DE1224159B

DE1224159B - Satellite system

Info

Publication number: DE1224159B
Application number: DET27137A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Paul Kotowski; Dipl-Ing Andreas Lewicki
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1964-10-03
Filing date: 1964-10-03
Publication date: 1966-09-01

Description

Satellitensystem Die Erfindung betrifft ein System zur Nachrichtenübertragung und/oder Informationsgewinnung mit Hilfe von Satelliten, die nachrichtentechnisch miteinander verbunden sind.Satellite system The invention relates to a system for transmitting messages and / or information acquisition with the help of satellites, telecommunications are connected to each other.

Die zur Zeit bekannten Systeme mit Satelliten geringer Flughöhe von etwa 200 km bis etwa 1000 oder 2000 km erfordern ein um die Erde verteiltes System von Beobachtungsstationen, dessen Kosten größenordnungsmäßig über den Kosten der Satelliten liegen, das aber notwendig ist, da ein niedrigfliegender Satellit beispielsweise im Vergleich zu einem geostationären Satelliten nur einen kleinen Teil der Erdoberfläche übersieht. Ein ausreichendes Netz von Bodenstationen ist auch aus politischen Gründen nur großen Staaten oder Staatenbünden zugänglich, so daß geographisch kleine Staaten wie Deutschland von der Satellitentechnik mit niedrigfliegenden Satelliten nur beschränkt Gebrauch machen können. Niedrigfliegende Satelliten sind aber insbesondere für viele Forschungs- und Wettervorhersagezwecke besonders wichtig, da nur sie genügend genaue und fein aufgelöste Informationen über das irdische Geschehen liefern können. Sie sind darüber hinaus wichtig, weil sie mit relativ kleinen Sendern und Empfängern auskommen.The currently known systems with satellites at low altitudes of about 200 km to about 1000 or 2000 km require a system distributed around the earth of observation stations, the cost of which is in the order of magnitude greater than the cost of Satellites, but this is necessary because a low-flying satellite, for example compared to a geostationary satellite only a small part of the earth's surface overlooks. An adequate network of ground stations is also for political reasons only accessible to large states or confederations of states, so that geographically small states like Germany only limited by satellite technology with low-flying satellites Can make use of it. However, low-flying satellites are particular to many Research and weather forecasting purposes are particularly important, as only they are sufficiently accurate and can provide finely resolved information about earthly events. she are also important because they have relatively small transmitters and receivers get along.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Satellitensystem zur Nachrichtenübertragung und/ oder Informationsgewinnung mit Hilfe von nachrichtentechnisch verbundenen Satelliten anzugeben, das aus wenigstens einem niedrigfliegenden, in Höhen von beispielsweise 200 bis 2000 km Satelliten und wenigstens einer Bodenstation besteht, die den niedrigfliegenden Satelliten nur selten im Gesichtsfeld hat.The invention is based on the object of a satellite system Message transmission and / or information acquisition with the aid of communications technology connected satellite that consists of at least one low-flying, in Altitudes of, for example, 200 to 2000 km satellites and at least one ground station which rarely has the low-flying satellite in the field of view.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Satellitensystem der vorstehend angegebenen Art vorgeschlagen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verbindung zwischen dem niedrigfliegenden Satelliten mit der Bodenstation über mindestens einen hochfliegenden, vorzugsweise in Höhen von einem Erdradius bis zur Höhe der geostationären Satelliten fliegenden, Relais-Satelliten hergestellt wird.To solve this problem, a satellite system of the above proposed type, which is characterized according to the invention in that the connection between the low-flying satellite and the ground station via at least one soaring, preferably at heights from the radius of the earth to Altitude of geostationary satellites flying, relay satellites is established.

Das erfindungsgemäße System hat den für kleine Staaten wichtigen Vorteil, daß der erforderliche Bodendienst von einer oder ganz wenigen Bodenstationen wahrgenommen werden kann, indem die große Zahl der sonst erforderlichen Bodenstationen durch einen oder mehrere hochfliegende Relais-Satelliten ersetzt wird. Letztere sind nicht nur in Errichtung und Betrieb billiger als ein weit ausgebreitetes Bodennetz, sondern auch ohne politische Schwierigkeiten selbst von kleinen Ländern betreibbar.The system according to the invention has the advantage, which is important for small states, that the necessary ground service is carried out by one or very few ground stations can be done by the large number of otherwise required ground stations one or more soaring relay satellites is replaced. The latter are not only cheaper in construction and operation than a widespread land network, but can even be operated by small countries without political difficulties.

Häufig muß bzw. müssen beim erfindungsgemäßen System der niedrigfliegende Satellit bzw. Satelliten sowohl zur Erdoberfläche als auch zumindest zum nächsten Relais-Satelliten, der in einer Höhe von etwa 1 oder 2 bis zu 6 'Erdradien die Erde umkreist, hochfrequente Verbindung haben. Dann müssen die beiden verschiedenartigen Satelliten des Systems Antennendiagramme aufweisen, die sich mindestens zeit-und teilweise decken. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird in diesem Zusammenhang die Verwendung von Satelliten nach Art des doppeltaktiven Satelliten vorgeschlagen, von denen aus ein Antennendiagramm zur Erde und ein zweites zum korrespondierenden Satelliten gerichtet ist. Derartige doppeltaktive Satelliten in einem aus Satelliten gleicher Flughöhe bestehenden System sind an sich bekannt, beispielsweise aus dem Buch »Cummunication Satellites«, Academic Press, London und New York, 1962, S. B. Sie sind wegen der einzuhaltenden Winkelsteuerung ihrer Antennendiagramme an sich sehr kompliziert. Für ein System nach der Erfindung von Satelliten sehr verschiedener. Flughöhe sind sie aber sehr einfach erstell- und betreibbar, wenn ihre beiden Antennensysteme wie bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung starr miteinander verbunden sind und eine gemeinsame Achse haben und sich nur insofern voneinander unterscheiden, als ihre Strahlrichtungen entgegengesetzt sind, wodurch gleichzeitig in einfacher Weise eine gute Entkopplung der beiden Antennendiagramme des doppeltaktiven Satelliten möglich ist. Wird ein derartiger Beobachtungssatellit zur Beobachtung eines geographischen Gebietes oder Wolkengebietes eingesetzt, das von der bodenseitigen Auswertestation der durch die Beobachtung gewonnenen Informationen so weit entfernt liegt, daß aus Ausbreitungsgründen der verwendeten Mikrowellen keine direkte Nachrichtenverbindung zwischen Beobachtungssatellit und Auswertestation möglich ist - was in der Praxis meistens der Fall ist -, so mußten bisher große Informationsspeicher benutzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Satellitensystem können die Informationsspeicher wegfallen. Sie werden auf die Bodenstelle verlegt, die über die äußeren Relais-Satelliten stets erreichbar ist.In the system according to the invention, the low-flying one often has to or must Satellite or satellites both to the earth's surface and at least to the next Relay satellites that are located at a height of about 1 or 2 to 6 'earth radii circled, have high frequency connection. Then the two must be different The system's satellites have antenna diagrams that are at least time-based and partially cover. According to a further development of the invention, in this context proposed the use of satellites of the double-active type, from which one antenna diagram to earth and a second to the corresponding one Satellite is directed. Such doubly active satellites in one of satellites The same flight altitude existing system are known per se, for example from the Book "Cummunication Satellites", Academic Press, London and New York, 1962, p. B. They are because of the angle control to be observed in their antenna diagrams very complicated. For a system according to the invention of satellites very different. However, they are very easy to set up and operate when their two antenna systems as in a preferred embodiment of the invention rigidly connected to one another and have a common axis and only differ from one another to the extent that as their beam directions are opposite, making it easier at the same time Make a good decoupling of the two antenna diagrams of the double-active satellite is possible. Such an observation satellite becomes an observation of a geographical area or cloud area used from the ground-side Evaluation station of the information obtained through the observation so far away lies in the fact that for reasons of propagation of the microwaves used, there is no direct communication link between observation satellite and evaluation station is possible - which in practice is mostly the case - so previously large information stores had to be used. In the case of the satellite system according to the invention, the information stores can be omitted. They are relocated to the ground, always via the external relay satellites is attainable.

Ausführungsbeispiele von Satellitensystemen nach der Erfindung sind an Hand der Zeichnung nachstehend beschrieben.Are embodiments of satellite systems according to the invention described below with reference to the drawing.

In F i g. 1, die wie sämtliche Abbildungen maßstablich zwecks besserer Übersichtlichkeit stark verzerrt ist, symbolisiert der Kreis 1 die Erde, auf der sich die Auswertestation mit der Richtantenne 2 im Beispiel an der eingezeichneten Stelle befinden möge, die der Auswertung der von dem nach Art eines doppeltaktiven Satelliten niedrigfiiegenden Satelliten 3 ausgestrahlten Signale dient. In den Nachrichtenübertragungsweg zwischen den niedrigfliegenden Satelliten 3 und die Auswertestation 2 ist ein wesentlich höher fliegender Relais-Satellit 4 zwischengeschaltet, so daß die Nachrichten auf den durch die Linien 5 und 6 symbolisierten Nachrichtenwegen in den eingezeichneten Pfeilrichtungen übertragen werden. Die Verwendung eines niedrigfliegenden Satelliten 3 in einer Höhe von wenigen 100 km ist beispielsweise dann erforderlich, wenn derselbe als Relais-Satellit vom Boden abgestrahlte, sehr schwache Signale weiterleiten soll, deren Empfangsfeldstärke in einem weiter entfernt fliegenden Satelliten nicht mehr auswertbar wäre oder wenn der niedrigfliegende Satellit mit Mitteln zur Boden- und/oder Wetterbeobachtung ausgerüstet ist, wobei seine Sendesignale mit den Beobachtungsinformationen moduliert werden, da im letzteren Fall ansonsten keine ausreichend ins Detail gehende Beobachtung möglich ist. Zwangläufig hat ein derart niedrigfliegender Satellit jedoch nur ein relativ kleines Beobachtungsgebiet und die Bodenstationen auch dementsprechend nur eine sehr kleine Sendereichweite bei der Absetzung der Informationen. Dieser Nachteil wird durch die Verwendung des zusätzlichen Satelliten 4 in vielen Fällen verhindert, dessen Höhe in Abhängigkeit von der Lage des von dem Satelliten 3 zu erfassenden Gebietes in bezug auf die Lage der Auswertestation 2 gewählt sein muß.In Fig. 1, which, like all illustrations, is scaled for the purpose of better Clarity is heavily distorted, the circle 1 symbolizes the earth on which the evaluation station with the directional antenna 2 in the example at the one shown May be located, the evaluation of the kind of a double-active Satellite low-level satellite 3 is used to broadcast signals. In the communication path between the low-flying satellites 3 and the evaluation station 2 is an essential higher flying relay satellite 4 interposed so that the news on the message paths symbolized by lines 5 and 6 in the ones shown Arrow directions are transmitted. The use of a low-flying satellite 3 at an altitude of a few 100 km is required, for example, if the same as a relay satellite to transmit very weak signals emitted from the ground, their reception field strength in a satellite flying further away no longer would be evaluable or if the low-flying satellite with means for ground and / or Weather observation is equipped, with its transmission signals with the observation information can be modulated, since in the latter case otherwise none that goes into sufficient detail Observation is possible. Inevitably, however, such a low-flying satellite has only a relatively small observation area and the ground stations accordingly only a very small transmission range when sending the information. This The use of the additional satellite 4 is disadvantageous in many cases prevents its height depending on the position of the satellite 3 to must be selected in relation to the location of the evaluation station 2 to be covered.

Bisher bekannte Systeme zur Nachrichtenübertragung und gegebenenfalls Nachrichtengewinnung, die nach dem bisher an Hand der F i g. 1 beschriebenen Prinzip arbeiten, benutzen Satelliten gleicher Höhe sowie im Satelliten 3 als auch im Satelliten 4 Richtantennensysteme, die ständig automatisch aufeinander ausgerichtet werden müssen, was einen erheblichen wirtschaftlichen Aufwand zur Folge hat. Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform eines Systems wird dieser Aufwand dadurch sehr wesentlich vermindert, daß die Antenne des niedrigfliegenden Satelliten 3 zur Aussendung der von dem Relais-Satelliten 4 zu verarbeitenden Signale starr in Richtung vom Erdmittelpunkt weggerichtet ist und ein derartiges Richtdiagramm aufweist, daß die Signale des niedrigfliegenden Satelliten 3 unter Berücksichtigung der verschiedenen Umlaufperioden der Satelliten 3 und 4 zu vorgegebenen Zeiten durch das Relaisnetz weiterleitbar sind. In vielen Fällen empfiehlt sich - wie aus @ F i g, 1 ersichtlich --- selbstverständlich nicht, die Verwendung scharf gebündelter Richtdiagramme, sondern dieselben müssen weiter aufgefächert sein. Es ist bei der Betrachtung der F i g. 1 allerdings zu berücksichtigen, daß durch die Maßstabsverzerrung der Eindruck entstehen könnte, daß die Auffächerung des Richtdiagramms der Antenne des Satelliten 3 weitaus stärker sein muß als für die praktischen Gegebenheiten erforderlich, da ja die Höhe der Satelliten 3 und 4 über der Erde voraussetzungsgemäß sehr stark voneinander verschieden sein sollen.Previously known systems for message transmission and possibly message acquisition, which according to the previously based on FIG. 1 work, use satellites of the same height and in satellite 3 as well as in satellite 4 directional antenna systems that have to be constantly and automatically aligned with one another, which results in a considerable economic outlay. In the preferred embodiment of a system shown, this effort is significantly reduced in that the antenna of the low-flying satellite 3 for transmitting the signals to be processed by the relay satellite 4 is directed rigidly away from the center of the earth and has a directional diagram such that the signals of the low-flying satellite 3, taking into account the different periods of rotation of the satellites 3 and 4, can be passed on through the relay network at predetermined times. In many cases, as can be seen from @ Fig. 1, it is of course not advisable to use sharply bundled directional diagrams, but rather they have to be fanned out. It is when looking at FIG. 1, however, it should be taken into account that the distortion of scale could give the impression that the fanning out of the directional diagram of the antenna of satellite 3 must be much stronger than necessary for the practical conditions, since the height of satellites 3 and 4 above the earth is, according to the presuppositions, very high should be different from each other.

Wie aus F i.g. 1 ersichtlich, reicht die Verwendung eines einzigen Relais-Satelliten 4 in vielen Anwendungsfällen jedoch nicht aus, da die Umlaufperioden der Satelliten 3 und 4 sehr stark voneinander abweichen und die Auswertestation 2 weit von dem Satelliten 3 zu erfassenden -Gebiet abliegt.As from F i.g. 1, the use of a single one is sufficient Relay satellites 4 in many applications, however, do not work because of the orbital periods of satellites 3 and 4 differ greatly from one another and the evaluation station 2 is far from the satellite 3 to be covered area.

Diese Nachteile vermindert für den ebenen Fall das System gemäß F i g. 2. Die Erde ist in F i g. 2 wiederum mit 1 bezeichnet. Die Nord-Süd-Achse der Erde ist mit 7 bezeichnet, während der Kreis 8 die Umlaufbahn des niedrigfliegenden Satelliten 3 angibt, der in zwei verschiedenen Stellungen -- und -zwar einmal über dem Nordpol mit der Bezeichnung 31 und einmal über dem Äquator mit der Bezeichnung 311 - gezeigt ist. Im vorliegenden Fall - sind' zwei Relais-Satelliten vorgesehen, die sich während ihres Fluges immer auf einer gemeinsamen, durch den Erdmittelpunkt gehenden Achse befinden und deren Höhe wesentlich größer als die des niedrigfliegenden Satelliten ist.These disadvantages are reduced in the flat case by the system according to FIG. 2. The earth is in FIG. 2 again denoted by 1. The north-south axis of the earth is denoted by 7, while the circle 8 indicates the orbit of the low-flying satellite 3, which is in two different positions - one over the north pole with the designation 31 and one over the equator with the Designation 311 - is shown. In the present case - two relay satellites are provided which are always on a common axis going through the center of the earth during their flight and whose height is significantly greater than that of the low-flying satellite.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, diese zwei Relais-Satelliten, die in F i g. 2 mit 9 und 10 bezeichnet sind, als geostationäre Satelliten über der Äquatorialzone 3 der Erde zu betreiben. Dann ergibt sich, wie aus F i g. 2 hervorgeht, nur eine relativ schmale, in Nord-Süd-Richtung liegende Zone auf der Erde, in der die durch den niedrigfliegenden Satelliten gewonnenen und über einen der Relais-Satelliten weitergeleiteten Informationen nicht empfangbar sind. Diese Zone ist in F i g. 2 in gekreuzter Schraffur mit 11 bezeichnet.In many cases it is useful to have these two relay satellites, the in F i g. 2 labeled 9 and 10, as geostationary satellites above of the equatorial zone 3 of the earth. It then follows, as shown in FIG. 2 shows only a relatively narrow zone on earth in a north-south direction in which those obtained by the low-flying satellite and via one of the relay satellites forwarded information cannot be received. This zone is shown in FIG. 2 Marked with 11 in crossed hatching.

Nach F i g. 3 ist zur Vergrößerung des räumlichen Empfangsbereiches das Satellitensystem dahingehend erweitert, daß das Relaisnetz außer den niedrigfliegenden Satelliten an Stelle der in F i g. 2 gezeigten zwei hochfliegenden Satelliten 9 und 10, die jedoch nicht unbedingt stationär zu sein brauchen, drei Relais-Satelliten enthält, die sich über der Äquatorialzone der Erde befinden und deren gegenseitige Lage den drei Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks entspricht.According to FIG. 3 is to enlarge the spatial reception area the satellite system expanded to include the relay network, except for the low-flying ones Satellites in place of the in FIG. 2 two soaring satellites 9 shown and 10, but not necessarily stationary, three relay satellites which are located above the equatorial zone of the earth and their mutual Position corresponds to the three corner points of an equilateral triangle.

Nach F i g. 3 sind in großer Entfernung zur Erde 1 vier Relais-Satelliten vorgesehen, die mit 12 bis 15 bezeichnet sind. In F i g. 3 sind verschiedene mögliche Lagen und eine mögliche Umlaufbahn 16 des niedrigfiiegenden Satelliten eingezeichnet, der an verschiedenen Stellen wiederum mit 31, 311 und 3111 bezeichnet ist. Die gegenseitige Lage der jeweils in gleicher Entfernung zum Erdmittelpunkt befindlichen Satelliten 12 bis 15 entspricht den Ecken eines Tetraeders, durch die eine gemeinsame Kugeloberfläche 17 geht.According to FIG. 3 four relay satellites are provided at a great distance from earth 1 , which are designated with 12 to 15. In Fig. 3 different possible positions and a possible orbit 16 of the low-altitude satellite are drawn in, which is in turn designated by 31, 311 and 3111 at different points. The mutual position of the satellites 12 to 15 located at the same distance from the center of the earth corresponds to the corners of a tetrahedron through which a common spherical surface 17 passes.

Claims

Claims: 1. Satellite system for message transmission and / or Obtaining information with at least one low-flying satellite at high altitudes, which are only a fraction of the radius of the earth, and with at least one ground station, which rarely has the low-flying satellite in the field of view e t that the link between the low-flying satellite and the ground station over at least one soaring, preferably at heights of one earth radius Relay satellites manufactured up to the level of the geostationary satellites flying will.

2. Satellite system according to claim 1, characterized in that the antenna (s) of the low-flying satellite (s) to transmit the relay satellite (s) to be processed signals is directed away rigidly in the direction of the center of the earth or are and each has or have such a directional diagram that the signals of the low-flying satellite (s) taking into account the different orbital periods of all satellites can be forwarded through the relay network are.

3. Satellite system according to claim 1 or 2, characterized in that the Relay network contains two relay satellites that are always on during their flight a common axis going through the center of the earth.

4. Satellite system according to claim 3, characterized in that the two relay satellites are geostationary and are located above the equatorial zone of the earth.

5. Satellite system according to Claim 1 or 2, characterized in that the relay network has three relay satellites that are geostationary and located above the equatorial zone of the earth, their mutual position the three corner points of a preferably equilateral Triangle.

6. Satellite system according to claim 1 or 2, characterized in that that the relay network contains four relay satellites, their orbits in different Levels lie.

7. Satellite system according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the low-flying satellite (s) is (are) an observation satellite, whose (whose) transmission signals are modulated with the observation information. B. System according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the low-flying Satellite is a doubly active satellite in a manner known per se, whose one another opposing antenna diagrams have the same main axes.