de satélite que regula a projeção de feixe e/ou subfeixe, que mostra: que 11 satélites são necessários em cada plano orbital polar, que o ângulo de feixe para frente máximo exigido é 50,96 graus, que o feixe para frente deveria começar a limitar em uma latitude de satélite de 34,04 graus (o que mantém indicando um pouco além do equador à medida que o mesmo se aproxima do equador), e que o ângulo do feixe posterior X deveria rastrear os valores indicados nas colunas intituladas com X e o, em que o à esquerda da linha preta longa é tratada como uma variável dependente com base no satélite de LEO que se comunica com uma estação terrestre P, conforme indicado na primeira coluna. Note que, à medida que o equador é alcançado, o ângulo de feixe posterior se torna negativo, que indica que o feixe posterior deve começar apontando de alguma forma para frente do satélite, ao invés de na parte de trás do mesmo, à medida que o satélite se aproxima do equador, a fim de evitar a transmissão do boresight de uma antena apontada em um satélite de GEO. No caso limitante em que β=0, o ângulo posterior nunca vira negativo e o ângulo de feixe posterior À no equador é 0 (essa situação é mostrada na Tabela 2, Figura 15). As colunas sob y e Φ à direita da linha preta longa na Tabela 1 (Figura 14) computa o ângulo de feixe para frente como uma função da latitude do satélite, em que agora a latitude do satélite é tratada como uma variável independente.

[0057] Para mostrar como a invenção revelada é aplicável a outros parâmetros, a Tabela 3 (Figura 16) mostra as computações para parâmetros de entrada de a=10 graus, β=10 graus e h=800 km. Para aqueles parâmetros, as computações mostram: que 21 satélites são necessários em cada plano orbital polar para implantar o método, que o ângulo de feixe para frente máximo exigido é 61,04 graus, e que o feixe para frente deveria começar a limitar em uma latitude de satélite de 18,96 graus (o que mantém indicando um pouco além do equador à medida que o mesmo se aproxima do equador). Por exemplo, se referindo ainda à Tabela 3 (Figura 16), quando um dentre os satélites na constelação se aproxima do equador no Quadrante 1, quando suas referências de latitude ao centro da Terra estão 8,06 graus ao Norte, seu feixe posterior deve estar 0,05 graus ou menos, o que, portanto, na verdade, então, o feixe posterior está apontando para frente.

[0058] Como pode ser visto na Figura 9 e 10, visto que um dentre os satélites na constelação se aproxima do equador, sua largura de feixe geral declina pelas equações gerais governantes a zero. No entanto, à medida que a largura de feixe se aproxima zero, existe algum limite prático para antenas de satélite realizáveis. Esse limite prático pode mudar com base nos métodos de implantação para a antena e sua função de controle associada, e naquele limite o feixe pode simplesmente ser desligado (não mais transmitindo). Quando a margem adicional associada com tal largura de feixe mínima pode ser acomodada ajustando-se a banda de guarda, β.

[0059] Os satélites podem ser configurados com um mecanismo de controle de satélite que controle as operações de satélite. Por exemplo, o mecanismo de controle pode determinar a posição do satélite, que inclui sua latitude, e pode usar a posição de latitude para regular o feixe projetado forma o satélite. De acordo com algumas modalidades, o mecanismo de controle de satélite inclui, preferencialmente, componentes de computação que são carregados pelo satélite. Os componentes de computação incluem, preferencialmente, um computador que é dotado com software que inclui instruções para monitorar as posições do satélite ao longo de sua órbita e regular feixes projetados por antenas do satélite. Qualquer mecanismo adequado para direcionar o feixe da antena pode ser empregado, que inclui controles mecânicos ou eletrônicos que limitam, expande, direcionam ou combinam esses métodos para regular o ângulo de feixe. O feixe também pode ser formado a partir de subfeixes. O satélite pode ser dotado com um ou mais antenas de feixe ajustável em tempo real, tal como, por exemplo, uma antena de arranjo fásico, ou outras antenas que são conhecidas na técnica. As antenas de satélite podem gerar envelopes de feixe que podem compreender vários subfeixes para reutilização de frequência específica e/ou reutilização de polarização. De acordo com alguma modalidade, os subfeixes de envelope de feixe podem ser configurados para acomodar outros elementos orbitais e/ou elementos de estação terrestre. De acordo com modalidades preferenciais, o satélite é configurado para produzir um ou mais feixes e, preferencialmente, um feixe pode ser fornecido com uma ou mais porções para frente, e uma ou mais porções para trás (por exemplo, em que uma porção para frente de feixe pode compreender um primeiro feixe, e uma porção para trás de feixe pode compreender um segundo feixe). A porção de feixe pode ser regulado (por exemplo, ligando ou desligando) para limitar o campo de feixe ou projeção. De acordo com algumas modalidades, o mecanismo de controle de satélite pode ser alimentado com o uso da fonte de alimentação do satélite. De acordo com algumas modalidades, os componentes de sistema podem ser alimentados com painéis solares que podem ser implantados no satélite para esses e outros propósitos. O mecanismo de controle de feixe de satélite inclui, preferencialmente, componentes de computação configurados para processar as informações de localização de satélite, e determinar o ângulo de feixe a ser fornecido por uma antena, tal como, por exemplo, uma antena de transmissão do satélite. O mecanismo de controle manipula, preferencialmente, o feixe ângulo, de acordo com determinações a partir das informações de localização de satélite e a aplicação do posicionamento conforme estabelecido no presente documento, e, em particular, de acordo com as modalidades fornecidas representadas pelas Equações no presente documento (consultar por exemplo, Equações 5 a 13). Os satélites podem ser dotados de antenas adequadas para comunicações com estações terrestres. Por exemplo, antenas de arranjo fásico, antelas helicoidais ou outras antenas adequadas podem ser fornecidas. Além disso, os satélites podem ser configurados para comunicar com outros satélites. As antenas adequadas, tal como lentes para comunicações de enlace cruzado de satélite podem ser fornecidas. Por exemplo, os satélites adjacentes podem se comunicar com cada outro. Os satélites também podem ser fornecidos com dispositivos para sinais de roteamento, tal como, comunicações e dados. Por exemplo, o satélite pode ser configurado com uma ou mais unidades de comutação que processa informações como ao destino de comunicação, e roteia a comunicação através de um satélite apropriado. De acordo com algumas modalidades, os satélites são configurados para rotear comunicações a uma estação terrestre dentro da faixa de deixe do satélite, e a estação terrestre pode ser conectada a uma rede que roteia a comunicação a um destino designado. De modo similar, as transições a partir de uma estação terrestre podem ser recebidas por um satélite, e o satélite pode rotear aquela comunicação a um destino, tal como, um dispositivo. Por exemplo, de acordo com algumas modalidades, os satélites e o sistema de satélite pode transporta, preferencialmente, datagramas entre qualquer satélite e uma rede terrestre de solo. Estações terrestres, que podem ser configuradas como ou em associação com uma estação de porta de comunicação podem receber e transmitir sinais, tais como datagramas, entre um satélite. Isso pode ser portado por meio de retransmissão imediata do datagrama a uma estação de porta de comunicação em vista do mesmo satélite (isto é, cano sobrado), em que os dados são transmitidos ao satélite a partir de uma estação terrestre ou porta de comunicação, e o satélite envia o mesmo de volta novamente. Em algumas modalidades, o sinal ou dados podem ser enviados sem modificação, diferente do processamento para retransmitir o sinal de volta (que pode envolver um ou mais dentre a amplificação de sinal, alterar a frequência de enlace ascendente/enlace descendente para a retransmissão. De acordo com outras modalidades, o satélite pode ser configurado com equipamento que pode ser usado para realizar processamento a bordo do sinal, tal como, por exemplo, para demodular, decodificar, recodificar e/ou modular o sinal (por exemplo, através de um transponder regenerativo). De acordo com algumas modalidades preferenciais, transporte de datagramas entre qualquer satélite e uma rede terrestre de solo pode ser realizado por meio de um enlace cruzado a um ou mais outros satélites na constelação de satélites e, então, a partir desses outros satélites a uma porta de comunicação. Por exemplo, a porta de comunicação pretendida pode não estar em vista do primeiro satélite em qualquer momento particular, porém pode estar em vista de um dentre os outros satélites da constelação de satélite. Um satélite à vista da porta de comunicação pode receber um datagrama roteado a partir de outro satélite (por exemplo, o primeiro satélite). Os satélites da constelação podem ser, preferencialmente, configurados para ligar de modo cruzado, e rotear transmissões através de suas ligações cruzadas respectivas.

[0060] As equações e tabelas podem ser dispostas novamente com manipulações matemáticas diretas bem conhecidas àqueles versados nas técnicas matemáticas, para habilitar qualquer parâmetro particular mostrado para ser uma variável livre, o que habilita o resto dos elementos orbitais de constelação de satélite e disposições de indicação de antena de satélite para serem computadas após isso, sem sair do escopo da presente invenção.

[0061] É prontamente entendido a partir da simetria da invenção revelada que os satélites operam em imagem simétrica de cada outro em cada quadrante. Isto é, a geometria, padrões de antena e operação dos satélites em um plano no quadrante 1, são espelhados ao redor do equador para gerar o quadrante 2, que é, então, espelhado ao redor do eixo geométrico norte-sul da terra para gerar quadrante 3 e, então, espelhado ao redor do equador para gerar o quadrante 4. Os detalhes de um satélite que cruza o equador foram apresentados em detalhes visto que esse é o lugar de potencial mais elevado para interferência, e esse, quanto cruza o equador, a técnica de prevenção de interferência mais eficaz e para simplesmente ter o equador ultrapassando interrupção de satélite que transmite às estações terrestres quando dentro da banda de guarda ao redor do vetor indicador de GEO. Isso também permite o satélite tempo o suficiente para reorientar o sistema de antena ao quadrante subsequente. Quando um satélite está sobre os polos, também deve ser reorientar seu sistema indicador de antena, no entanto, a mecânica daquilo pode ser desempenhada de uma maneira ilimitada de qualquer maneira adequadamente designada por aqueles versados na técnica, pelo fato de que não existem comunicações geoestacionárias possíveis nos polos, visto que o satélite geoestacionário pode estar em vista a partir dos polos.

[0062] Deve-se notar que os desenhos nas Figuras 8, 9 e 10 implicam que o feixe de comunicações de LEO intersecta o solo exatamente no equador. Em implantação prática, o feixe se estenderia para frente além do equador à medida que o satélite alcança o equador, por uma medida necessária para acomodar várias incertezas em padrões de órbita e antena, bem como para acomodar o tempo necessário para transmitir a partir do outro satélite de LEO à medida que o mesmo entra na zona de guarda sobre o equador. Essa matéria prática é facilmente acomodada sem se afastar do escopo da invenção.

[0063] Uma opção que complica o projeto da antena de satélite e sistema de controle de antena é como a seguir, porém permanece dentro do escopo desta invenção. O envelope de feixe que foi revelado acima é tipicamente composto de muitos subfeixes. Certos subfeixes podem ser desligados ou redirecionados à medida que o satélite passa sobre ou perto do equador, o que habilita suporte de comunicações adicional para áreas acima e abaixo do equador, sem causar o satélite para interromper todas as transmissões para estações terrestres. Essa opção, no entanto, exige controle cuidadoso de lóbulos laterais do padrão de antena de satélite, que pode adicionar despesa e pode não ser tecnicamente possível para certos métodos de implantação de antena.

[0064] Pelo fato de que a órbita da constelação de satélite revelada é polar, o plano de azimute da constelação de satélite de LEO pode ser operado independentemente do plano de elevação que foi minuciosamente descrito no presente documento. Tal como, o número de planos para completar cobertura global pode ser designado como uma variável independente em relação à operação dos satélites e seus padrões de antena em um plano. Por exemplo, o sistema de comunicações com base em LEO pode ser projetado para cobrir 30 graus de longitude à direita ou esquerda do plano de órbita, enquanto opera simultaneamente como proporcionado nessa revelação, e como acima, em relação à Tabela 1 (Figura 14), por exemplo, dentro do plano de órbita.

[0065] A Figura 11 mostra uma constelação de satélite completa (não em escala) que consente com as especificações da Tabela 1(Figura 14), com 11 satélites por plano e 6 planos (apenas três sendo representados na Figura), em uma altura de órbita de 1.800 km na órbita polar exigida. Conforme visto na Figura 11, cada plano pode ser preenchido de tal modo que o satélite dentro do plano tenha o tempo de cruzamento de equador de cada satélite ligeiramente deslocado a partir do plano vizinho, que, dependendo do espaçamento de plano selecionado, pode fornecer assistência adicionado para cobrir estações terrestres perto do equador que estão mais próximas a um plano orbital vizinho.

[0066] O método de comunicações subsequentes entre a classe de constelações de comunicações de LEO revelado no presente documento e um terminal terrestre adicional ou porta de comunicação terrestre é flexível e pode ser tanto por meio de uma porta de comunicação terrestre dentro da vista de cada satélite em uma denominada arquitetura de cano dobrado, ou pode ser por meio de uma arquitetura de ligação cruzada, tal como aquela implantada pela constelação de satélite de irídio. Ambas as implantações são possíveis com a invenção revelada, e ambas podem ser implementadas para completar um enlace de comunicações entre uma estação terrestre, um satélite operado dentro de uma constelação de satélite conforme revelado no presente documento, e outra estação terrestre, ou outros dados terrestres ou rede de comunicações.

[0067] Além do isolamento fornecido entre os satélites de comunicações de GEO, estações terrestres envolvidas com GEO e o sistema de comunicações com base em LEO revelado no presente documento que é fornecido pela geometria das operações e o sistema de antena, existem recursos adicionais do sistema revelado em relação às estações terrestres que se comunicam com os satélites de LEO que podem agora ser descritos. Quando uma estação terrestre transmite até um satélite de LEO no sistema revelado, a transmissão deve apenas superar a distância ao satélite de LEO, que exige consideravelmente menos energia de sinal que aquela exigida para superar a distância a um satélite de GEO na mesma frequência. Essa situação é mostrada na Tabela 4 da Figura 17, que mostra a perda de trajeto de espaço livre (FSPL) em plano calculado para vários ângulos a partir de um satélite de LEO em uma constelação que orbita em uma altitude de 800 km a uma estação terrestre, comparado à FSPL a um satélite de GEO, na mesma frequência de comunicações de 12 GHz (Banda de Ku). Os cálculos mostram uma diferença mínima em perda de trajeto de 33dB. A diferença em perda de trajeto fornece uma margem de enlace significativa para reduzir adicionalmente a possibilidade que um sinal transmitido por uma estação terrestre com uma antena omnidirecional que está pretendendo a transmitir apenas a um satélite de LEO é, entretanto, reconhecido por um satélite de GEO que escuta na mesma frequência, o que, desse modo, causa uma interferência com o sistema de comunicações de satélite de GEO.

[0068] Ainda se referindo à Tabela 4 mostrado na Figura 17, os mesmos dados de perda de trajeto fornece a base para a habilidade de uma estação terrestre associada com a constelação de comunicações de satélite de LEO que tem uma antena omnidirecional para evitar que a interferência ao mesmo a partir de um sinal de comunicações com base em GEO. Pelo fato do satélite de LEO ser isolado a partir de estações de recebimento com base em GEO por geometria, o satélite de LEO pode transmitir em energias de tal modo que a energia de sinal recebida em solo pelas estações associadas com o sistema de LEO pode ser muito maio que a mesma energia recebida por uma antena omnidirecional na mesma frequência a partir de um sistema de GEO, o que, dessa forma, fornece a habilidade para a estação terrestre associada ao LEO para rejeitar o sinal muito mais fraco a partir do satélite de GEO, por meios comumente conhecidos àqueles versados na técnica de projeto de receptor.

[0069] Não obstante do parágrafo anterior, a margem de enlace adicional pode ser desejada para acomodar envelopes de operação mais amplos em um dado projeto de sistema. Portanto, o sistema de LEO revelado pode ser emparelhado com estações terrestres que são projetados para se comunicar exclusivamente com os satélites de LEO, mesmo que os mesmos estão se comunicando na mesma frequência que uma estação terrestre que se comunicam com um satélite de GEO bem ao seu lado. Um elemento opcional adicional do satélite de LEO com base no sistema de comunicações revelado é adicionar uma antena direcional à estação terrestre. Embora um azimute completo e antena direcional de elevação com uma largura de feixe pequeno é uma opção, tal uma antena é frequentemente proibida em custo, tamanho, peso ou energia para certas aplicações. No entanto, com o satélite de LEO que opera conforme descrito acima proporciona uma direção de comunicações que está sempre apontando em direção ao norte no hemisfério norte, e aponta sul no hemisfério sul. Esse fato possibilita uma antena direcional dramaticamente mais simples a ser empregada pela estação terrestre. O padrão de antena em plano de uma antena de laço simples, que é orientada perpendicular ao solo, é mostrado na figura 12. Mesmo essa antena simples fornece tanto quanto 12 dB de margem de enlace adicional em um ponto P no equador, e até mais para latitudes mais altas. O único requerimento na estação terrestre é que a direção do ganho mais alto da antena esteja apontada geralmente para o Sul, se a estação terrestre está no hemisfério sul, ou geralmente norte, se a estação terrestre está no hemisfério norte.

[0070] Referindo-se agora à Figura 13, é mostrado que apontando o ganho de antena máximo para longe da direção do satélite de GEO, e em direção à direção do satélite de LEO, margem adicional é obtida para auxiliar em minimizar a possibilidade das transmissões da estação terrestre de LEO serem recebidas com energia suficiente por um sistema de satélite de GEO a ser reconhecido. Esse requerimento de estar geralmente apontando par ao norte ou sul, dependendo apenas de qual hemisfério a estação terrestre está, é um requerimento muito mais simples em uma antena direcional de estação terrestre que o requerimento seja completamente azimute e direção de elevação capaz, o que, dessa forma, faz o sistema com base em LEO revelado mais econômico para implantação em massa. Outros padrões similares a partir de outros tipos de antenas podem ser criados que são bem conhecidos àqueles versados na técnica de antenas direcionais que podem proporcionar a mesma ou margens maiores adicionais com implantações econômicas, sem se afastar do escopo da revelação.

[0071] Referências são feitas a uma estação terrestre que recebe e transmite comunicações entre a mesma e satélite de LEO. A estação terrestre pode incluir antenas que são localizadas em terra para receber transmissões a partir de e/ou enviar transmissões para satélites de LEO. As antenas da estação terrestre podem ser quaisquer antenas adequadas e, em particular, RF frequências a e a partir de satélites de LEO. Cada satélite de LEO pode ser configurado com e, preferencialmente, uma pluralidade de antenas. Por exemplo, um satélite de LEO pode ter uma primeira antena que transmite um feixe para frente em uma direção para frente e uma segunda antena que transmite um feixe para trás em uma direção para trás (por exemplo, em relação à direção de órbita de satélite), em que as antenas podem ser independentemente controladas, e pode limitar ou expandir seus feixes respectivos ou extinguir os mesmos. Antenas de satélite podem compreende uma ou mais antenas de arranjo fásico. Por exemplo, a antena de arranjo fásico pode ser configurado com um número de elementos de radiação individuais que são controláveis para controlar a cobertura de feixe e, em particular, a configuração de feixe e ângulo. Um computador no satélite, que, de acordo com algumas modalidades, pode compreender um computador dedicado programado com instruções para manipular o ângulo de feixe (que, por exemplo, pode incluir software armazenado em um chip ou outro componente de conjunto de circuitos que contém as instruções), pode ser usado para controlar o arranjo de antena para gerar uma projeção de feixe que pode ser aumentada ou diminuída e conformidade com a órbita de satélite, e que pode ser realizado para maximizar a cobertura para uma antena. O computador é preferencialmente configurado com software que contém instruções para regular a operação da antena para eliminar transmissões que podem, de outro modo, interferir com comunicações de satélite de GEO (que inclui em que as transmissões de satélite de LEO e satélite de GEO usam o mesmo espectro). Isso pode ser realizado controlando-se os ângulos de feixe das projeções a partir das antenas bem como desligando-se as antenas conforme necessário (por exemplo, quando dentro da faixa de banda de guarda de uma antena de estação terrestre de GEO). De acordo com algumas modalidades preferenciais, o computador pode ser configurado para manipular as projeções de feixe em conformidade com as determinações estabelecidas no presente documento. Os feixes de satélite são preferencialmente manipulados mecanicamente, eletronicamente ou ambas as maneiras, para gerar um feixe desejado de cobertura e evitar transmissões dentro da banda de guarda de uma antena de satélite de GEO (por exemplo, de uma estação terrestre de GEO).

[0072] Essas e outras vantagens podem ser realizadas com a presente invenção. Embora a invenção tenha sido descrita com referência a modalidades específicas, a descrição é ilustrativa e não deve ser interpretada como limitante do escopo da invenção. Várias modificações e mudanças podem ocorrer àqueles versados na técnica sem se afastar do espírito e escopo da invenção descrito no presente documento e conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Constelação de satélites de baixa orbitação terrestre para comunicações caracterizada pelo fato de que compreendea) uma pluralidade de satélites em uma órbita polar em torno da Terra;b) em que os satélites são dispostos em um número suficiente de planos orbitais para fornecer cobertura substancialmente para cada ponto na Terra para comunicações e substancialmente a todo o tempo, ec) em que o número de satélites em cada plano orbital é suficiente para fornecer comunicações na faixa do plano orbital;d) em que cada satélite tem uma antena para receber e transmitir às estações terrestres, e em que a antena de satélite é controlada para evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena de apontamento para GEO em qualquer ponto na Terra;e) em que o plano orbital de satélite compreende um plano orbital que define uma órbita polar em torno dos quatro quadrantes da Terra, em que o satélite tem um controle de apontamento, e em que o controle de apontamento no primeiro quadrante segue um algoritmo para direcionar as transmissões de satélite para maximizar a cobertura e evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena de apontamento para GEO;f) em que o controle de apontamento de satélite direciona a cobertura de transmissão de satélite em cada quadrante do plano de órbita para espelhar a cobertura de transmissão de satélite do feixe direcionado para trás projetado no quadrante anterior da órbita de satélite;g) em que a transição entre quadrantes no equador inclui o satélite desligando seu transmissor para a Terra de modo a evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena que aponta para um satélite de GEO; eh) em que a transmissão entre satélites e uma estação terrestre é realizada com o uso de espectro também empregado por satélites de comunicações de GEO que se comunicam na mesma região.

2. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o meio de transporte de datagramas entre qualquer satélite e uma rede terrestre de solo ocorre por meio de retranscepção imediata do datagrama a uma estação de porta de comunicação que é localizada à vista do mesmo satélite.

3. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o meio de transporte de datagramas entre qualquer satélite e uma rede terrestre de solo ocorre por meio de um enlace cruzado a um ou mais outros satélites na dita constelação e então dos ditos outros satélites a uma porta de comunicação, em que a porta de comunicação não está à vista do primeiro satélite em nenhum tempo particular.

4. Constelação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que os ditos satélites compreendem meio de comutação para comutar o transporte de datagramas entre satélites, em que o meio de comutação associado a um satélite é configurado para transferir transmissão de datagramas ao meio de comutação associado a outro satélite.

5. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estação terrestre associada para transmitir datagramas entre a estação terrestre e um satélite emprega uma antena omnidirecional.

6. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a estação terrestre associada para transmitir datagramas entre a estação terrestre e a satélite emprega uma antena direcional que é direcional para o norte ou para o sul em relação ao plano orbital da constelação de satélites.

7. Constelação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a antena é direcional tanto em elevação quanto em azimute.

8. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os satélites são dispostos em um número suficiente de planos orbitais para fornecer cobertura para cada ponto na Terra.

9. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o número de satélites em cada plano orbital é selecionado de acordo com a cobertura de transmissão e recepção máxima para o ângulo de elevação de altitude e horizonte de satélite.

10. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito controle de apontamento de satélite compreende um mecanismo de controle, e em que o mecanismo de controle controla o feixe a partir de uma ou mais antenas do satélite para direcionar transmissões de satélite (1) de acordo com uma projeção de feixe na direção para trás que é projetada em um ângulo de feixe para trás de ângulo X, que para um ângulo agudo y entre o horizonte e o vetor em uma localização de um ponto na Terra em que uma estação terrestre de GEO aponta para um satélite geoestacionário, e para um ângulo de banda de guarda de proteção de GEO β ao redor do vetor entre a estação terrestre de GEO e o satélite de GEO para o qual a mesma aponta, que está no ângulo Y ao horizonte, é determinado pela expressão:

em que rE representa o raio da Terra, em que PL representa o raio da órbita de satélite, em que y representa um ângulo agudo entre o horizonte e o vetor em uma localização de um ponto na Terra em que uma estação terrestre de GEO aponta para a satélite geoestacionário, e em que β representa um ângulo de banda de guarda de proteção de GEO ao redor do vetor entre a estação terrestre de GEO e o satélite de GEO para o qual a mesma aponta, que está no ângulo y ao horizonte; e(2) de acordo com a projeção de feixe na direção para frente que é projetada em um ângulo de feixe para frente de ^, que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, é determinada pela expressão:

em que rE representa o raio da Terra, em que α representa o ângulo de elevação de horizonte, e em que rL representa o raio da órbita de satélite.

11. Constelação, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que as projeções do satélite são controladas para maximizar a cobertura, e em que as projeções do satélite são controladas para evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena de apontamento para GEO.

12. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o satélite tem um mecanismo de controle que controla o transmissor de satélite, e em que a antena de satélite é controlada para evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena de apontamento para GEO com o dito mecanismo de controle em qualquer ponto na Terra pelo mecanismo de controle, sendo que o dito mecanismo de controle é configurado para desligar o transmissor em localizações em que transmissões do transmissor coincidiriam com o boresight de uma antena de estação terrestre de GEO que aponta para um satélite de GEO.

13. Constelação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que cada satélite é configurado para desligar seu transmissor que transmite para a Terra na transição entre quadrantes no equador, de modo a evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena que aponta para um satélite de GEO.

14. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os satélites de LEO fornecem enlaces de comunicações, e em que um satélite da constelação de satélites de LEO se aproxima de um boresight de uma antena de um satélite estação terrestre de GEO ou uma banda de guarda de satélite de GEO que está dentro do plano orbital do satélite que se aproxima é configurada para transferir comunicações a outro dos satélites de LEO que não está dentro do boresight de uma antena de um satélite de GEO.

15. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita antena de satélite de LEO para receber e transmitir às estações terrestres compreende uma antena de feixe ajustável em tempo real.

16. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o satélite transmite um feixe que é projetado da antena, sendo que o dito feixe tem uma direção para frente e uma direção para trás em relação ao movimento de satélite dentro da órbita.

17. Constelação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o satélite transmite um feixe que é projetado da antena, e em que o dito feixe tem uma porção de apontamento para frente e uma porção de apontamento para trás.

18. Constelação, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que a antena de satélite compreende a antena direcional; em que o feixe de satélite na direção para frente é projetado em um ângulo de feixe para frente de ^, e em que o feixe de satélite na direção para trás é projetado em um ângulo de feixe para trás de X; em que o dito antena direcional de satélite é manipulado para reduzir o ângulo de feixe para frente de Φ à medida que o satélite de LEO se move para um limite de latitude.

19. Constelação, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que o antena direcional de satélite é manipulado para diminuir o ângulo de feixe para frente de Φ à medida que o satélite de LEO se move à medida que o satélite se move para um ângulo de limite de latitude na direção oposta ao equador.

20. Constelação, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que a antena direcional de satélite é manipulada para aumentar o ângulo de feixe de apontamento para trás de X à medida que o satélite se move na direção oposta ao equador.

21. Constelação, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que a antena direcional de satélite é manipulada para aumentar o ângulo de feixe de apontamento para trás de X à medida que o satélite se move na direção oposta a uma banda de guarda de estação terrestre de GEO.

22. Constelação, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que a antena direcional de satélite é manipulada para aumentar o ângulo de feixe de apontamento para trás de X à medida que o satélite se move na direção oposta ao boresight de uma estação terrestre de GEO.

23. Constelação, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que a porção para frente de feixe de comunicação de satélite de um feixe de satélite tem um ângulo de feixe para frente que é ajustado como uma função da latitude do satélite.

24. Sistema de comunicações de constelação de satélites de baixa orbitação terrestre caracterizado pelo fato de que compreende:a) uma pluralidade de satélites de baixa orbitação terrestre em uma órbita polar, sendo que a órbita polar cobre quatro quadrantes da Terra; b) equipamento de processamento de comunicações fornecido em cada satélite, sendo que o dito equipamento de processamento de comunicações compreende um processador e conjunto de circuitos para receber e transmitir sinais entre uma estação terrestre e um ou mais satélites da constelação de satélites;c) em que cada satélite tem pelo menos uma antena para receber e transmitir às estações terrestres;d) em que a dita antena é controlável para desligar seu link de comunicação para evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena de apontamento para GEO em qualquer ponto na Terra; ee) em que cada satélite possui um mecanismo de controle de feixe que inclui componentes de computação configurados para processar a informação de localização do satélite e determinar o ângulo de feixe a ser provido pela antena do satélite, de modo que o ângulo de feixe provê cobertura que evita a transmissão abaixo do boresight de uma antena de apontamento para GEO em qualquer ponto na Terra.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que cada um dos ditos satélites da constelação de satélites tem um mecanismo de controle para controlar suas respectivas antenas.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle controla pelo menos uma antena para direcionar o feixe de interferir com o boresight de uma antena de estação terrestre de satélite de GEO que aponta para um satélite de GEO.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle controla uma ou mais antenas de um satélite para produzir um feixe na direção para frente projetado em um ângulo de feixe para frente e para produzir um feixe na direção para trás projetado em um ângulo de feixe para trás.

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o feixe de satélite na direção para trás é projetado em um ângulo de feixe para trás que diminui à medida que o satélite se move para frente em sua órbita direcional.

29. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o feixe de satélite na direção para frente é projetado em um ângulo de feixe para frente que aumenta à medida que o satélite se move para frente em sua órbita direcional.

30. Sistema, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o feixe de satélite na direção para frente é projetado em um ângulo de feixe para frente que aumenta à medida que o satélite se move para frente em sua órbita direcional.

31. Sistema, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o feixe de satélite na direção para trás é projetado em um ângulo de feixe para trás de X, que para um ângulo agudo Y entre o horizonte e o vetor em uma localização de um ponto na Terra em que uma estação terrestre de GEO aponta para um satélite geoestacionário, e para um ângulo de banda de guarda de proteção de GEO β ao redor do vetor entre a estação terrestre de GEO e o satélite de GEO para o qual a mesma aponta, que está no ângulo Y ao horizonte, é determinada pela expressão:

em que rE representa o raio da Terra, em que rL representa o raio da órbita de satélite, em que Y representa um ângulo agudo entre o horizonte e o vetor em uma localização de um ponto na Terra em que uma estação terrestre de GEO aponta para um satélite geoestacionário, e em que β representa um ângulo de banda de guarda de proteção de GEO ao redor do vetor entre a estação terrestre de GEO e o satélite de GEO para o qual a mesma aponta, que está no ângulo Y ao horizonte.

32. Sistema, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que o feixe de satélite na direção para frente é projetado em um ângulo de feixe para frente de ^ e em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para frente ^ projetado é determinado pela expressão:

33. Sistema, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que o ângulo de elevação de horizonte consiste no ângulo mínimo entre (1) o horizonte e (2) o satélite no qual o satélite e uma estação terrestre para a qual o satélite pode se comunicar, conforme visualizado a partir da localização de estação terrestre.

34. Sistema, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o feixe de satélite na direção para trás é projetado em um ângulo de feixe para trás de ângulo X, em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para trás X projetado é determinado pela expressão:

em que rE representa o raio da Terra, em que rL representa o raio da órbita de satélite em que y representa um ângulo agudo entre o horizonte e o vetor em uma localização de um ponto na Terra em que uma estação terrestre de GEO aponta para um satélite geoestacionário, e em que β representa um ângulo de banda de guarda de proteção de GEO ao redor do vetor entre a estação terrestre de GEO e o satélite de GEO para o qual a mesma aponta, que está no ângulo Y ao horizonte, e em que rL representa o raio da órbita de satélite, em que o feixe de satélite na direção para frente é projetado em um ângulo de feixe para frente de ^ e em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para frente ^ projetado é determinado pela expressão:

35. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o feixe produzido na direção para frente é compreendido por uma pluralidade de subfeixes.

36. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o feixe produzido na direção para trás é compreendido por uma pluralidade de subfeixes.

37. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre o feixe produzido na direção para frente e o feixe produzido na direção para trás é compreendido por uma pluralidade de subfeixes, e em que os ditos subfeixes são controláveis para controlar a projeção do feixe de comunicação a partir da dita antena de satélite.

38. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o feixe produzido na direção para frente é compreendido por uma pluralidade de subfeixes, em que o feixe produzido na direção para trás é compreendido por uma pluralidade de subfeixes, e em que os ditos subfeixes são controláveis para controlar a projeção do feixe de comunicação a partir da dita antena de satélite.

39. Sistema, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que um subfeixe é controlável posicionando-se a dita antena que fornece o subfeixe.

40. Sistema, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dentre o dito feixe pra frente e o dito feixe pra trás é controlável ativando-se ou desativando-se um subfeixe que compreende o respectivo feixe para frente ou feixe para trás.

41. Sistema, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que o dito feixe pra frente é controlável ativando-se ou desativando-se um subfeixe que compreende o feixe para frente, e em que o dito feixe pra trás é controlável ativando-se ou desativando-se a subfeixe que compreende o feixe para trás.

42. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a antena de satélite compreende uma antena de feixe ajustável em tempo real.

43. Sistema, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que a antena de feixe ajustável em tempo real compreende uma antena de arranjo fásico.

44. Sistema, de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo fato de que a antena fornece um envelope de feixe que é compreendido por subfeixes configurados para reutilização de frequência específica, reutilização de polarização, ou acomodação de outros elementos orbitais ou elementos de estação terrestre.

45. Sistema, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de que a antena fornece um envelope de feixe que é compreendido por subfeixes configurados para reutilização de frequência específica, reutilização de polarização, ou acomodação de outros elementos orbitais ou elementos de estação terrestre.

46. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o dito constelação de satélites é fornecido de modo que pelo menos um satélite da constelação de satélites esteja a vista a todo o tempo a partir de qualquer ponto P na Terra.

47. Sistema, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o feixe de satélite na direção para frente é projetado em um ângulo de feixe para frente ^; em que o feixe de satélite na direção para trás é projetado em um ângulo de feixe para trás de X; em que pelo menos uma antena de satélite compreende a antena direcional que projeta o feixe para frente, e em que a pelo menos uma antena direcional que projeta o feixe para frente é manipulada para reduzir o ângulo de feixe para frente Φ à medida que o satélite de LEO se move para um limite de latitude, em que pelo menos uma antena de satélite compreende a antena direcional que projeta o feixe para trás, em que a pelo menos uma antena direcional de satélite projeta o feixe para trás é manipulada para aumentar o ângulo de feixe para trás X à medida que o satélite de LEO se move para um limite de latitude.

48. Sistema, de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que cada antena direcional tem um transmissor associado que fornece um sinal à antena, e em que cada satélite é configurado para desligar um transmissor associado em localizações em que a transmissão de seu transmissor coincidiria com o boresight de uma antena que aponta para um satélite de GEO.

49. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a dita pelo menos uma antena para receber e transmitir às estações terrestres compreende a antena direcional e em que há pelo menos um transmissor associado à antena direcional que fornece um sinal à antena, e em que cada satélite é configurado para desligar o transmissor associado em localizações em que a transmissão de seu transmissor coincidiria com o boresight de uma antena que aponta para um satélite de GEO.

50. Sistema, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que a constelação de satélites está em um plano de órbita pelos quatro quadrantes da Terra que definem quatro respectivos quadrantes do plano de órbita, e em que o equador define uma transição entre quadrantes do plano de órbita.

51. Sistema, de acordo com a reivindicação 50, caracterizado pelo fato de que cada satélite é configurado para desligar seu transmissor que transmite para a Terra na transição entre quadrantes no equador, de modo a evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena que aponta para um satélite de GEO.

52. Sistema, de acordo com a reivindicação 51, caracterizado pelo fato de que cada segundo, terceiro e quarto quadrante do plano de órbita é um espelho em operação do primeiro quadrante, em que um satélite da constelação de satélites em uma órbita espelha as projeções de feixe angular para cada quadrante sucessivo.

53. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os ditos satélites operam com o uso de espectro também empregado por satélites de comunicações de GEO na mesma região.

54. Sistema, de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de que os ditos satélites operam com o uso de espectro também empregado por satélites de comunicações de GEO na mesma região.

55. Sistema, de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que o ângulo de feixe para frente Φ e o ângulo de feixe para trás X são determinados no limite de latitude como uma função do limite de latitude o para um dado ângulo de banda de guarda β ao redor do vetor entre a estação terrestre de GEO e um satélite de GEO em um ângulo y, e em que o satélite está em órbita em uma altitude h que é pelo menos um ângulo α acima do horizonte local.

56. Sistema, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que cada satélite inclui um computador que tem um processador de hardware, e software que contêm instruções para instruir o computador para manipular o feixe a partir do satélite nas direções para frente e para trás, sendo que as ditas instruções compreendem instruir o computador para: determinar o ângulo de feixe para frente Φ monitorando-se a altitude de satélite e coordenadas de localização para a satélite, em que o ângulo de feixe para frente Φ é o ângulo de feixe relativo a um vetor definido pelo centro da Terra e a localização de satélite que se projeta para frente do satélite na direção da órbita de satélite;determinar o ângulo de feixe para trás X monitorando-se as coordenadas de altitude e localização de satélite para um satélite, em que o ângulo de feixe para trás X é o ângulo de feixe relativo a um vetor definido pelo centro da Terra e a localização de satélite que se projeta para trás do satélite na direção oposta à da órbita de satélite;identificar localizações de estações GEO terrestres que estão na linha de visão da órbita de satélite; econtrolar o ângulo de feixe para frente Φ e ângulo de feixe para trás X para maximizar a cobertura e para evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena de estação terrestre de GEO.

57. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os satélites de LEO da constelação de satélites são distribuídas em planos orbitais acima da superfície terrestre; em que um satélite de LEO da constelação de satélites é distribuído na órbita relativa a um satélite de LEO adjacente da constelação de satélites de modo que o satélite de LEO e o satélite adjacente ao mesmo estejam dentro de uma distância de linha de visão entre os mesmos.

58. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os satélites são espaçados dentro de seu plano orbital em uma distância de linha de visão, s, espaçando satélites adjacentes.

59. Sistema, de acordo com a reivindicação 57, caracterizado pelo fato de que o espaçamento de distância de linha de visão máximo entre satélites da constelação de satélites é determinado pelo ângulo mínimo entre o horizonte e um satélite no qual esse satélite pode se comunicar com uma estação terrestre localizada em um ponto na Terra.

60. Sistema, de acordo com a reivindicação 59, caracterizado pelo fato de que a distância de espaçamento máxima entre satélites adjacentes é determinada por um ângulo θ de um vetor definido pelas respectivas posições de latitude de cada respectivo satélite adjacente em um respectivo plano orbital, em que o vértice de ângulo é o centro da Terra.

61. Sistema, de acordo com a reivindicação 60, caracterizado pelo fato de que o dito ângulo θ é determinado pela expressão θ = 2 arcsen(S/2n_), em que S é a distância de espaçamento entre satélites adjacentes e é representada pela expressão S = 2 rL sen(θ/2).

62. Sistema, de acordo com a reivindicação 57, caracterizado pelo fato de que pelo menos um primeiro satélite de LEO de orbitação da constelação de satélites está distante o suficiente acima do horizonte local para estar dentro da linha de visão de uma estação terrestre de LEO que recebe transmissões da constelação de satélites para estar disponível para comunicações confiáveis; em que durante o período em que o pelo menos um primeiro satélite de LEO de orbitação da constelação de satélites está dentro de uma banda de guarda ao redor do vetor entre a estação terrestre de GEO e um satélite de GEO, pelo menos um segundo satélite de LEO está dentro de vista e distante o suficiente acima do horizonte local, e assume qualquer função de comunicações com a estação terrestre a partir do primeiro satélite de LEO dentro do vetor de banda de guarda.

63. Sistema, de acordo com a reivindicação 60, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um segundo satélite de LEO que assume a função de comunicações assume as funções de comunicações a partir do pelo menos um primeiro satélite antes de o primeiro satélite desligar sua função de transmissão no vetor de banda de guarda.

64. Sistema, de acordo com a reivindicação 63, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um primeiro satélite cessa a transmissão quando a mesma está dentro do vetor de banda de guarda desligando-se um ou mais subfeixes de seu feixe de transmissão.

65. Sistema, de acordo com a reivindicação 62, caracterizado pelo fato de que a projeção de feixe para trás do primeiro satélite pode se comunicar com a estação terrestre depois que o feixe para frente passou o vetor de boresight.

66. Sistema, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a constelação de satélites plano de órbita tem quatro quadrantes, cada um correspondendo com um quadrante da Terra sobre o qual a órbita passa;em que um satélite controla o ângulo de feixe para frente do feixe projetado para frente mudando-se o ângulo da projeção à medida que o satélite se move através de sua órbita em um quadrante; em que o feixe para trás do satélite da constelação de satélites no próximo quadrante de sua órbita é projetado para espelhar o feixe para frente projetado pelo satélite no quadrante anterior.

67. Sistema, de acordo com a reivindicação 66, caracterizado pelo fato de que o dito espelhamento de projeção para trás fornece uma região máxima de cobertura atrás do satélite à medida que o satélite se desloca através do quadrante.

68. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o feixe transmitido por um satélite de LEO da constelação de satélites está em uma direção oposta à direção que um satélite de GEO transmitiria à mesma estação terrestre.

69. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que, quando um satélite de transmissão precisa cessar a transmissão a uma estação terrestre localizada em um ponto na Terra para evitar o vetor de boresight de uma antena de estação terrestre de GEO, outro satélite da constelação de satélites de LEO assume a transmissão do satélite de transmissão.

70. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que inclui uma pluralidade de estações terrestres configuradas para receber transmissões de satélites de LEO e enviar transmissões aos satélites de LEO, em que pelo menos algumas dentre a pluralidade de estações terrestres têm antenas omnidirecionais.

71. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que inclui uma pluralidade de estações terrestres configuradas para receber transmissões de satélites de LEO e enviar transmissões aos satélites de LEO, em que pelo menos algumas dentre a pluralidade de estações terrestres têm antenas direcionais.

72. Sistema, de acordo com a reivindicação 71, caracterizado pelo fato de que as ditas antenas direcionais são direcionais para o norte ou para o sul em relação ao plano orbital da constelação de satélites.

73. Sistema, de acordo com a reivindicação 72, caracterizado pelo fato de que as ditas antenas direcionadas para o norte ou para o sul são direcionáveis em elevação e azimute.

74. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os ditos satélites operam com o uso de espectro também empregado por satélites de comunicações de GEO na mesma região.

75. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os satélites da constelação de satélites são dispostos em um número suficiente de planos orbitais para fornecer cobertura substancialmente para cada ponto na Terra para comunicações e substancialmente a todo o tempo.

76. Sistema, de acordo com a reivindicação 75, caracterizado pelo fato de que os satélites da constelação de satélites são posicionados em múltiplos planos orbitais em espaçamento longitudinal angular regular.

77. Sistema, de acordo com a reivindicação 61, caracterizado pelo fato de que o número de satélites fornecidos em um plano orbital é determinado pela distância entre satélites na órbita que estão em uma altitude h e pelo menos um ângulo α acima do horizonte, e manter um ângulo de banda de guarda de β ao redor do vetor entre uma estação terrestre de GEO e uma GEO em um ângulo Y.

78. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que cada satélite tem uma pluralidade de antenas.

79. Sistema, de acordo com a reivindicação 78, caracterizado pelo fato de que cada pluralidade de satélite de antenas inclui antenas para enlaces ascendente/descendente com estações terrestres e antenas para enlaces cruzados com outros satélites.

80. Sistema, de acordo com a reivindicação 79, caracterizado pelo fato de que os ditos enlaces ascendente/descendente compreendem antenas helicoidais, e em que as ditas antenas de enlace cruzado compreendem lentes.

81. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o número de satélites é o número mínimo de satélites e em que a distância entre satélites é a distância máxima entre satélites.

82. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente uma pluralidade de estações terrestres que têm pelo menos uma antena direcional, em que o maior ganho da antena direcional é direcionado para apontar substancialmente o Sul para uma estação terrestre localizada no hemisfério sudeste, e em que o maior ganho da antena direcional é direcionado para apontar substancialmente o Norte para uma estação terrestre localizada no hemisfério nordeste.

83. Sistema, de acordo com a reivindicação 82, caracterizado pelo fato de que a antena de estação terrestre direcional é direcionada para apontar seu ganho de antena máximo na direção oposta à direção de um satélite de GEO e voltada para a direção de um satélite de LEO.

84. Método para implantar comunicações através de um sistema de comunicação por satélite com satélites de baixa orbitação (LEO) que fornecem reutilização de frequências de reutilização de satélite de comunicação de orbitação terrestre geoestacionária (GEO), o método caracterizado por compreender:a) dispor uma pluralidade de satélites de LEO em uma pluralidade de planos orbitais em torno da Terra; em que cada satélite inclui equipamento para transmitir transmissões de RF que têm frequências adequadas para recebimento por uma estação terrestre localizada na Terra;b) fornecer um mecanismo de controle que controla as transmissões de RF de satélite;c) transmitir de um satélite de LEO a transmissão a uma estação terrestre;d) controlar o satélite transmissão para desligar seu link de comunicação para evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena que aponta em direção a um satélite de GEO; ee) em que transmitissão de um satélite de LEO uma transmissão a uma estação terrestre é realizada com o uso de espectro também empregado por satélites de comunicações de GEO que se comunicam na mesma região.

85. Método, de acordo com a reivindicação 84, caracterizado pelo fato de que controlar o satélite transmissão inclui controlar com um mecanismo de controle a operação de uma ou mais antenas do satélite para produzir um feixe de transmissão na direção para frente projetado em um ângulo de feixe para frente e para produzir um feixe de transmissão na direção para trás projetado em um ângulo de feixe para trás.

86. Método, de acordo com a reivindicação 85, caracterizado pelo fato de que controlar o feixe ângulo compreende projetar um feixe de transmissão na direção para frente em um ângulo de feixe para frente de ^ e em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para frente ^ no qual o feixe é projetado é determinado pela expressão:

87. Método, de acordo com a reivindicação 85, caracterizado pelo fato de que controlar o feixe ângulo compreende projetar a feixe de transmissão na direção para trás em um ângulo de feixe para trás de ângulo X em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para trás X no qual o feixe é projetado é determinado pela expressão:

em que rE representa o raio da Terra, em que rL representa o raio da órbita de satélite em que y representa um ângulo agudo entre o horizonte e o vetor em uma localização de um ponto na Terra em que uma estação terrestre de GEO aponta para um satélite geoestacionário, e em que β representa um ângulo de banda de guarda de proteção de GEO ao redor do vetor entre a estação terrestre de GEO e o satélite de GEO para o qual a mesma aponta, que está no ângulo y ao horizonte, e em que rL representa o raio da órbita de satélite.

88. Método, de acordo com a reivindicação 85, caracterizado pelo fato de que controlar o feixe ângulo compreende projetar um feixe de transmissão na direção para frente em um ângulo de feixe para frente de ^ e em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para frente ^ no qual o feixe é projetado é determinado pela expressão:

em que rE representa o raio da Terra, em que α representa o ângulo de elevação de horizonte, e em que rL representa o raio da órbita de satélite; eem que controlar o feixe ângulo compreende projetar a feixe de transmissão na direção para trás em um ângulo de feixe para trás de ângulo X em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para trás X no qual o feixe é projetado é determinado pela expressão:

89. Satélite de baixa orbitação terrestre (LEO) caracterizado pelo fato de que compreende:a) equipamento de comunicações, sendo que o dito equipamento de comunicações compreende equipamento para transmitir transmissões de RF que têm frequências adequadas para recebimento por uma estação terrestre localizada na Terra, e equipamento de comunicações para se comunicar com outros satélites;b) um mecanismo de controle que inclui um componente de processamento e software com instruções para controlar transmissões de RF do satélite de LEO a uma estação terrestre;c) a transmissor para transmitir transmissões de RF;d) pelo menos uma antena para projetar as transmissões de RF a partir do satélite de LEO;e) em que o dito mecanismo de controle controla as transmissões de satélite para desligar seu link de comunicação para evitar a transmissão abaixo do boresight de uma antena que aponta para um satélite de GEO; ef) em que as transmissões de RF a partir do satélite de LEO a uma estação terrestre são realizadas com o uso de espectro também empregado por satélites de comunicações de GEO que se comunicam na mesma região.

90. Satélite, de acordo com a reivindicação 89, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle controla a operação de uma ou mais antenas do satélite para produzir um feixe de transmissão na direção para frente projetado em um ângulo de feixe para frente e para produzir um feixe de transmissão na direção para trás projetado em um ângulo de feixe para trás.

91. Satélite, de acordo com a reivindicação 90, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle controla o feixe ângulo para projetar um feixe de transmissão na direção para frente em um ângulo de feixe para frente de ^ e em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para frente Φ é determinado pela expressão:

em que rE representa o raio da Terra, em que α representa o ângulo de elevação de horizonte, e em que n_ representa o raio da órbita de satélite.

92. Satélite, de acordo com a reivindicação 90, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle controla o feixe ângulo para projetar um feixe de transmissão na direção para trás em um ângulo de feixe para trás de ângulo X, em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para trás X é determinado pela expressão:

93. Satélite, de acordo com a reivindicação 90, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle controla o feixe ângulo para projetar um feixe de transmissão na direção para frente em um ângulo de feixe para frente de ^ e em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para frente Φ é determinado pela expressão:

em que rE representa o raio da Terra, em que α representa o ângulo de elevação de horizonte, e em que rL representa o raio da órbita de satélite; eem que o mecanismo de controle controla o feixe ângulo para projetar um feixe de transmissão na direção para trás em um ângulo de feixe para trás de ângulo X, em que, para uma dada posição de latitude na órbita do satélite, o ângulo de feixe para trás X é determinado pela expressão: