DE2548277A1 - SATELLITE MESSAGE TRANSMISSION PROCEDURE - Google Patents
SATELLITE MESSAGE TRANSMISSION PROCEDUREInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München, 2 δ. ΟΚΤ. 1975SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München, 2 δ. ΟΚΤ. 1975
Berlin und München it Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich it Witteisbacherplatz 2
VPA 75 P 53 3 6 BRDVPA 75 P 53 3 6 FRG
Satell iten-Nachricbtenübertragungsverf ahrenSatellite message transmission method
Die Erfindung bezieht sich auf ein Satelliten-Kachrichtonübertragungsve rf ahren, bei dem ein lagestabilisierter Satellit die für ein bestisantes Versorgungsgebiet vorgesehenen Informationen, beispielsweise Rundfunk- und Fernsehsignale, über Richtfunk von einer Bodenstation empfängt und gegebenenfalls nach einer oder mehreren Umsetzungen über seine auf das Veraorgungsgebiet ausgerichtete Sendeantenne abstrahlt»The invention relates to a satellite message transmission system in which a position-stabilized satellite provides the information intended for a particular coverage area, For example, radio and television signals, received via radio relay from a ground station and possibly after an or several implementations over its aimed at the supply area Transmitting antenna emits »
Regionale Satell it ensystese, wie sie beispielsweise in der Zeitschrift "Funktechnik" 26 (1971), Heft 1, Seiten 8 bis 10 beschrieben worden, sind, sind beispielsv/eise für die Versorgung ong begrenzter Gebiete der Erdoberfläche mit Fernsehprogrammen vorgesehen. Die Ausleuchtung eng begrenzter Gebiete durch äio .Satellitenantenne wird gerade für Europa durch die verschiedenen Sprachen und die verschiedenen Frequenznormen erzwungen. Entsprechendes gilt für Satelliten, mit deren Hilfe gebietsweise eine Versorgung mit Rimdfunkprogrammen vorgesehen werden soll. Um einerseits Nachbargebiete nicht zu stören und. andererseits 2x,;c Einsparung von satellitenseitiger Sendeleistung scharf bündelnde Antennen zur Anwendung bringen zu köniiön, ist es erforderlich, die Halbwertsbreite solcher Satellite-nsendeantennen in der Größenordnung von 1° festzulegen. Damit der Richtstrahl einer solchen mit dein Satelliten starr verbundenen Sendeantenne auf der Erdoberfläche nicht wandert, ist eine extrem gute Lage- und Positionsstabilisierung des Satelliten in der Größenordnung von 0,1° erforderlich.Regional satellite systems, as described, for example, in the magazine "Funktechnik" 26 (1971), Issue 1, pages 8 to 10, are provided for example for supplying limited areas of the earth's surface with television programs. The illumination of narrowly limited areas by eio .Satellitenantenne is enforced especially for Europe by the different languages and the different frequency standards. The same applies to satellites, with the help of which provision with rim radio programs is to be provided for in certain areas. On the one hand not to disturb neighboring areas and. on the other hand 2x ,; c saving of satellite-side transmission power to be able to use sharply bundling antennas, it is necessary to set the half-width of such satellite-transmitting antennas in the order of magnitude of 1 °. So that the directional beam of such a transmitting antenna rigidly connected to your satellite does not migrate on the earth's surface, an extremely good attitude and position stabilization of the satellite in the order of 0.1 ° is required.
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Wie einschlägige Untersuchungen ergeben haben, bedeuten diese hohen Anforderungen einen außerordentlich hohen technischen Aufwand an Mitteln zur Lage- und Positionsstabilisierung des Satelliten, die ihre Verwirklichung in Frage stellt.As relevant studies have shown, these high requirements mean an extremely high technical effort of means for attitude and position stabilization of the satellite, which calls into question their realization.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Satelliten-Nachrichtenübertragungssystem der einleitend beschriebenen Art ein geeignetes Verfahren anzugeben, mit dessen Hilfe bei relativ geringem Aufwand die genaue Ausrichtung der Satelliten-Sendeantenne bzw. deren Sendestrahl auf das Versorgungsgebiet in der angegebenen Größenordnung gewährleistet werden kann.The invention is based on the object for a satellite communication system of the type described in the introduction to specify a suitable method with the help of which with relatively little Effort the exact alignment of the satellite transmission antenna or its transmission beam on the coverage area in the specified order of magnitude can be guaranteed.
Ausgehend von einem Satelliten-Nachrichtenübertragungsverfahren, bei dem ein lagestabilisierter Satellit die für ein bestimmtes Versorgungsgebiet vorgesehenen Informationen, beispielsweise Rundfunk- und Fernsehsignale, über Richtfunk von einer Bodenstation empfängt und gegebenenfalls nach einer oder mehreren Umsetzungen über seine auf das Versorgungsgebiet ausgerichtete Sendeantenne abstrahlt, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß mehrere, örtlich getrennte Bodenstationen im Versorgungsgebiet markierte Peilstrahlen aiissenden, die an Bord des Satelliten mit einer richtungsempfindlichen Peilantenne und einer richtungsunempfindlichen Referenzantenne mit im Vergleich zur Peilantenne kleinem Durchmesser empfangen werden und aus denen durch Vergleich von Soll- und Isträndabfall des Strahlungsdiagramms in Richtung der Bodenstationen ein Regelkriterium gebildet wird, mit dessen Hilfe der Antennenstrahl auf das Versorgungsgebiet feinnachgeführt wird.Based on a satellite message transmission method in which a position-stabilized satellite is responsible for a specific Information provided for the coverage area, for example radio and television signals, via directional radio from a ground station receives and, if necessary, after one or more conversions via its targeting the supply area Emits transmitting antenna, this object is achieved according to the invention in such a way that several, spatially separated ground stations In the coverage area, they emit direction-finding beams that are marked Board the satellite with a direction-sensitive DF antenna and a direction-insensitive reference antenna with in comparison to the small-diameter DF antenna and from which by comparing the target and current drop of the radiation diagram In the direction of the ground stations, a control criterion is formed, with the help of which the antenna beam is directed to the service area is fine-tracked.
Eine elektrische Feinnachführung nur der Sendeantenne bzw. deren Sendestrahls stellt keine besonderen Anforderungen an das Satellitenlage- und Positionsstabilisierungssystem dar, da mit Hilfe einer solchen Feinnachführung die erhöhten Anforderungen an die Ausrichtung der Sendeantenne auf das VersorgungsgeMet ohne größere Schwierigkeiten erfüllt werden können. Von besonderemAn electrical fine tracking of only the transmitting antenna or its transmitting beam does not make any special demands on the satellite position and position stabilization system, since with the help of such fine tracking the increased demands on the Alignment of the transmitting antenna on the supply meter can be met without major difficulties. Of special
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Vorteil ist bei der Feinnachführung nach der Erfindung, daß kein bordseitiger Peilsender nötig ist, d.h. bordseitig keine zusätzliche Energie aufgewendet werden muß, daß lokale Wettereinflüsse eliminiert sind, daß eine eindeutige Systemschnittstelle gegeben ist, die Regelstrecke nur eine geringe Totzeit aufweist und ferner voneinander unabhängige Bodenstationen eingesetzt werden können.The advantage of the fine tracking according to the invention is that no On-board direction finder transmitter is necessary, i.e. no additional energy has to be used on-board to prevent local weather influences are eliminated that a clear system interface is given, the controlled system has only a short dead time and further independent ground stations can be used.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß die Sendeantenne des Satelliten als Peilantenne benutzt wird, so daß also die optimalen Strahlungseigenschaften der Bordsendeantenne erhalten bleiben und die Messung über das Strahlungsdiagramm dieser unveränderten Sendeantenne erfolgt.In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention it is provided that the transmitting antenna of the satellite is used as a direction finding antenna is used, so that the optimal radiation properties of the on-board transmitter antenna are retained and the measurement via the Radiation diagram of this unchanged transmitting antenna takes place.
Als Referenzantenne wird in vorteilhafter Weise die Empfangsantenne des Satelliten mit im Vergleich zur Sendeantenne kleinerem Durchmesser benutzt.The receiving antenna is advantageously used as the reference antenna of the satellite with a smaller diameter compared to the transmitting antenna.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist ferner vorgesehen, daß die über die Peil- und Referenzantenne empfangenen Signale aus dem Sende- bzw. Empfangszweig selektiv ausgekoppelt und einem Komparator zur Bildung der Pegeldifferenzen zugeleitet werden.In an advantageous embodiment of the subject matter of the invention, it is also provided that the direction finding and reference antenna received signals from the transmitting or receiving branch selectively decoupled and a comparator for forming the level differences be forwarded.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.
In der Zeichnung zeigenShow in the drawing
Fig. 1 die Konturen des Versorgungsgebietes und die Lage der Bodenstationen innerhalb des Versorgungsgebietes undFig. 1 shows the contours of the coverage area and the location of the ground stations within the coverage area and
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung die wesentlichen Einrichtungen der Bodenstationen und des Satelliten.2 shows a schematic representation of the essential facilities of the ground stations and the satellite.
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In Fig. 1 ist das Versorgungs- bzw. Ausleuchtgebiet F in seinem Umriß dargestellt. Dieses Versorgungsgebiet ist elliptisch begrenzt und die Antennenkeule mit elliptischem Querschnitt in Solllage (vgl. die strichliert eingezeichneten Ellipsen L, die Linien konstanten Pegels darstellen). Die Lage dreier Bodenstationen St1, St2, St3 ist vorgegeben durch Punkte gleichen Randabfalls des Peildiagramms auf den Endpunkten der Ellipsenhauptachsen. Die reine Verdrehung der elliptischen Keule um ihre Hauptachse kann im Rahmen der Grobregelung als vernachlässigbar klein angesehen werden.In Fig. 1, the supply or footprint F is shown in its outline. This coverage area is bounded elliptically and the antenna lobe with elliptical cross-section in the desired position (cf. the dashed ellipses L, the lines constant level). The location of three ground stations St1, St2, St3 is given by points of the same drop in edge of the bearing diagram on the end points of the main axes of the ellipse. the Pure rotation of the elliptical lobe around its main axis can be viewed as negligibly small in the context of the coarse control will.
Bei der schematischen Darstellung nach Fig. 2 sind mit St1 und St2 zwei voneinander unabhängige, örtlich getrennte Bodenstationen bezeichnet. Diese Bodenstationen senden innerhalb des Ausleuchtgebietes, vorzugsweise am Rand des durch den vorgegebenen Randabfall des Peildiagramms definierten Ausleuchtbereichs, markierte Peilstrahlen in Richtung des Satelliten, wobei zur bodenseitigen Kennzeichnung der einzelnen Peilstrahlen verschiedene Ausführungsvarianten möglich sind, beispielsweise Mehrträgerverfahren oder Mehrtonmodulation, Die Sendeantennen der Bodenstationen St1 und St2, die mit leicht unterschiedlichen Frequenzen (f. ^ f.) senden, sind mit SAi und SAj bezeichnet. Die Gewinne Gß. und Gp. dieser Sendeantennen sind etwa gleich groß, während die troposphärische Ausbreitungsdämpfung a^. bzw. a+.. im allgemeinen unterschiedlich ist. Der troposphärische Ausbreitungsweg der Antennenstrahlung zwisehen den Bodenstationen und dem Satelliten ist strichliert in der Figur eingezeichnet, wobei die in der Figur rechts von der strichlierten Linienführung dargestellten Elements zum Satelliten gehören.In the schematic representation according to FIG. 2, St1 and St2 denote two ground stations that are independent of one another and that are spatially separated. These ground stations transmit marked bearing beams in the direction of the satellite within the coverage area, preferably at the edge of the coverage area defined by the predetermined drop in the edge of the bearing diagram St2, which transmit at slightly different frequencies (f. ^ F.), Are labeled SAi and SAj. The profits G ß . and Gp. of these transmitting antennas are about the same size, while the tropospheric propagation loss a ^. or a + .. is generally different. The tropospheric propagation path of the antenna radiation between the ground stations and the satellite is drawn in dashed lines in the figure, the elements shown in the figure to the right of the dashed lines belonging to the satellite.
Der Satellit enhält eine Bordsendeantenne S und eine Empfangsantenne E. Im Empfangs- und Sendeweg des Satelliten ist jeweils zwischen der betreffenden Antenne,S, E und einem Transponder T zur Frequenzumsetzung von der Empfangs- in die Sendelage eine frequenzselektive Auskopplung K eingefügt, deren AuskoppelausgangThe satellite contains an on-board transmitting antenna S and a receiving antenna E. In the reception and transmission path of the satellite is between the antenna concerned, S, E and a transponder T For frequency conversion from the receiving to the transmitting position, a frequency-selective decoupling K is inserted, its decoupling output
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mit den Eingängen eines Zweikanalempfängers Z verbunden ist. An dessen Ausgang wiederum ist ein Amplitudenvergleicher AV zur Bildung eines Nachführsignals angeschaltet.is connected to the inputs of a two-channel receiver Z. At its output there is in turn an amplitude comparator AV for formation of a tracking signal switched on.
Die richtungsempfindliche Bordsendeantenne S wird zur Peilung als Empfangsantenne, kurz "Peilantenne", "betrieben. Der Gewinn der Peilantenne ist innerhalb des Ausleuchtwinkels richtungsabhängig, d.h. der Gewinn ist für die Peilstrahlen der verschiedenen Bodenstationen unterschiedlich (GSi Φ Gg-j)· Als Referenzantenne, deren Gewinn innerhalb des um den Winkelfehler der Satellitengrobregelung vergrößerten, durch die Lage der Bodenstationen vorgegebenen Bereichs praktisch konstant bleibt (Gg. = GE-) wird eine Antenne mit kleinem Durchmesser verwendet, vorzugsweise, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt die bereits vorhandene, richtungsunempfindliche Satellitenempfangsantenne E.The direction-sensitive on-board transmitter antenna S is operated for taking bearings as a receiving antenna, or "DF", ". The gain of the loop antenna is directional within the firing angle, ie the profit is different for the DF beams of different ground stations (G Si Φ G gj) · As a reference antenna, the gain of which remains practically constant within the range given by the position of the ground stations and increased by the angle error of the coarse satellite control (Gg. = G E -), an antenna with a small diameter is used, preferably, as shown in the exemplary embodiment, the already existing, directionally insensitive satellite receiving antenna E .
Die über Peil- und Referenzantenne S und E empfangenen Signale der verschiedenen Bodenstationen werden über die frequenzselektive Auskopplung K aus den Sende- bzw. Empfangszweig I, II selektiv ausgekoppelt und einem Komparator (Amplitudaverglei.cher AV) zur Bildung der Pegeldifferenzen zugeleitet. Hierbei ergibt sich beispielsweise für Δ^ als Pegeldifferenz zwischen dem von der Peilantenne S empfangenen Peilsignal PS und dem von der Referenzantenne E empfangenen, als Referenzsignal dienenden Peilsignal der Bodenstation St1The signals from the various ground stations received via DF and reference antennas S and E are frequency-selective Decoupling K from the transmitting and receiving branches I, II selectively decoupled and a comparator (amplitude comparison AV) to form the level differences. This results, for example, for Δ ^ as the level difference between that of the DF antenna S received DF signal PS and that of the reference antenna E received, serving as a reference signal bearing signal of the ground station St1
Äi - fsi + GBi - ati * GSi,- ,(PSi + GBi " ati + GEi> - GSi - G Ä i - fsi + G Bi - a ti * G Si, -, (P Si + G Bi " a ti + G Ei> - G Si - G
Peilsignal ReferenzsignalBearing signal reference signal
Die bodenseitige Sendeleistung Pg< sowie die atmosphärische Dämpfung a+. werden dabei eliminiert. Bei bekanntem Gewinn der Referenzantenne könnte man sofort über das - nominelle - Strahlungsdiagramm die jeweiligen Ablagewinkel ermitteln. Da der während der Missionsphase tatsächlich existierende Antennenge-The ground-side transmission power Pg < as well as the atmospheric attenuation a +. are eliminated in the process. If the win is known, the The reference antenna could be used to determine the respective offset angle immediately via the - nominal - radiation diagram. Since the antennae actually existing during the mission phase
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winn jedoch kaum meßbar ist und Verformungen des Strahlungsdiagramms auftreten können, ist es sinnvoll, eine weitere Differenzbildung zur wenigstens teilweisen Eliminierung dieser Einflüsse vorzunehmen. Es ergibt sich dann für das Nachführ signalHowever, winn is hardly measurable and deformations of the radiation diagram can occur, it makes sense to calculate a further difference to at least partially eliminate these influences to undertake. It then results for the tracking signal
Da entsprechend der Voraussetzung bei Sollage Δ^. = 0 sein muß, ist damit ein Maß für die Ablage des Hauptkeulenzentrums vom Sollzentrum gegeben. Eine formtreue Aufweitung der Strahlungskeule ist damit unerheblich. Das Nachführsignal wird zur Feinnachführung des Antennenstrahls verwendet, es kann also zur Ausrichtung des gesamten Satelliten, der Antenne, oder vorzugsweise von Teilen der Antenne, z.B. Verdrehung von Reflektor gegenüber Erreger dienen.Since according to the prerequisite at target position Δ ^. = Must be 0, is thus a measure for the offset of the main lobe center from the target center. A dimensionally accurate expansion of the radiation lobe is therefore irrelevant. The tracking signal is used for fine tracking of the antenna beam is used, so it can be used to align the entire satellite, the antenna, or preferably parts of the antenna, e.g. twisting the reflector in relation to the exciter.
4 Patentansprüche
2 Figuren4 claims
2 figures
.VPA 9/643/4001.VPA 9/643/4001
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