-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Satellitensystem für geneigte,
geosynchrone Umlaufbahnen über
einer Landmasse mit: einem Versorgungsbereich bzw. Dienstgebiet
auf der Erdoberfläche,
das einen vorbestimmten minimalen Elevationswinkel zum Horizont
aufweist; einem ersten Satelliten und einem zweiten Satelliten,
die jeweils eine exzentrische, im Wesentlichen 24-Stunden-periodische,
geosynchrone Umlaufbahn im Bezug auf die Erde aufweisen und die
eine koinzidente Himmelsbahn aufweisen, wenn sie von dem Dienstgebiet
aus betrachtet werden, wobei die Umlaufbahnen relativ zu einer Äquatorialebene
der Erde geneigt sind; und einem koinzidenten Betriebsbogen, der
durch eine Untermenge von Punkten auf der Himmelsbahn über dem Dienstgebiet
definiert ist, wobei der erste Satellit und der zweite Satellit
auf dem koinzidenten Betriebsbogen arbeiten.
-
Ein
solches System ist aus der
US
4,943,808 (Dulk et al.) bekannt.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Überkopfsystem mit geneigten,
exzentrischen, geosynchronen Orbitsatelliten-Umlaufbahnen und insbesondere
ein Satellitensystem, dessen Betrieb überkopf konzentriert ist, wenn
man es aus einem Dienstgebiet betrachtet.
-
Satelliten
in geostationären
Umlaufbahnen (GSO) wurden für
mehrere Jahrzehnte aufgrund der wirtschaftlichen Vorteile, die durch
solche Umlaufbahnen geboten werden, weitestgehend bevorzugt. In
einer geostationären
Umlaufbahn erscheint ein Satellit, der über den Äquator der Erde in derselben Richtung,
in die sich die Erde dreht, und der mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit
wandert, stationär relativ
zu einem Punkt auf der Erde. Diese Satelliten sind an allen Orten
innerhalb ihrer Dienstgebiete immer "in Sicht", so dass ihre Nutzungseffizienz effektiv 100%
beträgt.
Antennen bei Boden-Erd-Stationen müssen lediglich einmal auf einen
GSO-Satelliten ausgerichtet werden; ein Verfolgungssystem ist nicht erforderlich.
-
Ein
Koordinierung zwischen GSO und mit terrestrischen Diensten wird
durch eine staatliche Zuweisung von bestimmten "Schlitzen" ("slots") vereinfacht, die
hinsichtlich eines Winkels gemäß einem Diensttyp
beabstandet sind. Vorausgesetzt, man wünscht sich, geostationäre Satellitenumlaufbahnen vorzusehen,
und angesichts der Tatsache, dass es lediglich eine endliche Anzahl
von zur Verfügung
stehenden "Schlitzen" in dem geostationären "Gürtel" gibt, war die Kapazität des Letzteren
im Wesentlichen mit Satelliten gesättigt, die in gewünschten
Frequenzbändern
bis zum Ku-Band (bis zu 18 GHz) betrieben wurden. Folglich hat die
Regierung die zunehmend weniger werdenden Restschlitze versteigert.
-
Dies
hat zur Entwicklung von komplexen und teuren neuen Systemen ermutigt,
einschließlich
solchen, die niedrigere Erdumlaufbahnen (LEO), mittlere Erdumlaufbahnen
(MEO) und/oder höhere
Frequenzen, z.B. das Ka-Band (bis zu ungefähr 40 GHz), verwenden. Ein
Wachstum zu höheren
Frequenzen hin wird durch Technologieprobleme und Probleme bei der
Ausbreitung beschränkt,
und eine Erweiterung bei Satellitenanwendungen erfordert eine Ausnutzung
der räumlichen
Dimension (d.h. oberhalb und unterhalb des GSO-Gürtels). Eine Unmenge von vorgeschlagenen
LEO- und MEO-Systemen sind beispielhaft für diese Richtung. Ein Nachteil für Nutzer
von LEO- und MEO-Systemen ist die relative Unsicherheit hinsichtlich
einer Satellitenposition und einer schnellen Bewegung, was typischerweise zur
Verwendung von omnidirektionalen Antennen mit geringer Verstärkung führt, die
eine Datenrate beschränken.
-
Hochelliptische
Umlaufbahnen (HEO), wie z.B. die von den Russen verwendete 12-stündige "Molniya" und die 8-stündige "Archimedes" der Europäischen Raumfahrtagentur,
wurden verwendet. Nachteile von HEOs umfassen einen kürzeren Bruchteil
von Dienst an ein gegebenes Gebiet (eine bruchteilartige geosynchrone
Periode verursacht mehrere Knoten über der Erde) und erfordert
eine spezielle 63°-Neigung (, um Treibstoffanforderungen aufgrund
eines niedrigen Perigäums
zu minimieren). LEO-, MEO- und HEO-Systeme brauchen mehr Satelliten
zur Abdeckung bei einem bestimmten Elevationswinkel für ein einzelnes
Dienstgebiet, als es die vorliegende Erfindung tut.
-
Ein
weiterer ersichtlicher Nachteil bei der Verwendung von allen geneigten
Umlaufbahnen ist eine relative Bewegung in Bezug auf den Boden.
Für breite
Bandbreiten würden
Bodenstationen mit zweidimensionalen Verfolgungsantennen benötigt werden.
Verfolgungsantennen sind relativ teuer und werden deshalb nicht
für Verbraucheranwendungen
in Betracht gezogen.
-
Es
sind keine Anstrengungen bekannt, Überkopfsysteme mit geneigten,
exzentrischen, geosynchronen Umlaufbahnen (IEGOs) auf eine systematische
Art und Weise auszunutzen, obwohl der nicht verwendete Bereich von
geneigten exzentrischen geosynchronen Umlaufbahnen ein großes Potenzial
für das
koordinierbare Wachstum an Satellitendienst bietet.
-
Während verschiedene
bekannte Systeme relativ zufrieden stellend und effizient arbeiten,
offenbart keines die Vorteile des Überkopfsystems mit geneigten exzentrischen
geosynchronen Satellitenumlaufbahnen gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie sie nachfolgend detaillierter beschrieben wird.
-
Die
europäische
Patentanmeldung
EP
0 959 573 A2 stellt Stand der Technik gemäß Artikel
54 (3) EPÜ dar.
Diese Anmeldung betrifft ein System zum effizienten Übertragen
an mobile Empfänger über Satellit
in Dienstgebieten in einer hohen geografischen Breite. Dementsprechend
umfassen Satellitenaudioübertragungssysteme
Orbitkonstellationen zum Vorsehen einer Abdeckung mit Audioübertragungssignalen
bei hohem Elevationswinkel von den Satelliten der Konstellation
an feste und mobile Empfänger
innerhalb von Dienstgebieten, die sich bei geografischen Breiten
befinden, die ausreichend vom Äquator
entfernt sind.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System
mit geneigten geosynchronen Satellitenumlaufbahnen vorzusehen.
-
Dies
wird durch ein System der eingangs erwähnten Art gelöst, wobei
der erste Satellit eine erste Umlaufbahn mit einer ersten Neigung
relativ zu der Äquatorebene
der Erde aufweist und wobei der zweite Satellit eine zweite Umlaufbahn
aufweist, die eine zweite Neigung relativ zu der Äquatorebene
der Erde aufweist, wobei die erste Neigung unterschiedlich zu der
zweiten Neigung ist.
-
Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
ein Satellitensystem, das einen Nutzen aus geneigten exzentrischen
geosynchronen Umlaufbahnen zieht, um einen relativ günstigen
Satellitendienst bereitzustellen, der insbesondere für Verbrauchermärkte geeignet
ist.
-
Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
auch ein Satellitensystem mit einer kontinuierlichen Abdeckung des
Dienstgebiets unter Verwendung eines synchronisierten Satzes aus
zwei oder mehr Satelliten.
-
Bei
einem Aspekt der Erfindung weist ein synchronisiertes System mit
geneigten exzentrischen geosynchronen Satellitenumlaufbahnen (IEGO)
ein Dienstgebiet auf, das auf der Oberfläche der Erde definiert ist.
Das Dienstgebiet ist bei Elevationswinkeln definiert, die größer als
ein vorbestimmtes Minimum gegenüber
dem Horizont sind, und zwar von überall
innerhalb des Dienstgebiets zu dem Satellitensystem. Ein IEGO-Satellit
weist eine Umlaufbahn in Bezug auf die Erde auf, die eine Orbithimmelsbahn
aufweist, die fest im Himmel ist, wenn man sie aus dem Dienstgebiet
betrachtet. Natürlich
weist die Himmelsbahn eine Bodenbahn auf, die ihr entspricht. Ein
Betriebsbogen ("operating
arc") ist durch eine
Untermenge der Orbithimmelsbahn über
dem Dienstgebiet definiert. Die Satelliten des Satzes arbeiten sukzessive
auf dem Betriebsbogenabschnitt der Himmelsbahn.
-
Ein
Vorteil ist, dass das Überkopfsystem
eine kontinuierliche Abdeckung bei hohen Elevationen ermöglichen
kann, wobei eine Übergabe
("hand over") zu einem anderen
Satelliten erfolgt, der sich in Phase in der gleichen Bahn befindet.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Verwendung
einer aufwärts
gerichteten Nutzerantenne mit konischem Muster anstatt einer Verfolgungsantenne möglich ist.
-
Die
Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Ausführungsform
zum Ausführen
der Erfindung einfach ersichtlich, wenn man sie in Verbindung mit
den beigefügten
Zeichnungen und angehängten
Ansprüchen sieht.
-
Eine
vollständigere
Würdigung
der Erfindung und viele der begleitenden Vorteile und Merkmale derselben
können
auf einfache Weise durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte
Beschreibung erhalten werden, wenn man sie mit den beigefügten Zeichnungen
betrachtet, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in
allen Ansichten zeigen, wobei:
-
1 eine
perspektivische Ansicht einer geneigten elliptischen geosynchronen
Umlaufbahn, einer geneigten geosynchronen Umlaufbahn und einer geostationären (IEGO)
Umlaufbahn relativ zu der Erde darstellt. Die letzten beiden Umlaufbahnen
dienen lediglich als Referenz.
-
2 stellt
eine perspektivische Ansicht ähnlich
zu der der 1 zeitlich 5 Stunden später dar.
-
3 stellt
eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung dar, wobei zwei IEGO-Umlaufebenen derart errichtet werden,
dass ein in Phase befindliches Paar von Satelliten einander auf
einer gemeinsamen Boden- bzw. Himmelsbahn folgen.
-
4 stellt
eine gleichrechtwinklige Projektionskarte dar, die eine typische,
mit der vorliegenden Erfindung verknüpfte Bodenbahn zeigt.
-
5 stellt
einen Blick nach oben eines Betriebsbogens des IEGO-Systems der 4 dar.
-
6 stellt
eine perspektivische Ansicht eines nach oben gerichteten Empfangskegels
in Bezug auf eine Antenne bei einer Anwendung der Erfindung dar.
-
7 stellt
eine zum Himmel gerichtete Darstellung eines Zwei-IEGO-Systems mit einer
Exzentrizität
von 0,463 bei fünf
Orten in den kontinentalen USA dar.
-
8 stellt
eine Abänderung
der 7 mit einer Exzentrizität von 0,31 dar.
-
9 stellt
einen zum Himmel gerichteten Darstellung eines Drei-IEGO-Systems mit
einer Exzentrizität
von 0,505 dar.
-
10 stellt
eine zum Himmel gerichtete Darstellung eines Drei-IEGO-Systems mit einer
Exzentrizität
von 0,203 dar.
-
11 stellt
eine zum Himmel gerichtete Darstellung eines Zwei-IEGO-Systems mit einer
Exzentrizität
von 0,24 dar.
-
12 stellt
eine Darstellung eines Elevationswinkels in Grad gegenüber einer
Exzentrizität dar,
die ein IEGO-System mit einem Molniya-System vergleicht.
-
13 stellt
einen Graphen dar, bei dem eine Richtwirkung gegenüber einer
Exzentrizität
aufgetragen ist, und wobei ein IEGO-System und ein Molniya-System verglichen
werden.
-
14 stellt
eine Darstellung eines Elevationswinkels in Grad gegenüber einer
Exzentrizität dar,
wobei ein IEGO-System und ein Molniya-System verglichen werden.
-
15 stellt
eine Darstellung dar, bei dem eine Richtwirkung gegenüber einer
Exzentrizität
aufgetragen ist und wobei ein IEGO-System und ein Molniya-System verglichen
werden.
-
Die
vorliegende Erfindung ist hier in Form eines Satellitenumlaufbahnsystems
unter Verwendung von verschiedenen Neigungswinkeln, Exzentrizitätswerten
und anderen Werten veranschaulicht. Es versteht sich, dass spezifische
numerische Werte als Beispiele und nicht als endgültige Konstruktionswerte
eingeführt
werden.
-
Das
Wesen der Erfindung ist die Errichtung von geneigten, vorzugsweise
geosynchronen, Satellitenumlaufbahnen mit sich wiederholenden Bodenbahnen
auf der Erde, deren Himmelsbahnen Betriebsbögen umfassen, die auf einen
festen über
dem Dienstgebiet beschränkt
sind.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung ermöglichen (24-stündige) geneigte
elliptische geosynchrone Umlaufbahnen(IEGO)-Satelliten einen Betrieb,
um Dienste mit hohem Elevationswinkel für eine vorbestimmte Dienstregion
auf einer Landmasse mit einer möglichen
Spektrumswiederverwendung für
kleine Dienstgebiete.
-
Bezug
nehmend auf 1 ist die Erde 10 mit einer
geneigten exzentrischen geosynchronen Umlaufbahn (IEGO) 12 gezeigt,
die einen IEGO-Satelliten 14 aufweist. Eine IEGO-Umlaufbahn 12 ist
im Gegensatz zu einer geneigten geosynchronen Umlaufbahn (IGO) 16 gezeigt.
Eine IGO-Umlaufbahn 16 ist eine geneigte kreisförmige Umlaufbahn,
die um die Erde 10 zentriert ist. Eine IGO-Umlaufbahn 16 weist einen
IGO-Satelliten 18 in einer ersten Position auf, die als
Referenz verwendet wird. Eine geostationäre (GSO)-Umlaufbahn 20 ist
ebenfalls als Kontrast gezeigt und weist einen GSO-Satelliten 22 auf.
Jeder der Satelliten 14, 18 und 22 folgt
seiner jeweiligen Umlaufbahn 12, 16, 20,
wenn er um die Erde 10 wandert.
-
1 und 2 veranschaulichen
einige allgemeine Unterschiede zwischen einer GSO-, einer IGO- und
einer IEGO-Umlaufbahn. Bei diesem Beispiel weist eine GSO-Umlaufbahn 20 einen
Radius R auf. Eine GSO-Umlaufbahn 20 ist auf der Äquatorebene
der Erde 10 definiert. Wenn sich die Erde 10 täglich dreht,
bleibt ein GSO-Satellit 22 im Wesentlichen über einer
konstanten Position der Erde. Wenn man ihn von einem Punkt auf der
Erde betrachtet, ist der Elevationswinkel des Satelliten konstant.
-
Eine
IGO-Umlaufbahn 16 weist ebenfalls einen Radius R auf, der
der gleiche ist wie der einer GSO-Umlaufbahn 20. Eine IGO-Umlaufbahn 16 ist ebenfalls
auf einer Ebene angeordnet, die einen Neigungswinkel 24 in
Bezug auf die Äquatorebene
mit einer GSO-Umlaufbahn 20 aufweist. Die durch die IGO-Umlaufbahn 16 und
die GSO-Umlaufbahn 20 definierte Ebene schneidet sich bei
einer Linie von Knoten 26, die sich durch die Mitte der
Erde 10 erstreckt. Ein IGO-Satellit 18 und ein
GSO-Satellit 22 brauchen
einen siderischen Tag (23 Stunden, 56 Minuten), um einen
Umlauf zu beenden. Der Elevationswinkel einer IGO-Umlaufbahn in
Bezug auf einen Punkt auf der Erde hängt von der Position eines IGO-Satelliten 18 in
seiner IGO-Umlaufbahn 16 ab.
-
Eine
IEGO-Umlaufbahn 12 weist ein Apogäum 28, das beim nördlichsten
Punkt der Umlaufbahn liegt, wenn man sie in Bezug auf die Erde betrachtet, und
ein Perigäum 30 auf,
das den südlichsten
Punkt der Umlaufbahn darstellt, wenn man sie in Bezug auf die Erde
betrachtet. Eine IEGO mit elliptischer Umlaufbahn 12 weist
einen Brennpunkt auf, der gegenüber
dem einer IGO-Umlaufbahn 16 derart verschoben ist, dass
ein Apogäum 28 in
Richtung der nördlichen
Hemisphäre
verschoben ist. Folglich wird ein Perigäum 30 in Richtung
der südlichen
Hemisphäre verschoben.
Somit ist die Höhe
des Apogäum 28 oberhalb
der Oberfläche
der Erde erhöht,
während die
Elevation des Perigäum 30 verringert
ist. Der Hauptdurchmesser einer IEGO-Umlaufbahn 12 beträgt 2R, wie
im Falle einer IGO-Umlaufbahn 16. Eine IEGO-Umlaufbahn 12 ist
jedoch in Bezug auf die Mitte einer IGO-Umlaufbahn 16 um
einen Exzentrizitätsfaktor
e verschoben. Somit ist die Entfernung des Apogäum 28 von einer Linie
aus Knoten 26 durch die Formel (1 + e)R gegeben. Die Entfernung
des Perigäum 30 von
der Linie aus Knoten 26 ist durch die Formel (1 – e)R gegeben.
-
Eine
Bodenbahn 32 auf der Oberfläche der Erde 10 könnte von
einem IEGO-Satelliten 14 entwickelt
werden. Bodenbahnen stellen imaginäre Linien dar, die die Orte
von Subsatellitenpunkten repräsentieren,
die wiederholt auf der Erdoberfläche
durch Linien abgebildet werden, die sich von der Erdmitte zu umlaufenden
Satelliten erstrecken. IEGO-Bodenbahnen befinden sich bei spezifizierten
Längengraden und
verfolgen sich jeden sidirischen Tag (23 Stunden, 56 Minuten)
auf wiederholende Weise.
-
Die
Positionen von Satelliten 14, 18, 22 sind in 2 um
ungefähr
fünf Stunden
später
als in 1 gezeigt. Die Erde hat sich somit in Bezug auf die
Umlaufbahnen gedreht. Dementsprechend ändert sich auch ein Elevationswinkel
in Bezug auf einen IGO-Satelliten 18 und einen IEGO-Satelliten 14.
-
Bezug
nehmend auf 3 ist eine zweite IEGO-Umlaufbahn 12' mit einem IEGO-Satelliten 14' gezeigt.
-
Eine
IEGO-Umlaufbahn 12' weist
ebenfalls einen Neigungswinkel 24' auf. Der Neigungswinkel 24' und eine Phaseneinstellung
werden derart gewählt,
dass der in der IEGO-Umlaufbahn 12' befindliche Satellit im Wesentlichen
der gleichen Bodenbahn 32 folgt, wie der Satellit in einer
IEGO-Umlaufbahn 12. Die IEGO-Satelliten 14, 14' sind derart
positioniert, dass, wenn ein Satellit ein Dienstgebiet verlässt, der
andere Satellit in das Dienstgebiet eintritt. Auf diese Weise kann
für ein
bestimmtes Dienstgebiet eine kontinuierliche Abdeckung bereitgestellt werden.
-
Obwohl
es nicht veranschaulicht ist, kann das obige Beispiel auf drei oder
mehr Ebenen von IEGO-Umlaufbahnen erweitert werden, die derart synchronisiert
sind, dass für
ein Dienstgebiet innerhalb entsprechender ähnlicher Kegel eine kontinuierliche Abdeckung
bereitgestellt werden kann. Mehr Satelliten könnten erforderlich sein, falls
ein größeres Dienstgebiet
oder ein höherer
Elevationswinkel innerhalb des Dienstgebiets gewünscht ist. Durch Bereitstellen
eines Dienstes bei hohen Elevationswinkeln können Anwendungen bei einem
festen Satellitendienst, einem Übertragungssatellitendienst
oder einem mobilen Satellitendienst effizienter realisiert werden.
Somit ist ein synchronisiertes Überkopf-IEGO-System
allgemein durch eine Bezugsziffer 34 gezeigt.
-
Bezug
nehmend auf 4 zeigt eine equirektangulare
Projektionskarte 36 von Nordamerika und einem wesentlichen
Teil von Südamerika. Eine
exemplarische Bodenbahn 32 ist gezeigt, die von einer IEGO-Umlaufbahn
projiziert wird. Die Neigung der Bodenbahn beträgt 63,45° und weist einen Exzentrizitätswert e
gleich 0,240 auf und ist symmetrisch auf dem 96. westlichen Längengrad
zentriert (aufsteigend bei 69,0° West)
und weist ein Perigäumsargument
von 270° auf.
Zwei ähnliche
Satelliten A & B
sind als sich eine Bodenbahn 32 teilend gezeigt und sind
durch eine halbe Periode getrennt. Ein aktiver Satellit A ist gerade
dabei, einen Betrieb zu beginnen, wenn er durch einen östlichen Übergabepunkt 38 (Breitengrad,
Längengrad
= 24,0N, 83,0W) aufgeht. Ein Satellit B geht gleichzeitig durch
einen westlichen Über gabepunkt 40 (Breitengrad,
Längengrad
= 24,0N, 109,0W) unter. Wenn ein Satellit A dabei im Westen untergeht,
werden Erdstationen 42 wiederum mit einem Satelliten B
in Verbindung treten, der im Osten aufgeht. Der Abstand zwischen
einem östlichen Übergabepunkt 38 und
einem westlichen Übergabepunkt 40 ist
als der Betriebsbogen 44 definiert. Der Betriebsbogen 44 ist
der Teil der Bodenbahn oder ein Teil der Himmelsbahn (die überkopf
in einem Kegelwinkel bleibt), wenn man sie von einem Punkt auf dem
Boden betrachtet, über
dem die Satelliten betrieben werden.
-
Bezug
nehmend auf 5 ist eine himmelwärts gerichtete
Darstellung des Umlaufwegs veranschaulicht, wie man ihn von der
Mitte des Dienstgebiets sieht, wie es in 4 gezeigt
ist. In dieser Darstellung repräsentiert
0° den Horizont,
während
90° den
Zenit über
einem bestimmten Punkt auf der Landmasse repräsentieren. Übergabepunkte 38, 40 und
ein Betriebsbogen 44 sind ebenfalls in dem himmelwärts gerichteten
Diagramm 46 gezeigt. Ein Diagramm des geostationären Gürtels 48 ist
veranschaulicht, um der geneigten exzentrischen geosynchronen Umlaufbahn
gegenüberzustehen.
-
Bezug
nehmend auf 6 ist eine bodenbasierte Nutzereinheit,
wie z.B. eine mobile Satellitenempfangsantenne 50, auf
einem Automobil 52 positioniert. Somit ist ein Vorteil
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Dies bedeutet, dass
die vorliegende Erfindung für
mobile Anwendungen geeignet ist, wie z.B. ein Auto, da eine allgemein
flache Antenne 50 vorgesehen werden könnte, um Signale von einem
IEGO-Satelliten 14 überkopf
zu empfangen. Ein Kegel 54 ist in einer Aufwärtsrichtung
in Richtung des Zenits ausgerichtet. Da der Elevationswinkel gesteuert
werden könnte,
könnte
ein relativ enger Kegel 54 mit einem Kegelwinkel 55 durch
eine Antenne 50 in einer Aufwärtsrichtung erzeugt werden.
Diese Konfiguration ermöglicht
eine höhere
Verstärkung
als eine omnidirektionale Antenne. Die hohen Elevationswinkel 51 vom
Horizont 53 des Systems sind einem Stadtbetrieb zugänglicher
und werden weniger durch Mehrfachwegeffekte und atmosphärische Verluste beeinflusst.
Ein Lenken ist nicht erforderlich, falls eine Antenne, die einen
Aufwärtskegel
bereitstellt, bereitgestellt wird, die über dem gesamten Dienstgebiet
Satellitensignale empfängt.
-
Bezug
nehmend auf 7 ist ein himmelwärts gerichtetes
Diagramm 58 mit einem Betriebsbogen bei ungefähr 45° oder mehr
hinsichtlich eines Elevationswinkels oberhalb des Horizonts bei
(0° Elevationswinkel)
von jeder der fünf
Städte
innerhalb des kontinentalen US-Dienstgebiets gezeigt. Die Städte wurden
gewählt,
um eine repräsentative
Ansicht der im Wesentlichen vier Ecken des US-Kontinents und der
Mitte der Vereinigten Staaten bereitzustellen. Auch der geostationäre Gürtel ist
dargestellt, wie man ihn von Miami und Seattle aus sieht. Orbitale Parameter
wurden gewählt,
um eine Maximierung eines minimalen Elevationswinkels für Diagramme 62a für all die
Städte
innerhalb des Dienstgebiets zu erweitern. Diagramme 62a der 7 verwenden
zwei IEGO-Satelliten mit einer orbitalen Exzentrizität von 0,43
und einem Neigungswinkel von 63,45°, was in einem minimalen Elevationswinkel
von 46,9 resultiert. Diese Diagramme stellen Untermengen von Punkten
auf dem Betriebsbogenabschnitt 62 der Umlaufbahn innerhalb
des Dienstgebiets dar. Darstellungen 62a sind im Gegensatz
zu GSO-Gürteln 63 gezeigt,
wie man sie von Miami und Seattle aus sieht.
-
Bezug
nehmend auf 8 sind Diagramme 62b ähnlich zu
denen der 7 mit einer Exzentrizität von 0,31
gezeigt, wobei ein Neigungswinkel von 50° für das Zwei-IEGO-Satellitensystem
in einem minimalen Elevationswinkel von 39,1° resultiert.
-
Bezug
nehmend auf 9 sind Darstellungen 62c mit
einer Exzentrizität
von 0,505 und einem Neigungswinkel von 63,45° für ein Drei-IEGO-Satellitensystem
veranschaulicht, was in einem minimalen Elevationswinkel von 46,9° resultiert.
-
Bezug
nehmend auf 10 sind Diagramme 62d mit
einer Exzentrizität
von 0,203 und einem Neigungswinkel von 50° für ein Drei-IEGO-Satellitensystem
veranschaulicht, was in einem minimalen Elevationswinkel von 59,2° resultiert.
-
Bezug
nehmend auf 11 sind Diagramme 62e mit
einem Neigungswinkel von 63,45° und
einer Exzentrizität
von 0,24 für
ein Zwei-IEGO-System veranschaulicht, was in einem minimalen Elevationswinkel
von 45,1° resultiert.
-
Somit
kann beobachtet werden, dass durch Ändern der Exzentrizitätswerte
und der Neigungswinkelwerte die Formen des Betriebsbogens wesentlich
geändert
werden können,
um den Betriebsbogen zu zentrieren und den minimalen Elevationswinkel
innerhalb des Dienstgebiets zu maximieren.
-
Eine
kleinere Exzentrizität
wird für
die Vorteile einer kreisförmigeren
Umlaufbahn bevorzugt, und zwar mit einer kleinen Beeinflussung des
minimalen Elevationswinkels.
-
Bezug
nehmend auf 12 ist ein Diagramm eines minimalen
Elevationswinkels in Grad gegenüber
einer Exzentrizität
für eine
Neigung von 63,45° gezeigt,
was in einem minimalen Elevationswinkel von 63,45° resultiert.
Somit tritt das Maximum der minimalen Elevationswinkel auf, wenn
die Exzentrizität
ungefähr
0,3 bis 0,5 für
IEGOs bei dieser Neigung beträgt.
-
Bezug
nehmend auf 13 ist das zugehörige Diagramm
einer geometrischen Richtwirkung ("directivity") der empfangenden Antenne gegenüber einer
Exzentrizität
für ein
Drei-IEGO-System und ein Zwei-IEGO-System dargestellt. Wie gezeigt,
ist die Richtwirkung für
eine Exzentrizität
von ungefähr
0,3 bis 0,5 maximiert.
-
Bezug
nehmend auf 14 ist eine Darstellung des
minimalen Elevationswinkels gegenüber einer Exzentrizität für eine Neigung
von 50° gezeigt.
In diesem Fall tritt ein Nahmaximum des minimalen Elevationswinkels
für eine
Exzentrizität
von ungefähr
0,2 auf.
-
Bezug
nehmend auf 15 ist ein Diagramm entsprechend
dem der 14 für eine Richtwirkung in Dezibel
gegenüber
einer Exzentrizität
gezeigt. Die Richtwirkung ist für
eine Exzentrizität
von ungefähr
0,2 bis 0,3 für
ein Zwei-IEOG- und ein Drei-IEOG-System
maximal.
-
In 12 bis 15 ist
die Kurve eines minimalen Elevationswinkels für IEGO-Umlaufbahnen mit einem
Maximum bei einer niedrigen Exzentrizität breit. Im Gegensatz dazu
steigen solche Kurven für HEOs
einschließlich
Molniyas mit einer Exzentrizität und
einem Spitzenwert bei einer hohen Exzentrizität oberhalb von 0,6. Folglich
wird die Kombination von Elevationswinkeln und Anzahl von Satelliten
mehr für die
mehrkreisförmige
IEGO-Umlaufbahn dieser Erfindung favorisiert als für HEO-Systeme,
die früher
eingesetzt wurden.
-
Im
Betrieb muss ein Dienstgebiet für
eine bestimmte Landmasse auf der Oberfläche der Erde definiert sein.
Ein Dienstgebiet wird als eine Region (wie z.B. die kontinentalen
USA oder kleiner, wie z.B. eine Stadt) definiert, in die der Satellit
strahlt, und zwar mit einem vorbestimmten minimalen Elevationswinkel oberhalb
des Horizonts eines beliebigen Punkts in dem Dienstgebiet. Ein Satellitenpaar
oder eine Vielzahl von Satelliten, die sich die gleiche Bodenbahn teilen,
werden oberhalb der Oberfläche
der Erde in eine geneigte exzentrische geosynchrone Umlaufbahn abgeschossen.
Die Betriebsregion jedes der Satelliten innerhalb der Umlaufbahn
stellt den Betriebsbogen dar, der sich überkopf dieses Dienstgebiets
auf der Erde befindet. Somit wird, da die Satelliten ihre Umlaufbahnen
durchqueren, eine Vielzahl von Punkten auf der Umlaufbahn definiert,
die das Dienstgebiet und den Betriebsbogen oberhalb des Dienstgebiets
definieren. Es ist bevorzugt, dass, wenn ein Satellit das Dienstgebiet
verlässt,
ein zweiter Satellit in das Dienstgebiet eintritt. Übergabepunkte
werden als die Punkte definiert, wo ein Betrieb von einem Satelliten
zu einem anderen Satelliten wechselt. Somit kann durch Definieren
des Dienstgebiets als Region mit einem relativ hohen Elevationswinkel
eine bessere Dienstabdeckung durch eine günstigere Antenne bereitgestellt
werden, die keine Einstellungen durch den Nutzer erfordert.
-
Umlaufbahnparameter
werden gewählt,
um gewisse Bodenbahnformen zu realisieren. Spezifische Beschränkungen
hinsichtlich der Dienstregion, einer Dienstgebietsabdeckung und
einer Abdeckungszeit sind in Betracht zu ziehen.
-
Während die
Erfindung detailliert beschrieben wurde, wird ein Fachmann, an den
sich die Erfindung richtet, verschiedene alternative Konstruktionen
und Ausführungsformen
zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis erkennen, die durch die
nachfolgenden Ansprüche
definiert ist.