ES2903276T3

ES2903276T3 - Sistema de constelación de satélites en órbita terrestre baja para comunicaciones con reutilización de espectro satélite geoestacionario

Info

Publication number: ES2903276T3
Application number: ES17793256T
Authority: ES
Inventors: Erlend Olson
Original assignee: Theia Group Inc
Current assignee: Theia Group Inc
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2017-05-03
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2037-05-03
Also published as: SI3453223T1; KR102165365B1; BR112018072637B1; PT3453223T; HUE057077T2; JP6896982B2; PL3453223T3; IL262694B; SG11201809489WA; WO2017192727A1; AU2017260347B2; AU2022200377A1; CA3022513A1; MX2018013489A; RU2018140570A; LT3453223T; US10348396B2; EP3453223B1; HRP20220009T1; CN109417827A

Abstract

Un sistema de constelación de satélites en órbita terrestre baja, OTB, para comunicaciones, que comprende a) una pluralidad de satélites en una órbita polar alrededor de la Tierra; b) estando los satélites dispuestos en planos orbitales alrededor de la Tierra para proporcionar cobertura a puntos de la Tierra para comunicación y en todo momento, y c) en donde el número de satélites en cada plano orbital proporciona comunicaciones sobre el conjunto del plano orbital; d) en donde cada satélite tiene una antena para recibir y transmitir señales a estaciones terrenas y en donde la antena de satélite se controla con un mecanismo de control para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada GEO en cualquier punto de la Tierra; e) en donde el plano orbital del satélite define una órbita polar alrededor de los cuatro cuadrantes de la Tierra, en donde el satélite tiene un control de orientación y en donde el control de orientación en el primer cuadrante está programado con un algoritmo para dirigir las transmisiones por satélite para maximizar la cobertura y evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada GEO; f) en donde el control de orientación de satélite dirige la cobertura de transmisión de satélite en cada cuadrante del plano de la órbita para reflejar la cobertura de transmisión de satélite del haz dirigido hacia atrás proyectado en el cuadrante anterior de la órbita de satélite; g) en donde la transición entre cuadrantes en el ecuador incluye que el satélite apague su transmisor hacia la Tierra para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite geoestacionario, GEO, que orbite la Tierra; y h) en donde la transmisión entre satélites y una estación terrena se realiza utilizando el espectro empleado también por los satélites de comunicaciones GEO que se comuniquen en la misma región.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de constelación de satélites en órbita terrestre baja para comunicaciones con reutilización de espectro satélite geoestacionario

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de constelación de satélites en órbita terrestre baja para comunicaciones, un método para implementar comunicaciones a través de un sistema de comunicaciones por satélite en órbita terrestre baja y un satélite en órbita terrestre baja.

2. Breve descripción de la técnica relacionada

Varias agencias reguladoras nacionales e internacionales asignan una gran proporción del espectro de microondas adecuado para comunicaciones entre estaciones terrenas y satélites a servicios de comunicación que involucran satélites en órbitas terrestres geoestacionarias (GEO). En la situación actual, queda muy poco espectro de microondas sin asignar para su asignación a servicios de comunicación nuevos que empleen sistemas de comunicaciones basados en satélites tal como se conciben, construyen y operan de manera tradicional. Además, gran parte del espectro existente asignado a los servicios de comunicación por satélite GEO ya se ha consumido con las aplicaciones existentes, principalmente para la distribución de televisión, las redes de retorno de telefonía existentes y el tráfico de datos gubernamental. Como tal, es poco probable que los operadores de sistemas de comunicaciones por satélite GEO existentes vayan a ser capaces de reutilizar una parte cualquiera de su espectro asignado existente para nuevas aplicaciones tan rápido como crecen tales aplicaciones.

Están surgiendo con rapidez nuevas industrias con requisitos de grandes volúmenes y altas tasas de datos y muchas aplicaciones dentro de estas industrias requieren capacidades de comunicación global de grandes volúmenes de datos o de altas tasas de datos y cobertura de comunicación fuera de las áreas de servicio de las redes terrestres. Algunos ejemplos incluyen la detección remota, el control remoto de vehículos aéreos no tripulados, las comunicaciones basadas en imágenes y video (como opuestas a las comunicaciones por audio), las comunicaciones y el control basados en imágenes y video de máquina a máquina y las transferencias de datos de seguridad ultraalta entre dos estaciones terrestres sin transitar a través de una red terrestre. Estas aplicaciones se adaptan bien al servicio mediante sistemas de comunicaciones por satélite diseñados de manera específica. Sin embargo, el despliegue de sistemas de comunicaciones por satélite nuevos se ve limitado en gran medida por la falta de espectro disponible para su asignación.

Hoy en día, los sistemas de comunicaciones por satélite son bien conocidos y son responsables de muchos servicios modernos, incluida la distribución de televisión de difusión directa en muchas partes del mundo. Si bien hay en la actualidad algunos satélites y constelaciones de satélites en órbita terrestre baja (OTB) y en órbita terrestre media (OTM) dedicados a funciones de comunicación, la mayoría de los satélites y sistemas de comunicaciones actuales son del tipo de órbita terrestre geoestacionaria (GEO).

La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), así como otros organismos rectores y reguladores, han reconocido y asignado grandes franjas del espectro de radiofrecuencia para el uso de satélites GEO para comunicaciones bidireccionales entre la Tierra y el satélite para una amplia variedad de fines. El gran número de satélites GEO en funcionamiento en la actualidad ha llevado a una situación en la que hay muy poco espectro disponible para enlaces de comunicación por satélite nuevos. La mayoría de las comunicaciones de estación terrena móvil a satélite solo pueden satisfacerse en la práctica mediante el empleo de frecuencias de microondas, de modo que las antenas empleadas en las estaciones terrenas puedan ser pequeñas y/o portátiles y de modo que las tasas de datos que se pueden transmitir con los métodos de comunicación de datos conocidos puedan ser altas. Esto impone un límite inferior práctico a las frecuencias de comunicación de estación terrena a satélite utilizables, independientemente de cuestiones regulatorias o de asignación. Debido a problemas de absorción atmosférica y de desvanecimiento por lluvia, existe también un límite superior práctico para las frecuencias de comunicación de estación terrena a satélite utilizables, independientemente de cuestiones regulatorias o de asignación. Entre estos límites prácticos, hay poco espectro sin utilizar disponible para asignaciones nuevas, ya que la mayor parte del mismo ya está asignada a comunicaciones Tierra-espacio con sistemas de satélites GEO, para servicios por satélite fijos.

Gran parte del espectro en las denominadas bandas Ka y Ku se asigna a usos de servicios por satélite fijos, que emplean un satélite GEO para el segmento espacial, los cuales, debido al hecho de que los satélites GEO aparecen desde una estación terrena en un punto fijo en el cielo, son necesariamente direccionales, en lugar de ser omnidireccionales. Por ejemplo, el uso más popular del espectro asociado a GEO actualmente es la difusión directa de programas de televisión, que se reciben mediante antenas parabólicas direccionales pequeñas en estaciones terrenas con orientación fija, montadas habitualmente en casas o en edificios de clientes. La anchura del haz de 3dB de las populares antenas satelitales de transmisión directa residenciales es del orden de 2 a 3 grados y son altamente direccionales.

El documento US 6.236.834 B1 enseña un sistema de constelación de satélites en órbita terrestre baja para comunicaciones, que comprende una pluralidad de satélites en una órbita polar alrededor de la Tierra, en donde cada satélite tiene una antena para recibir y transmitir señales a estaciones terrenas. La antena de satélite se controla con un mecanismo de control. El potencial de interferencia entre estos satélites y un satélite geoestacionario surge cuando un satélite no geoestacionario se ubica cerca de una trayectoria de enlace de conexión entre el satélite geoestacionario y una estación terrena. Se evita que las señales transmitidas por el satélite no geoestacionario interfieran, más allá de un nivel predefinido, con la transmisión de señales entre el satélite geoestacionario y la estación terrena, al modificar el patrón de haz de antena emitido por el satélite no geoestacionario. Esta modificación implica anular la parte del patrón de haz incidente en una banda prohibida de latitudes en la superficie de la Tierra.

Compendio de la invención

La invención está definida por un sistema con las características de la reivindicación 1, un método con las características de la reivindicación 77 y un satélite en órbita terrestre baja con las características de la reivindicación 82.

Otros aspectos de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 presenta la nomenclatura empleada a lo largo de esta descripción.

La Figura 2 es un diagrama de la Tierra que ilustra los satélites y una órbita en los cuatro cuadrantes.

La Figura 3 es un diagrama que representa la Tierra y que muestra un ángulo de orientación de elevación real entre una antena direccional y un satélite geoestacionario.

La Figura 4 es un diagrama que representa la Tierra y que muestra la geometría de dos satélites en un plano orbital OTB.

La Figura 5 es un diagrama que representa la Tierra y que muestra dos conjuntos de geometrías superpuestas y que indica vectores de dirección a ubicaciones de satélites OTB como órbitas de una constelación de satélites OTB. La Figura 6A es un diagrama que representa la Tierra y que muestra una situación final cerca de una latitud máxima en la que se puede anticipar a efectos prácticos que cualquier estación terrena se comunicará con un satélite GEO. La Figura 6B es una vista parcial ampliada del diagrama de la Figura 6A, que muestra la porción superior del mismo. La Figura 7A es un diagrama que representa la Tierra y que muestra una situación final en el ecuador en la que se puede anticipar a efectos prácticos que cualquier estación terrena se comunicará con un satélite GEO.

La Figura 7B es una vista parcial ampliada del diagrama de la Figura 7A, que muestra la porción superior del mismo. La Figura 8 es un diagrama que representa la Tierra y que muestra una porción de un plano para ilustrar la invención y que representa una constelación basada en OTB para comunicaciones con estaciones terrenas en cualquier parte del mundo.

La Figura 9 es un diagrama que representa la Tierra y que ilustra haces de comunicación asociados a dos satélites según la invención, los cuales se representan en transición a través del cielo sobre el ecuador de norte a sur.

La Figura 10A es un diagrama que representa la Tierra y que ilustra la latitud de un satélite en cualquier punto particular de su órbita, o.

La Figura 10B es una vista ampliada del diagrama de la Figura 10A.

La Figura 11 es una ilustración que representa la Tierra y que muestra una constelación de satélites (no a escala) según la invención, que cumple con las especificaciones de la Tabla 1 (Figura 14).

La Figura 12 es un diagrama que representa un patrón de antena en un plano de una antena de espira simple. La Figura 13 es una ilustración que representa la Tierra y que muestra una disposición ejemplar de satélites que comprende parte de una constelación de satélites según la invención y que muestra antenas proporcionadas en la superficie terrestre con representaciones de indicaciones de ganancia máxima.

La Figura 14 es una tabla, a la que se hace referencia como Tabla 1, que muestra tabulaciones de los diversos parámetros para los parámetros de entrada de a = 5 grados, p = 5 grados y h = 1.800 km.

La Figura 15 es una tabla, a la que se hace referencia como Tabla 2, que es similar a la Tabla 1, pero para el caso límite donde p = 0, el ángulo trasero nunca toma valores negativos y el ángulo A de haz hacia atrás en el ecuador es La Figura 16 es una tabla, a la que se hace referencia como Tabla 3, que es similar a la Tabla 1, pero para los parámetros de entrada de a = 10 grados, p = 10 grados y h = 800 km.

La Figura 17 es una tabla, a la que se hace referencia como Tabla 4, que muestra la atenuación en el espacio libre (AEL) en un plano calculada para varios ángulos desde un satélite OTB en una constelación que orbita a una altitud con respecto a una estación terrena, en comparación con la AEL de un satélite GEO, a la misma frecuencia de comunicación.

Descripción detallada de la invención

En referencia a la Figura 1, se presenta la nomenclatura empleada a lo largo de esta descripción y de las figuras y ecuaciones. Además, con el fin de ilustrar y explicar de manera efectiva la invención, los diagramas y ecuaciones presentados son para una vista bidimensional del sistema, con los diagramas ilustrados en las Figuras 2 a 13 y con las ecuaciones (1 a 19) presentadas en la presente memoria y en una lista al final de esta sección. Una característica de la invención es que los satélites de comunicaciones OTB de la constelación se encuentran en órbitas polares. Debido a que el plano que contiene satélites geosíncronos cuyas frecuencias se van a reutilizar se encuentra en una órbita que es ortogonal a cualquier plano de la constelación de satélites de comunicaciones OTB en órbita polar descrita, la configuración 2D descrita en los diagramas y ecuaciones es la proyección simple de cualquier plano orbital OTB de una configuración 3D. Por lo tanto, los diagramas y ecuaciones tridimensionales son extensiones proyectadas de las representaciones en 2D que se comprenden bien y son fáciles de producir para los expertos en la técnica de la mecánica y el análisis orbital.

Es más, los expertos en la técnica de la mecánica orbital conocen bien ecuaciones más complejas que las presentadas en la presente memoria, que se adaptan a la leve forma elipsoidal de la Tierra y a otros factores de orden superior. La suposición de que la Tierra es perfectamente esférica se emplea a lo largo de esta descripción para ilustrar los principios involucrados y la mecánica de la invención, pero no se pretende que constituya una limitación en ningún asunto descrito en la presente memoria. Los principios descritos en la presente memoria y la invención pueden ampliarse para adaptarse a una Tierra no esférica y a elementos orbitales de orden superior sin apartarse del alcance de la descripción.

La Figura 2 ilustra la situación y proporciona la base para las figuras posteriores. En la Figura 2, se representa un solo plano de múltiples planos de satélites OTB de una constelación de satélites OTB en una órbita polar, con dos de los muchos satélites que estarían en el plano OP orbital mostrado, indicados como OTB1 y OTB2. Como sería habitual en una constelación de comunicaciones OTB y según se indica en la figura como Haz OTB1 y Haz OTB2, los satélites OTB suelen crear haces de cobertura que se solapan, tanto para la transmisión como para la recepción de señales desde estaciones terrenas. Dentro de cada haz de cobertura de un único satélite OTB, puede haber múltiples haces secundarios, lo que permite la reutilización de la frecuencia y de la polarización dentro de un haz en las funciones de comunicación con las estaciones terrestres. Es más, como comprenderán bien los expertos en la técnica, los haces y/o haces secundarios pueden dirigirse en tiempo real para acomodar varios elementos orbitales y aspectos prácticos de la estación terrena. Al poblar completamente un plano orbital y al posicionar múltiples planos orbitales a intervalos longitudinales angulares regulares, puede cubrirse toda la Tierra en todo momento con haces de al menos un satélite en la constelación de comunicaciones OTB. La constelación de satélites de comunicaciones Iridium es un ejemplo de tal constelación, propiedad de y operada por Iridium Satellite LLC. No obstante, el sistema Iridium, así como otros sistemas, emplean un espectro que no es el mismo que el empleado por los sistemas de comunicaciones por satélite GEO y no hay más porciones de tal espectro disponibles. Ejemplos de satélites y de su funcionamiento se describen en los documentos de patente de Estados Unidos 5.410.728 y 5.604.920.

En referencia todavía a la Figura 2, se indican puntos en la superficie de la Tierra en el hemisferio norte como P1NE, a 70 grados de latitud norte, hasta P8NE, que se encuentra en el ecuador. Por cada punto P se dibuja un vector que indica el eje de puntería de una antena direccional que apuntaría a un satélite geoestacionario si estuviera ubicado en ese punto. Además, la trayectoria OP de órbita del satélite OTB mostrada orbita en el sentido de las agujas del reloj. No obstante, esto es simplemente por convención en las figuras y en la nomenclatura de esta descripción y no limita la generalidad de esta descripción. Según la convención empleada en la presente memoria, para cualquier punto P en el cuadrante 1 o 2, los satélites OTB en órbita polar ascienden desde el norte y descienden hacia el sur (en la dirección de desplazamiento indicada).

En referencia todavía a la Figura 2, como se puede ver, cada vez que un satélite OTB que emplea las mismas frecuencias que un satélite GEO para las comunicaciones con una estación terrena pasa sobre un punto P, hay un punto en la trayectoria de órbita en el que el satélite OTB está directamente en línea entre el satélite GEO y la estación terrena. Por lo tanto, en ese punto, si el satélite OTB transmitiera en la misma frecuencia en que la estación terrena está configurada para recibir desde el satélite GEO, entonces se produciría interferencia y la señal del satélite GEO podría ser interferida por la señal del satélite OTB, ya que ambas señales se recibirían en la misma frecuencia simultáneamente por la antena de la estación terrena y el extremo frontal de RF, incluso con una antena de estación terrena altamente direccional apuntada específicamente al satélite GEO.

En referencia ahora a la Figura 3, se indica el ángulo de orientación de elevación real entre una antena direccional en cualquier punto P en la superficie de la Tierra que apunta a cualquier satélite geoestacionario. No se muestra el ángulo de orientación de acimut y no es relevante para ilustrar los principios operativos, ya que cualquier ángulo de acimut en 3D tendría la misma proyección en el plano polar ortogonal que se muestra en la Figura 3. Las ecuaciones 1 y 2 aplicables proporcionan las soluciones para el cálculo de y para cualquier latitud O. Las ecuaciones 1 y 2 se exponen en la tabla de ecuaciones y a continuación (el número de la ecuación aparece junto a la ecuación, entre paréntesis):

A modo de ejemplo, y sin limitación, la tabla de la Figura 3 calcula el ángulo de elevación aproximado para una antena direccional en incrementos de 10 grados de latitud, comenzando en 80 grados de latitud, que es aproximadamente la latitud más elevada a la que se podrían mantener enlaces de comunicación en la línea de visión entre la estación terrena y el satélite GEO, hasta 0 grados de latitud, que es el ecuador.

A continuación, en referencia a la Figura 4, se presenta la geometría de dos satélites en un plano orbital OTB. En esta Figura 4 e incluyendo las ecuaciones 3 y 4, se indica la relación entre la separación s de los satélites OTB en el plano y el ángulo 0 subtendido medido desde un vértice en el centro geométrico de la Tierra, C. En esta Figura 4, P se indica en el ecuador. Las ecuaciones 3 y 4 se exponen a continuación (el número de la ecuación aparece junto a la ecuación, entre paréntesis).

s - 2 rL $¡h{B12) (4)

Expresada en términos de 0, la ecuación 5 proporciona una solución para determinar el ángulo 0.

A continuación, en referencia a la Figura 5, se superponen los dos conjuntos de geometrías y las líneas azules gruesas indican los vectores de dirección de las ubicaciones de los satélites OTB a medida que la constelación de satélites OTB orbita, según se ve desde P1NE y P8NE. En la superposición de la Figura 5 se puede ver que a medida que un satélite OTB se acerca a cualquier punto P en la Tierra desde el norte, una antena direccional en P que apunte al satélite GEO apunta hacia el sur.

No obstante, conforme cualquier satélite OTB concreto pasa sobre y luego va más allá de cualquier punto P, si continúa transmitiendo hacia atrás hacia la estación terrena en P, en algún momento transmitiría por el eje de puntería de cualquier antena que apuntase hacia un satélite GEO.

Para que una constelación de satélites OTB proporcione cobertura continua a cualquier lugar de la Tierra, al menos un satélite debe estar a la vista en todo momento desde cualquier punto P de la Tierra y la dirección de orientación desde ese satélite hasta el punto P no debe estar sobre el mismo vector que la dirección de orientación entre el punto P y un satélite GEO. Por lo tanto, durante el período en el que un primer satélite en órbita OTB debe dejar de transmitir al punto P para evitar interferir con las señales GEO que llegan al mismo tiempo y lugar en la misma frecuencia, se debe disponer de un segundo satélite en órbita OTB a la vista desde el punto P para llevar a cabo cualesquiera comunicaciones que puedan tener lugar entre la constelación de satélites de comunicaciones OTB y la estación terrena en el punto P. Las Figuras 6 y 7, incluidas las vistas ampliadas de esos diagramas, se emplearán para demostrar dos situaciones de casos finales, primero en las Figuras 6A y 6B cerca de la latitud máxima a la que se puede anticipar a efectos prácticos que cualquier estación terrena se comunicará con un satélite GEO (aproximadamente 70 grados de latitud) y, en segundo lugar, en las Figuras 7A y 7B, en el ecuador.

En referencia ahora a las Figuras 6A y 6B, se muestra el cálculo para calcular la separación máxima de dos satélites en una órbita OTB polar que están, o podrían estar, en comunicación con el punto P1NE a 70 grados de latitud, de modo que tanto (a) la estación terrena nunca esté sin línea de visión hacia un satélite OTB en órbita lo suficientemente alto por encima del horizonte local como para estar disponible para comunicaciones fiables y (b) durante el período en el que cualquier satélite OTB en órbita esté dentro de una banda de protección alrededor del vector entre la estación terrena y un satélite GEO, otro satélite OTB está a la vista (y lo suficientemente alto por encima del horizonte local), para hacerse cargo de cualquier función de comunicación con la estación terrena del primer satélite OTB (dado que el primer OTB no puede transmitir hacia la estación terrena cuando está dentro de la banda de protección, para no interferir con las comunicaciones del satélite GEO hacia la estación terrena).

En las Figuras 6A y 6B, se debe hallar s (véanse las ecuaciones 3 y 4), que se emplea para calcular 0 (véase la ecuación 5) y, por lo tanto, el número de satélites en el plano orbital OTB requerido, sujeto a las restricciones de que el satélite que orbita a una altitud h debe estar por lo menos un ángulo a por encima del horizonte local y mantener un ángulo de banda de protección p alrededor del vector entre la estación terrena y un GEO a un ángulo y. Se emplea la fórmula del coseno, primero con respecto al triángulo C-P1NE-D para calcular d, luego con respecto al triángulo C-P1NE-A para calcular a y luego finalmente con respecto al triángulo A-P1NE-D para calcular s, dada la d previamente calculada, la a previamente calculada y el ángulo w1 conocido. (Aunque la ecuación 8 puede proporcionar dos soluciones, se utiliza la solución significativa para la distancia d.) Las ecuaciones relevantes se indican como las ecuaciones 5 a 8, 9 a 12 y 11 a 13, que se exponen a continuación (el número de la ecuación aparece junto a la ecuación, entre paréntesis).

<>j2 ~ (180 - a ~~ y ~ /?) (13)

Como puede verse al comparar las Figuras 6A y 6B y las Figuras 7A y 7B, conforme un satélite en la constelación OTB se acerca al ecuador y cubre un punto P con su haz de comunicación, se reduce la diferencia entre el momento en el que el satélite asciende por encima del horizonte y el momento en el que debe dejar de transmitir hacia el punto P, conforme P se aproxima también al ecuador. No obstante, a diferencia de las posiciones más al norte del satélite y de los puntos P, un punto P en el ecuador también se puede comunicar con un satélite OTB que salga del ecuador o que descienda en el cielo hacia el sur.

La Figura 8 muestra una porción de un plano de la invención, que comprende una constelación basada en OTB para comunicaciones con estaciones terrenas en cualquier parte del mundo, y que puede operar simultáneamente en el espectro asignado para uso de GEO a estaciones terrenas, incluso hacia una estación terrena en el mismo tiempo y lugar, que funciona como se describirá más adelante. La Figura 8 muestra tres satélites (representados por los círculos designados 1,2 y 3) en un plano orbital en dos momentos conceptuales diferentes, llamados T = 1 y T = 2, operando cerca del ecuador para dar servicio a una estación terrena en el ecuador. Los satélites 1, 2 y 3 en el momento T = 1 están representados por círculos de trazo continuo y en el momento T = 2 están representados por círculos de trazo discontinuo. Las operaciones cerca del ecuador son el caso límite de la invención, por lo que se muestran en detalle y gran parte de la descripción se centra en ellas. En la Figura 8, uno de los satélites identificado como "2" se acerca al ecuador en T = 1 y luego cruza el ecuador, con el punto P8NE bajo él. En esta figura, se incluye el punto P8SE, que es un punto casi idéntico a P8NE, excepto porque está al sur del ecuador mientras que P8NE está al norte del ecuador. El horizonte norte se indica por NH y el horizonte sur por SH.

En la invención descrita, cuando el satélite 3 se eleva por encima del horizonte norte NH un ángulo a elegido con respecto a una estación terrena en P8NE en el ecuador, el satélite 3 es capaz de establecer un enlace de comunicación con P8NE. En el mismo momento T = 1, exceptuando un tiempo necesario para el traspaso, el satélite 2, que anteriormente daba servicio a las comunicaciones con P8NE, cesa sus comunicaciones con P8NE conforme entra en la banda de protección del satélite GEO de P8NE. Conforme el satélite 3 continúa ascendiendo a través del cielo al norte de P8NE, sigue dando servicio a cualquier necesidad de comunicación de P8NE, la cual puede estar en la misma frecuencia que la utilizada por cualquier satélite GEO, sin interferir con cualesquiera comunicaciones que puedan estar en curso con dicho satélite GEO, hasta llegar a la posición indicada del satélite 2 en T = 1. En ese momento, un satélite 4 (no mostrado) comenzará a elevarse por encima del horizonte norte con respecto a P8NE, para que el satélite 3 pueda apagar su enlace de comunicación con P8NE mientras transita a través de la banda de protección del satélite GEO de P8NE.

Mientras tanto, conforme el satélite 2 sale de la banda de protección de P8NE en T = 2, puede empezar a dar servicio a P8SE, que se supone en el mismo lugar en el ecuador que P8NE, excepto porque está al sur del ecuador. Antes de que el satélite 2 comience a dar servicio a P8SE, P8SE ha recibido servicio del satélite 3, que se está ocultando al sur con respecto a P8SE. De la misma manera, todos los puntos del globo están cubiertos por un satélite de la constelación.

En referencia ahora a la Figura 9, se describen los haces de comunicación asociados a dos satélites en la invención descrita a medida que transitan a través del cielo sobre el ecuador de norte a sur. Como se indicó anteriormente, los haces descritos son los patrones de antena creados por antenas de haz ajustable en tiempo real en los satélites OTB, como los que se pueden crear con antenas en fase, que son bien conocidas y comprendidas por los expertos en la técnica. Como también se ha indicado anteriormente, las envolventes de haz pueden tener en el interior de cada una de ellas varios haces secundarios para una reutilización de frecuencia concreta, para reutilizar la polarización o para acomodar otros elementos orbitales o elementos de estación terrena que, no obstante, están dentro del alcance de la invención.

En referencia aún a la Figura 9, el ángulo de haz hacia delante con respecto al satélite se indica como ángulo y y el ángulo hacia atrás del haz se indica como ángulo A.

Según se indica en la Figura 9, alrededor del semicírculo descendente de la órbita polar del satélite de comunicaciones OTB, para la porción durante la cual un satélite está en el cuadrante 1, el OTB proyecta su haz de comunicación hacia delante en la dirección en la que viaja, continuamente, en un ángulo y , que puede ser tan grande como sea razonable o factible para las comunicaciones con estaciones terrenas, hasta que la latitud del satélite, o, alcanza el llamado límite de latitud, a medida que se acerca al ecuador. Con respecto a la parte hacia delante del haz, a medida que se acerca al ecuador el medio de control de la antena direccional del satélite OTB comienza a reducir el ángulo hacia delante de su haz hacia delante como se indica, a medida que el satélite indicado por SAT2 avanza de T = 1 a T = 6 hacia el ecuador.

También en la Figura 9, cabe destacar ahora que para el satélite indicado por SAT1, a medida que avanza de T = 1 a T = 6, su haz se extingue sobre el ecuador y no se producen comunicaciones con ese satélite desde ninguna estación terrena mientras transita a través de la banda de protección GEO en el ecuador. Después de cruzar la banda de protección ecuatorial al cuadrante 2, el SAT1 expande lo que ahora es la porción de orientación hacia atrás de su haz de comunicación como se indica, de modo que cuando el satélite ha alcanzado el ángulo límite de latitud alejándose del ecuador, el haz hacia atrás cubre una región máxima detrás de sí, como una imagen especular del área de cobertura de comunicación del haz hacia delante producida en el cuadrante 1.

Cada satélite controla también el ángulo, A, de un llamado haz hacia atrás como se muestra en las Figuras 10A y 10B. Las Figuras 10A y 10B indican también la latitud del satélite en cualquier punto particular de su órbita, o. Los parámetros y las etiquetas a, p, /, A, P, C, a, y d son conforme se ha considerado anteriormente con respecto a las Figuras 6 y 7 y las ecuaciones 5 a 15 son operativas como se ha descrito anteriormente con respecto a las Figuras 6 y 7 para calcular los ángulos geométricos y las longitudes de los triángulos relevantes. Una vez que se han hallado las longitudes a y d, las ecuaciones 17, 18 y 19 se emplean para calcular y en el límite de latitud y A como una función de o, para unas p y y dadas. Las ecuaciones 14 a 19 se exponen a continuación (el número de la ecuación aparece junto a la ecuación, entre paréntesis).

s2 = a2 d2 - 2ad eos ú)2 (14)

Las tabulaciones de los diversos parámetros aparecen en la Tabla 1 (Figura 14) para los parámetros de entrada de a = 5 grados, p = 5 grados y h = 1.800 km. Para esos parámetros, los cálculos delineados en rojo definen los elementos primarios de la invención descrita y la implementación del mecanismo de control de antena de satélite que regula la proyección del haz y/o haz secundario y muestran: que se requieren 11 satélites en cada plano orbital polar, que el ángulo de haz hacia delante máximo requerido es de 50,96 grados, que el haz hacia delante debe comenzar a limitarse a una latitud del satélite de 34,04 grados (manteniendo la orientación justo hasta cruzar el ecuador a medida que se acerca al ecuador) y que el ángulo A de haz hacia atrás debería seguir los valores indicados en las columnas tituladas A y o, donde o a la izquierda de la línea negra larga se trata como una variable dependiente basada en que el satélite OTB se comunique con una estación terrena P como se indica en la primera columna. Obsérvese que a medida que se aproxima al ecuador, el ángulo de haz trasero se vuelve negativo, lo que indica que el haz trasero debe comenzar a apuntar un poco más adelante del satélite, en lugar de detrás de él, a medida que el satélite se acerca al ecuador, para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite GEO. En el caso límite, en el que p= 0, el ángulo trasero nunca se vuelve negativo y el ángulo A de haz trasero en el ecuador es 0 (esta situación se muestra en la Tabla 2, Figura 15). Las columnas bajo o y ^ a la derecha de la línea negra larga en la Tabla 1 (Figura 14) calculan el ángulo de haz hacia delante como una función de la latitud del satélite, donde ahora la latitud del satélite se trata como una variable independiente.

Para mostrar cómo la invención descrita es aplicable a otros parámetros, la Tabla 3 (Figura 16) muestra los cálculos para los parámetros de entrada de a = 10 grados, p = 10 grados y h = 800 km. Para esos parámetros, los cálculos muestran: que se requieren 21 satélites en cada plano orbital polar para implementar el método, que el ángulo de haz hacia delante máximo requerido es de 61,04 grados y que el haz hacia delante debería comenzar a limitarse a una latitud de satélite de 18,96 grados (manteniendo la orientación justo hasta cruzar el ecuador a medida que se acerca al ecuador). Por ejemplo, en referencia todavía a la Tabla 3 (Figura 16), cuando uno de los satélites en la constelación se aproxima al ecuador en el cuadrante 1, cuando sus referencias de latitud al centro de la Tierra son de 8,06 grados norte, su haz hacia atrás debe ser- 0,05 grados o menos, por lo tanto, en realidad entonces el haz hacia atrás apunta hacia delante.

Como se puede ver en las Figuras 9 y 10, a medida que uno de los satélites en la constelación se aproxima al ecuador, su anchura de haz global disminuye según las ecuaciones aplicables hasta cero. No obstante, a medida que la anchura de haz se aproxima a cero, existe un límite práctico para las antenas de satélite factibles. Este límite práctico puede cambiar en base a los métodos de implementación de la antena y de su función de control asociada y en ese límite simplemente se puede apagar el haz (ya no se transmite). Cualquier margen adicional asociado con tal anchura de haz mínima se puede acomodar ajustando la banda de protección, p.

Los satélites pueden configurarse con un mecanismo de control de satélite que controle el funcionamiento de los satélites. Por ejemplo, el mecanismo de control puede determinar la posición del satélite, incluida su latitud, y puede emplear la posición de latitud para regular el haz proyectado desde el satélite. Según algunas realizaciones, el mecanismo de control de satélite incluye preferiblemente componentes informáticos transportados por el satélite. Los componentes informáticos incluyen preferiblemente un ordenador que está provisto de un software que incluye instrucciones para monitorizar las posiciones del satélite a lo largo de su órbita y para regular los haces proyectados por las antenas del satélite. Puede emplearse cualquier mecanismo adecuado para dirigir el haz de la antena, incluidos controles mecánicos o electrónicos que limiten, amplíen, dirijan o combinen estos métodos para regular el ángulo de haz. El haz también puede estar formado a partir de haces secundarios. El satélite puede estar provisto de una o más antenas de haz ajustable en tiempo real, tales como, por ejemplo, una antena en fase u otras antenas que se conozcan en la técnica. Las antenas de satélite pueden generar envolventes de haz que pueden comprender varios haces secundarios para reutilización de frecuencias concretas y/o reutilización de polarización. Según alguna realización, los haces secundarios de envolvente de haz pueden configurarse para acomodar otros elementos orbitales y/o elementos de estación terrena. Según las realizaciones preferidas, el satélite está configurado para producir uno o más haces y, preferiblemente, un haz puede estar provisto de una o más porciones hacia delante, y una o más porciones hacia atrás (por ejemplo, en las que una porción de haz hacia delante puede comprender un primer haz y una porción de haz hacia atrás puede comprender un segundo haz). La porción de haz se puede regular (por ejemplo, encendiéndola o apagándola) para limitar el campo o la proyección de haz. Según algunas realizaciones, el mecanismo de control de satélite se puede alimentar empleando la fuente de alimentación del satélite. Según algunas realizaciones, los componentes del sistema pueden alimentarse con paneles solares que pueden desplegarse en el satélite para este y otros fines. El mecanismo de control de haz del satélite incluye preferiblemente componentes informáticos configurados para procesar la información de ubicación del satélite y para determinar el ángulo de haz que debe proporcionar una antena, tal como, por ejemplo, una antena de transmisión del satélite. El mecanismo de control manipula preferiblemente el ángulo de haz según las determinaciones de la información de ubicación del satélite y la aplicación del posicionamiento según se expone en la presente memoria y, en particular, según las realizaciones proporcionadas representadas por las ecuaciones en la presente memoria (véanse por ejemplo las ecuaciones 5 a 13). Los satélites pueden estar provistos de antenas adecuadas para comunicaciones con estaciones terrenas. Por ejemplo, se pueden proporcionar antenas en fase, antenas helicoidales u otras antenas adecuadas. Además, los satélites pueden estar configurados para comunicarse con otros satélites. Pueden proporcionarse antenas adecuadas, tales como lentes para comunicaciones de enlace cruzado de satélite. Por ejemplo, satélites adyacentes pueden comunicarse entre sí. Los satélites también pueden estar provistos de dispositivos para encaminar señales, tales como comunicaciones y datos. Por ejemplo, el satélite puede configurarse con una o más unidades de conmutación que procesen información sobre el destino de la comunicación y que encaminen la comunicación a través de un satélite apropiado. Según algunas realizaciones, los satélites están configurados para encaminar comunicaciones hacia una estación terrena dentro del alcance de haz del satélite y la estación terrena puede conectarse a una red que encamine la comunicación hacia un destino designado. De manera similar, las transmisiones desde una estación terrena pueden ser recibidas por un satélite y el satélite puede encaminar esa comunicación hacia un destino, tal como un dispositivo. Por ejemplo, según algunas realizaciones, los satélites y el sistema de satélites pueden transportar preferiblemente datagramas entre cualquier satélite y una red terrestre. Las estaciones terrenas, que pueden configurarse como una estación de puerta de enlace o en asociación con ella, pueden recibir y transmitir señales, como datagramas, entre un satélite. Esto puede llevarse a cabo mediante la recepción y retransmisión inmediata del datagrama hacia una estación de puerta de enlace a la vista del mismo satélite (es decir, satélite transparente), en la que los datos se transmiten al satélite desde una estación terrena o puerta de enlace y el satélite los envía inmediatamente a Tierra. En algunas realizaciones, la señal o los datos pueden enviarse sin modificación, aparte del procesamiento para retransmitir la señal de nuevo (lo que puede implicar uno o más de: amplificación de señal, desplazamiento de la frecuencia de enlace ascendente/descendente para la retransmisión). Según otras realizaciones, el satélite puede configurarse con equipo que puede usarse para llevar a cabo el procesamiento a bordo de la señal, tal como por ejemplo, para demodular, decodificar, recodificar y/o modular la señal (por ejemplo, a través de un transpondedor regenerativo). Según algunas realizaciones preferidas, el transporte de datagramas entre cualquier satélite y una red terrestre puede llevarse a cabo a través de un enlace cruzado a uno o más satélites en la constelación de satélites y luego desde estos otros satélites a una puerta de enlace. Por ejemplo, la puerta de enlace deseada puede no estar a la vista del primer satélite en un momento determinado, pero puede estar a la vista de uno de los otros satélites de la constelación de satélites. Un satélite a la vista de la puerta de enlace puede recibir un datagrama encaminado desde otro satélite (por ejemplo, el primer satélite). Los satélites de la constelación pueden configurarse preferiblemente para establecer enlaces cruzados y encaminar transmisiones a través de sus respectivos enlaces cruzados.

Las ecuaciones y tablas pueden reorganizarse con operaciones matemáticas sencillas, bien conocidas por los expertos en las técnicas matemáticas, para permitir que cualquier parámetro particular mostrado sea una variable libre, lo que permite que el resto de los elementos orbitales de la constelación de satélites y las disposiciones de orientación de la antena de satélite sean calculados a partir de ahí, sin salirse del alcance de la presente invención.

Se comprende fácilmente a partir de la simetría de la invención descrita que los satélites funcionan en imagen especular entre sí en cada cuadrante. Es decir, la geometría, los patrones de antena y el funcionamiento de los satélites en un plano en el cuadrante 1 son reflejados al otro lado del ecuador para generar el cuadrante 2, que luego es reflejado al otro lado del eje norte-sur de la Tierra para generar el cuadrante 3 y luego es reflejado al otro lado del ecuador para generar el cuadrante 4. Los detalles de un satélite que cruza el ecuador se han presentado en detalle, ya que este es el punto de mayor potencial de interferencias, y este momento de cruzar el ecuador, la técnica más eficaz para evitar interferencias es simplemente hacer que el satélite que sobrepasa el ecuador deje de transmitir a las estaciones terrenas cuando se encuentre dentro de la banda de protección en torno al vector de orientación GEO. Esto también permite que el satélite tenga tiempo suficiente para reorientar el sistema de antena hacia el cuadrante siguiente. Cuando un satélite esté sobre los polos, también deberá reorientar su sistema de orientación de antena. No obstante, la mecánica de esto se puede realizar sin restricciones, de cualquier manera diseñada adecuadamente por los expertos en la técnica, porque no hay comunicaciones geoestacionarias posibles en los polos, ya que ningún satélite geoestacionario puede estar a la vista desde los polos.

Cabe señalar que los dibujos de las Figuras 8, 9 y 10 implican que el haz de comunicación OTB cruza el suelo exactamente en el ecuador. En la implementación práctica, el haz se extendería hacia delante más allá del ecuador a medida que el satélite se aproxima al ecuador, en la medida necesaria para acomodar diversas incertidumbres en los patrones de antena y de órbita, así como para acomodar el tiempo necesario para el traspaso desde el otro satélite OTB a medida que entra en la zona de protección sobre el ecuador. Esta cuestión práctica se acomoda fácilmente sin salirse del alcance de la invención.

Una opción que complica el diseño de la antena de satélite y del sistema de control de antena es la siguiente, aunque permanece dentro del alcance de esta invención. La envolvente de haz que se ha descrito anteriormente está compuesta habitualmente de muchos haces secundarios. Ciertos haces secundarios pueden apagarse o redirigirse conforme el satélite pasa sobre el ecuador o cerca del mismo, lo que permite un soporte de comunicación adicional para áreas por encima y por debajo del ecuador, sin dar lugar a que el satélite deje de transmitir a las estaciones terrenas. No obstante, esta opción requiere un control cuidadoso de los lóbulos laterales del patrón de antena de satélite, lo que puede añadir un coste y puede que no sea técnicamente posible para ciertos métodos de implementación de antena.

Debido a que la órbita de la constelación de satélites descrita es polar, el plano azimutal de la constelación de satélites OTB puede funcionar independientemente del plano de elevación que se ha descrito detalladamente en la presente memoria. Como tal, el número de planos para una cobertura global completa puede diseñarse como una variable independiente con respecto al funcionamiento de los satélites y a sus patrones de antena en un plano. Por ejemplo, el sistema de comunicaciones basado en OTB puede diseñarse para cubrir 30 grados de longitud hacia la derecha o hacia la izquierda del plano de la órbita, mientras que funciona simultáneamente según lo dispuesto en esta descripción y como se ha indicado anteriormente con respecto a la Tabla 1 (Figura 14), por ejemplo, dentro del plano de la órbita.

La Figura 11 muestra una constelación de satélites completa (no a escala) que cumple con las especificaciones de la Tabla 1 (Figura 14), con 11 satélites por plano y 6 planos (solo se representan tres en la Figura), a una altitud de órbita de 1.800 km, en la órbita polar requerida. Como se ve en la Figura 11, cada plano puede estar poblado de tal manera que el satélite dentro del plano tenga el tiempo de cruce del ecuador de cada satélite ligeramente desviado del plano vecino, lo cual, dependiendo de la separación de planos seleccionada, puede proporcionar más ayuda para cubrir estaciones terrenas cerca del ecuador que estén más próximas a un plano orbital vecino.

El método de comunicación hacia delante entre la clase de constelaciones de comunicaciones OTB descritas en la presente memoria y una terminal terrestre o puerta de enlace terrestre adicional es flexible y puede hacerse bien mediante una puerta de enlace terrestre que esté a la vista de cada satélite, en una arquitectura denominada de satélite transparente, o bien mediante una arquitectura de enlace cruzado, como la empleada por la constelación de satélites Iridium. Ambas implementaciones son posibles con la invención descrita y pueden emplearse, o bien para completar un enlace de comunicación entre una estación terrena, o bien un satélite que funcione dentro de una constelación de satélites como se describe en la presente memoria y otra estación terrena u otra red de comunicaciones o datos terrestre.

Además del aislamiento provisto entre los satélites de comunicaciones GEO, las estaciones terrenas involucradas en GEO y el sistema de comunicaciones basado en OTB que se describe en la presente memoria y que es proporcionado por la geometría de las operaciones y del sistema de antena, hay características adicionales del sistema descrito relacionadas con las estaciones terrenas que se comunican con los satélites OTB que se pueden describir ahora. Cuando una estación terrena transmite hacia un satélite OTB en el sistema descrito, la transmisión solo debe salvar la distancia hasta el satélite OTB, lo que requiere una potencia de señal considerablemente menor que la requerida para salvar la distancia hasta un satélite GEO en la misma frecuencia. Esta situación se muestra en la Tabla 4 de la Figura 17, que muestra la atenuación en el espacio libre (AEL) en el plano calculada para varios ángulos desde un satélite OTB en una constelación que orbita a una altitud de 800 km hasta una estación terrena, en comparación con la AEL hasta un satélite GEO a la misma frecuencia de comunicación de 12 GHz (banda Ku). Los cálculos muestran una diferencia mínima en la atenuación de 33 dB. La diferencia en la atenuación proporciona un margen de enlace significativo para reducir aún más la posibilidad de que una señal transmitida por una estación terrena con una antena omnidireccional que se pretende que transmita solo a un satélite OTB sea reconocida por un satélite GEO que escuche en la misma frecuencia, provocando de este modo una interferencia con el sistema de comunicaciones por satélite GEO.

En referencia todavía a la Tabla 4 mostrada en la Figura 17, los mismos datos de atenuación proporcionan la base para la capacidad de una estación terrena asociada con la constelación de comunicaciones por satélite OTB que tiene una antena omnidireccional para evitar que interfiera con ella una señal de comunicación basada en GEO. Debido a que el satélite OTB está aislado de las estaciones receptoras basadas en GEO por geometría, el satélite OTB puede transmitir a potencias tales que la potencia de la señal recibida en tierra por las estaciones terrenas asociadas con el sistema OTB puede ser mucho mayor que la misma potencia recibida por una antena omnidireccional a la misma frecuencia desde un sistema GEO, proporcionando así la capacidad de que la estación terrena asociada a OTB rechace la señal mucho más débil del satélite GEO, por medios comúnmente conocidos por los expertos en la técnica del diseño de receptores.

No obstante el párrafo anterior, se puede desear un margen de enlace adicional para acomodar envolventes de funcionamiento más amplias en un diseño de sistema dado. Por lo tanto, el sistema OTB descrito puede emparejarse con estaciones terrenas que estén diseñadas para comunicarse únicamente con los satélites OTB, aunque se comuniquen en la misma frecuencia que una estación terrena que se comunique con un satélite GEO contiguo. Un elemento opcional adicional del sistema de comunicaciones basado en satélites OTB descrito es agregar una antena direccional a la estación terrena. Si bien una antena totalmente direccional en azimut y elevación con una anchura de haz pequeña es una opción, dicha antena es a menudo prohibitiva en coste, tamaño, peso o potencia para ciertas aplicaciones. No obstante, con el satélite OTB funcionando como se describe anteriormente, se proporciona una dirección de comunicación que se orienta siempre hacia el norte en el hemisferio norte y hacia el sur en el hemisferio sur. Este hecho permite que la estación terrena emplee una antena direccional mucho más sencilla. En la Figura 12 se muestra el patrón de antena en el plano de una antena de espira simple, que esté orientada perpendicular al suelo. Incluso esta antena simple proporciona hasta 12 dB de margen de enlace adicional en un punto P en el ecuador, e incluso más para latitudes más altas. El único requisito de la estación terrena es que la dirección de la ganancia más alta de la antena esté orientada generalmente hacia el sur si la estación terrena está en el hemisferio sur, o generalmente hacia el norte si la estación terrena está en el hemisferio norte.

En referencia ahora a la Figura 13, se muestra que al orientar la ganancia máxima de antena en dirección opuesta a la dirección del satélite GEO y hacia la dirección del satélite OTB, se obtiene un margen adicional para ayudar a reducir al mínimo la posibilidad de que las transmisiones de la estación terrena OTB sean recibidas con suficiente potencia por un sistema de satélites GEO como para ser reconocidas. El requisito de estar orientada generalmente al norte o al sur, dependiendo únicamente del hemisferio en el que se encuentre la estación terrena, es un requisito mucho más simple en una antena direccional de estación terrena que el requisito de ser capaz de ser totalmente direccional en azimut y elevación, lo que hace que el sistema basado en OTB descrito más económico para su despliegue masivo. Pueden crearse otros patrones similares a partir de otros tipos de antenas que son bien conocidos por los expertos en la técnica de las antenas direccionales que pueden proporcionar márgenes adicionales iguales o mayores con implementaciones económicas, sin salir del alcance de esta descripción.

Se hacen referencias a una estación terrena que recibe y transmite comunicaciones entre ella y los satélites OTB. La estación terrena puede incluir antenas ubicadas en la Tierra para recibir transmisiones desde y/o enviar transmisiones a satélites OTB. Las antenas de la estación terrena pueden ser cualquier antena adecuada para recibir y/o transmitir frecuencias adecuadas, y en particular frecuencias RF, hacia y desde satélites OTB. Cada satélite OTB puede configurarse con una y preferiblemente con una pluralidad de antenas. Por ejemplo, un satélite OTB puede tener una primera antena que transmita un haz hacia delante en una dirección hacia delante y una segunda antena que transmita un haz hacia atrás en una dirección hacia atrás (por ejemplo, en relación a la dirección de la órbita de satélite), donde las antenas se pueden controlar de manera independiente y pueden reducir o aumentar sus respectivos haces o extinguirlos. Las antenas de satélite pueden comprender una o más antenas en fase. Por ejemplo, la antena en fase puede configurarse con una cantidad de elementos radiantes individuales que sean controlables, para controlar la cobertura de haz y, en particular, la configuración y el ángulo de haz. Puede emplearse un ordenador en el satélite, que, según algunas realizaciones, puede comprender un ordenador dedicado programado con instrucciones para manipular el ángulo de haz (que, por ejemplo, puede incluir software almacenado en un chip u otro componente de circuito que contenga las instrucciones) para controlar el conjunto de antenas para generar una proyección de haz que puede aumentarse o disminuirse de acuerdo con la órbita del satélite y que puede llevarse a cabo para maximizar la cobertura de una antena. El ordenador preferiblemente está configurado con software que contiene instrucciones para regular el funcionamiento de la antena para eliminar transmisiones que de otro modo podrían interferir con las comunicaciones por satélite GEO (incluso cuando las transmisiones por satélite OTB y por satélite GEO emplean el mismo espectro). Esto puede llevarse a cabo controlando los ángulos de haz de las proyecciones desde las antenas, así como apagando las antenas según sea necesario (por ejemplo, cuando se encuentre dentro del intervalo de banda de protección de una antena de estación terrena GEO). Según algunas realizaciones preferidas, el ordenador puede configurarse para manipular las proyecciones de haz de acuerdo a las determinaciones expuestas en la presente memoria. Los haces de satélite se manipulan preferiblemente de forma mecánica, electrónica o de ambas maneras, para generar un haz de cobertura deseado y evitar transmisiones dentro de la banda de protección de una antena de satélite GEO (por ejemplo, de una estación terrena GEO).

Estas y otras ventajas pueden realizarse con la presente invención. Si bien la invención se ha descrito en referencia a realizaciones concretas, la descripción es ilustrativa y no debe interpretarse como una limitación del alcance de la invención. A los expertos en la técnica se les pueden ocurrir diversas modificaciones y cambios sin salirse del alcance de la invención descrita en la presente memoria y definida por las reivindicaciones adjuntas.

Lista de ecuaciones referenciadas

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de constelación de satélites en órbita terrestre baja, OTB, para comunicaciones, que comprende a) una pluralidad de satélites en una órbita polar alrededor de la Tierra;

b) estando los satélites dispuestos en planos orbitales alrededor de la Tierra para proporcionar cobertura a puntos de la Tierra para comunicación y en todo momento, y

c) en donde el número de satélites en cada plano orbital proporciona comunicaciones sobre el conjunto del plano orbital;

d) en donde cada satélite tiene una antena para recibir y transmitir señales a estaciones terrenas y en donde la antena de satélite se controla con un mecanismo de control para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada GEO en cualquier punto de la Tierra;

e) en donde el plano orbital del satélite define una órbita polar alrededor de los cuatro cuadrantes de la Tierra, en donde el satélite tiene un control de orientación y en donde el control de orientación en el primer cuadrante está programado con un algoritmo para dirigir las transmisiones por satélite para maximizar la cobertura y evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada GEO;

f) en donde el control de orientación de satélite dirige la cobertura de transmisión de satélite en cada cuadrante del plano de la órbita para reflejar la cobertura de transmisión de satélite del haz dirigido hacia atrás proyectado en el cuadrante anterior de la órbita de satélite;

g) en donde la transición entre cuadrantes en el ecuador incluye que el satélite apague su transmisor hacia la Tierra para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite geoestacionario, GEO, que orbite la Tierra; y

h) en donde la transmisión entre satélites y una estación terrena se realiza utilizando el espectro empleado también por los satélites de comunicaciones GEO que se comuniquen en la misma región.

2. El sistema de la reivindicación 1, en donde el medio de transporte de datagramas entre cualquier satélite y una red terrestre es mediante la recepción y retransmisión inmediata del datagrama hacia una puerta de enlace que está ubicada a la vista del mismo satélite.

3. El sistema de la reivindicación 1, en donde el medio de transporte de datagramas entre cualquier satélite de la constelación de satélites OTB y una red terrestre es a través de un enlace cruzado a uno o más satélites en dicha constelación y luego desde dichos otros satélites a una puerta de enlace, en donde la puerta de enlace no está a la vista del primer satélite en un momento determinado.

4. El sistema de la reivindicación 3, en donde dichos satélites comprenden un medio de conmutación para conmutar el transporte de datagramas entre satélites, en donde el medio de conmutación asociado con un satélite está configurado para traspasar la transmisión de datagramas al medio de conmutación asociado con otro satélite.

5. El sistema de la reivindicación 1, en donde la estación terrena asociada para transmitir datagramas entre la estación terrena y un satélite emplea una antena omnidireccional.

6. El sistema de la reivindicación 1, en donde la estación terrena asociada para transmitir datagramas entre la estación terrena y un satélite emplea una antena direccional que es direccional al norte o al sur con respecto al plano orbital de la constelación de satélites.

7. El sistema de la reivindicación 5, en donde la antena es direccional tanto en elevación como en azimut.

8. El sistema de la reivindicación 1, en donde los satélites están dispuestos en planos orbitales alrededor de la Tierra para proporcionar cobertura para cada punto de la Tierra.

9. El sistema de la reivindicación 1, en donde el número de satélites en cada plano orbital se selecciona según la cobertura de transmisión y recepción máxima para la altitud y el ángulo de elevación sobre el horizonte del satélite.

10. El sistema de la reivindicación 1, en donde dicho control de orientación de satélite comprende un mecanismo de control y en donde el mecanismo de control controla el haz desde una o más antenas de satélite para dirigir las transmisiones por satélite:

a) según una proyección de haz en la dirección hacia atrás que se proyecta en un ángulo A de haz hacia atrás, que para un ángulo y agudo entre el horizonte y el vector en una ubicación de un punto de la Tierra en el que una estación terrena GEO está orientada hacia un satélite geoestacionario, y para un ángulo p de banda de protección GEO alrededor del vector entre la estación terrena GEO y el satélite GEO hacia el que está orientada, que forma un ángulo Y con el horizonte, está determinada por la expresión:

A = sin"1 ( ’EslnP°+i'+W)

rL

donde te representa el radio de la Tierra, donde rL representa el radio de la órbita del satélite, donde y representa un ángulo agudo entre el horizonte y el vector en una ubicación de un punto de la Tierra en el que una estación terrena GEO está orientada hacia un satélite geoestacionario y donde p representa un ángulo de banda de protección GEO alrededor del vector entre la estación terrena GEO y el satélite Ge O hacia el que está orientada, que forma un ángulo Y con el horizonte; y

b) según una proyección de haz en la dirección hacia delante que se proyecta en un ángulo de haz hacia delante de Y, que para una posición de latitud dada en la órbita del satélite está determinada por la expresión:

donde te representa el radio de la Tierra, donde a representa el ángulo de elevación del horizonte y donde tl representa el radio de la órbita del satélite.

11. El sistema de la reivindicación 10, en donde las proyecciones desde el satélite se controlan con el mecanismo de control para maximizar la cobertura y en donde las proyecciones desde el satélite se controlan para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada GEO.

12. El sistema de la reivindicación 1, en donde el satélite tiene un mecanismo de control que controla el transmisor de satélite y en donde la antena de satélite se controla para apagar su enlace de comunicación para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada GEO con dicho mecanismo de control en cualquier punto de la Tierra por el mecanismo de control, estando configurado dicho mecanismo de control para apagar el transmisor en ubicaciones en las que las transmisiones del transmisor coincidirían con el eje de puntería de una antena de estación terrena GEO orientada hacia un satélite GEO.

13. El sistema de la reivindicación 12, en donde cada satélite está configurado para apagar su transmisor que transmite hacia la Tierra en la transición entre cuadrantes en el ecuador, para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite GEO.

14. El sistema de la reivindicación 1, en donde los satélites OTB proporcionan enlaces de comunicación y en donde un satélite de la constelación de satélites OTB que se aproxima al eje de puntería de una antena de una estación terrena de satélite GEO o a una banda de protección de satélite GEO que esté dentro del plano orbital del satélite que se aproxima está configurado para traspasar las comunicaciones a otro de los satélites OTB que no esté dentro del eje de puntería de una antena de un satélite GEO.

15. El sistema de la reivindicación 1, en donde dicha antena de satélite OTB para recibir y transmitir señales hacia estaciones terrenas comprende una antena de haz ajustable en tiempo real.

16. El sistema de la reivindicación 1, en donde el satélite transmite un haz que se proyecta desde la antena, teniendo dicho haz una dirección hacia delante y una dirección hacia atrás con respecto al movimiento del satélite dentro de la órbita.

17. El sistema de la reivindicación 1, en donde el satélite transmite un haz que se proyecta desde la antena y en donde dicho haz tiene una parte orientada hacia delante y una parte orientada hacia atrás.

18. El sistema de la reivindicación 16, en donde la antena de satélite comprende una antena direccional; en donde el haz de satélite en la dirección hacia delante se proyecta en un ángulo de haz hacia delante de y y en donde el haz de satélite en la dirección hacia atrás se proyecta en un ángulo de haz hacia atrás de A; en donde dicha antena direccional de satélite se dirige con el mecanismo de control para reducir el ángulo de haz hacia delante de y a medida que el satélite OTB se mueve hacia un límite de latitud.

19. El sistema de la reivindicación 18, en donde la antena direccional de satélite se dirige con el mecanismo de control para disminuir el ángulo de haz hacia delante de y a medida que el satélite OTB se mueve, a medida que el satélite se mueve hacia un ángulo límite de latitud alejándose del ecuador.

20. El sistema de la reivindicación 18, en donde la antena direccional de satélite se manipula para aumentar el ángulo de haz orientado hacia atrás de A a medida que el satélite se aleja del ecuador.

21. El sistema de la reivindicación 18, en donde la antena direccional de satélite se dirige con el mecanismo de control para aumentar el ángulo de haz orientado hacia atrás de A a medida que el satélite se aleja de una banda de protección de estación terrena GEO.

22. El sistema de la reivindicación 18, en donde la antena direccional de satélite se dirige con el mecanismo de control para aumentar el ángulo de haz orientado hacia atrás de A a medida que el satélite se aleja del eje de puntería de una estación terrena GEO.

23. El sistema de la reivindicación 17, en donde la porción hacia delante de haz de comunicación de satélite de un haz de satélite tiene un ángulo de haz hacia delante que se ajusta como una función de la latitud del satélite.

24. El sistema de la reivindicación 1, en donde el mecanismo de control controla una o más antenas de un satélite para producir un haz en la dirección hacia delante proyectado en un ángulo de haz hacia delante y para producir un haz en la dirección hacia atrás proyectado en un ángulo de haz hacia atrás.

25. El sistema de la reivindicación 24, en donde el haz de satélite en la dirección hacia atrás se proyecta en un ángulo de haz hacia atrás que disminuye a medida que el satélite avanza en su órbita direccional.

26. El sistema de la reivindicación 24, en donde el haz de satélite en la dirección hacia delante se proyecta en un ángulo de haz hacia delante que aumenta a medida que el satélite avanza en su órbita direccional.

27. El sistema de la reivindicación 25, en donde el haz de satélite en la dirección hacia delante se proyecta en un ángulo de haz hacia delante que aumenta a medida que el satélite avanza en su órbita direccional.

28. El sistema de la reivindicación 25, en donde el haz de satélite en la dirección hacia atrás se proyecta en un ángulo de haz hacia atrás de A, que para un ángulo y agudo entre el horizonte y el vector en una ubicación de un punto de la Tierra en el que una estación terrena GEO está orientada hacia un satélite geoestacionario y para un ángulo p de banda de protección GEO alrededor del vector entre la estación terrena GEO y el satélite Ge O hacia el que está orientada, que forma un ángulo y con el horizonte, se determina mediante la expresión:

X = sin"1 (rBSln(9r°+1'+W)

n

donde rE representa el radio de la Tierra, donde n_ representa el radio de la órbita del satélite, donde y representa un ángulo agudo entre el horizonte y el vector en una ubicación de un punto de la Tierra en el que una estación terrena GEO está orientada hacia un satélite geoestacionario y donde p representa un ángulo de banda de protección GEO alrededor del vector entre la estación terrena GEO y el satélite Ge O hacia el que está orientada, que forma un ángulo Y con el horizonte.

29. El sistema de la reivindicación 26, en donde el haz de satélite en la dirección hacia delante se proyecta en un ángulo de haz hacia delante de y y en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo y de haz hacia delante proyectado está determinado por la expresión:

donde rE representa el radio de la Tierra, donde a representa el ángulo de elevación del horizonte y donde representa el radio de la órbita del satélite.

30. El sistema de la reivindicación 29, en donde el ángulo de elevación de horizonte consiste en el ángulo mínimo entre (1) el horizonte y (2) el satélite en el que el satélite y una estación terrena con la que el satélite puede comunicarse, visto desde la ubicación de la estación terrena.

31. El sistema de la reivindicación 27, en donde el haz de satélite en la dirección hacia atrás se proyecta en un ángulo de haz hacia atrás de ángulo A, en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo A de haz hacia atrás proyectado está determinado por la expresión:

donde rE representa el radio de la Tierra, donde representa el radio de la órbita del satélite, donde y representa un ángulo agudo entre el horizonte y el vector en una ubicación de un punto de la Tierra en el que una estación terrena GEO está orientada hacia un satélite geoestacionario y donde p representa un ángulo de banda de protección GEO alrededor del vector entre la estación terrena GEO y el satélite Ge O hacia el que está orientada, que forma un ángulo Y con el horizonte, y donde rL representa el radio de la órbita del satélite, en donde el haz de satélite en la dirección hacia delante se proyecta en un ángulo de haz hacia delante de y , y en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo y de haz hacia delante proyectado está determinado por la expresión:

donde Te representa el radio de la Tierra, donde a representa el ángulo de elevación del horizonte y donde ri_ representa el radio de la órbita del satélite.

32. El sistema de la reivindicación 24, en donde el haz producido en la dirección hacia delante está compuesto por una pluralidad de haces secundarios.

33. El sistema de la reivindicación 24, en donde el haz producido en la dirección hacia atrás está compuesto por una pluralidad de haces secundarios.

34. El sistema de la reivindicación 24, en donde al menos uno del haz producido en la dirección hacia delante y del haz producido en la dirección hacia atrás comprende una pluralidad de haces secundarios y en donde dichos haces secundarios son controlables para controlar la proyección del haz de comunicación de dicha antena de satélite.

35. El sistema de la reivindicación 24, en donde el haz producido en la dirección hacia delante comprende una pluralidad de haces secundarios, en donde el haz producido en la dirección hacia atrás comprende una pluralidad de haces secundarios y en donde dichos haces secundarios son controlables para controlar la proyección del haz de comunicación de dicha antena de satélite.

36. El sistema de la reivindicación 34, en donde un haz secundario es controlable al posicionar dicha antena que proporciona el haz secundario.

37. El sistema de la reivindicación 34, en donde al menos uno de dicho haz hacia delante y de dicho haz hacia atrás es controlable activando o desactivando un haz secundario que comprende el respectivo haz hacia delante o haz hacia atrás.

38. El sistema de la reivindicación 34, en donde dicho haz hacia delante es controlable activando o desactivando un haz secundario que comprende el haz hacia delante y en donde dicho haz hacia atrás es controlable activando o desactivando un haz secundario que comprende el haz hacia atrás.

39. El sistema de la reivindicación 24, en donde la antena de satélite comprende una antena de haz ajustable en tiempo real.

40. El sistema de la reivindicación 39, en donde la antena de haz ajustable en tiempo real comprende una antena en fase.

41. El sistema de la reivindicación 39, en donde la antena proporciona una envolvente de haz que comprende haces secundarios configurados para reutilización de frecuencia concreta, para reutilización de polarización o para acomodar otros elementos orbitales o elementos de estación terrena.

42. El sistema de la reivindicación 40, en donde la antena proporciona una envolvente de haz que comprende haces secundarios configurados para reutilización de frecuencia concreta, para reutilización de polarización o para acomodar otros elementos orbitales o elementos de estación terrena.

43. El sistema de la reivindicación 24, en donde se proporciona dicha constelación de satélites de modo que al menos un satélite de la constelación de satélites esté a la vista en todo momento desde cualquier estación terrena de la Tierra.

44. El sistema de la reivindicación 24, en donde el haz de satélite en la dirección hacia delante se proyecta en un ángulo ^ de haz hacia delante; en donde el haz de satélite en la dirección hacia atrás se proyecta en un ángulo de haz hacia atrás de A; en donde al menos una antena de satélite comprende una antena direccional que proyecta el haz hacia delante y en donde al menos una antena direccional que proyecta el haz hacia delante se dirige con el mecanismo de control para reducir el ángulo ^ de haz hacia delante a medida que el satélite OTB se mueve hacia un límite de latitud, en donde al menos una antena de satélite comprende una antena direccional que proyecta el haz hacia atrás, en donde al menos una antena direccional de satélite que proyecta el haz hacia atrás se dirige con el mecanismo de control para aumentar el ángulo A de haz hacia atrás a medida que el satélite OTB se mueve hacia un límite de latitud.

45. El sistema de la reivindicación 44, en donde cada antena direccional tiene un transmisor asociado que proporciona una señal a la antena y en donde cada satélite está configurado para apagar un transmisor asociado en ubicaciones en las que la transmisión de su transmisor coincidiría con el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite GEO.

46. El sistema de la reivindicación 24, en donde al menos dicha antena para recibir de y transmitir hacia estaciones terrenas comprende una antena direccional y en donde hay al menos un transmisor asociado con la antena direccional que proporciona una señal a la antena y en donde cada satélite está configurado para apagar el transmisor asociado en ubicaciones en las que la transmisión de su transmisor coincidiría con el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite GEO.

47. El sistema de la reivindicación 46, en donde el ecuador define una transición entre cuadrantes del plano de la órbita.

48. El sistema de la reivindicación 47, en donde cada satélite está configurado para apagar su transmisor que transmite hacia la Tierra en la transición entre cuadrantes en el ecuador, para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite GEO.

49. El sistema de la reivindicación 48, en donde cada segundo, tercer y cuarto cuadrante del plano de la órbita es un reflejo funcional del primer cuadrante, en donde un satélite de la constelación de satélites en una órbita refleja las proyecciones de haz angulares para cada cuadrante sucesivo.

50. El sistema de la reivindicación 44, en donde el ángulo ^ de haz hacia delante y el ángulo A de haz hacia atrás se determinan en el límite de latitud como una función del límite o de latitud para un ángulo p de banda de protección dado alrededor del vector entre una estación terrena GEO y un satélite GEO en ángulo y y en donde el satélite está en órbita a una altitud h que está al menos un ángulo a por encima del horizonte local.

51. El sistema de la reivindicación 27, en donde cada satélite incluye un ordenador que tiene un procesador de hardware y en donde el ordenador está programado con software que contiene instrucciones para indicar al ordenador que manipule el haz de satélite en las direcciones hacia delante y hacia atrás, comprendiendo dichas instrucciones dar instrucciones al ordenador para:

determinar el ángulo ^ de haz hacia delante al monitorizar la altitud del satélite y las coordenadas de ubicación de un satélite, en donde el ángulo ^ de haz hacia delante es el ángulo de haz relativo a un vector definido por el centro de la Tierra y la ubicación del satélite que se proyecta hacia delante desde el satélite en la dirección de la órbita del satélite;

determinar el ángulo A de haz hacia atrás al monitorizar la altitud del satélite y las coordenadas de ubicación de un satélite, en donde el ángulo A de haz hacia atrás es el ángulo de haz relativo a un vector definido por el centro de la Tierra y la ubicación del satélite que se proyecta hacia atrás desde el satélite en el sentido opuesto a la órbita del satélite;

identificar las ubicaciones de las estaciones terrenas GEO que se encuentran en la línea de visión de la órbita del satélite; y

controlar el ángulo ^ de haz hacia delante y el ángulo A de haz hacia atrás para maximizar la cobertura y evitar la transmisión por el eje de puntería de una antena de estación terrena GEO.

52. El sistema de la reivindicación 24, en donde los satélites OTB de la constelación de satélites están distribuidos en planos orbitales por encima de la superficie de la Tierra; en donde un satélite OTB de la constelación de satélites se distribuye en la órbita con respecto a un satélite OTB adyacente de la constelación de satélites de modo que el satélite OTB y el satélite adyacente a él estén dentro de una distancia de línea de visión entre ellos.

53. El sistema de la reivindicación 24, en donde los satélites están separados dentro de su plano orbital a una distancia s de línea de visión, que separa satélites adyacentes, en donde la distancia "s" de línea de visión es la distancia de línea de visión entre dos satélites OTB en órbita.

54. El sistema de la reivindicación 52, en donde la distancia de separación de línea de visión máxima entre satélites de la constelación de satélites está determinada por el ángulo mínimo entre el horizonte y un satélite en el que ese satélite puede comunicarse con una estación terrena ubicada en un punto de la Tierra.

55. El sistema de la reivindicación 54, en donde la distancia de separación máxima entre satélites adyacentes está determinada por un ángulo 0 de un vector definido por las posiciones de latitud respectivas de cada satélite adyacente respectivo en un plano orbital respectivo, en el que el vértice del ángulo es el centro de la Tierra.

56. El sistema de la reivindicación 55, en donde dicho ángulo 0 está determinado por la expresión 0 = 2 ARCSIN(S/2rL), en donde s es la distancia de separación entre satélites adyacentes y está representada por la expresión S = 2 n_ SIN(0/2), donde a representa el radio de la órbita del satélite.

57. El sistema de la reivindicación 52, en donde al menos un primer satélite OTB en órbita de la constelación de satélites está lo suficientemente lejos del horizonte local como para estar dentro de la línea de visión de una estación terrena OTB que recibe transmisiones desde la constelación de satélites y como para estar disponible para comunicaciones fiables; en donde durante el período en el que al menos un primer satélite OTB en órbita de la constelación de satélites está dentro de una banda de protección alrededor del vector entre la estación terrena GEO y un satélite GEO, al menos un segundo satélite OTB está a la vista y lo suficientemente alto por encima del horizonte local y se hace cargo de cualquier función de comunicación con la estación terrena del primer satélite OTB dentro del vector de la banda de protección.

58. El sistema de la reivindicación 55, en donde al menos un segundo satélite OTB que se hace cargo de la función de comunicación, se hace cargo de las funciones de comunicación de al menos un primer satélite antes de que el primer satélite apague su función de transmisión en el vector de banda de protección.

59. El sistema de la reivindicación 58, en donde al menos dicho primer satélite cesa la transmisión cuando está dentro del vector de la banda de protección, apagando uno o más haces secundarios de su haz de transmisión.

60. El sistema de la reivindicación 57, en donde la proyección de haz hacia atrás del primer satélite puede comunicarse con la estación terrena después de que el haz hacia delante haya pasado el vector de eje de puntería.

61. El sistema de la reivindicación 24, en donde un satélite controla el ángulo de haz hacia delante del haz proyectado hacia delante cambiando el ángulo de la proyección a medida que el satélite se mueve a través de su órbita en un cuadrante; en donde el haz hacia atrás del satélite de la constelación de satélites en el siguiente cuadrante de su órbita se proyecta para reflejar el haz hacia delante proyectado por el satélite en el cuadrante anterior.

62. El sistema de la reivindicación 61, en donde dicho reflejo de proyección hacia atrás proporciona una región máxima de cobertura detrás del satélite a medida que el satélite se desplaza a través del cuadrante.

63. El sistema de la reivindicación 24, en donde el haz transmitido por un satélite OTB de la constelación de satélites está en una dirección opuesta a la dirección en que un satélite GEO estaría transmitiendo a la misma estación terrena.

64. El sistema de la reivindicación 24, en donde cuando un satélite transmisor debe cesar la transmisión hacia una estación terrena ubicada en un punto de la Tierra para evitar el vector de eje de puntería de una antena GEO de una estación terrena, otro satélite de la constelación de satélites OTB se hace cargo de la transmisión del satélite transmisor.

65. El sistema de la reivindicación 24, que incluye una pluralidad de estaciones terrenas configuradas para recibir transmisiones desde satélites OTB y para enviar transmisiones a satélites OTB, en donde al menos algunas de la pluralidad de estaciones terrenas tienen antenas omnidireccionales.

66. El sistema de la reivindicación 27, que incluye una pluralidad de estaciones terrenas configuradas para recibir transmisiones desde satélites OTB y para enviar transmisiones a satélites OTB, en donde al menos algunas de la pluralidad de estaciones terrenas tienen antenas direccionales.

67. El sistema de la reivindicación 66, en donde dichas antenas direccionales son direccionales hacia el norte o hacia el sur con respecto al plano orbital de la constelación de satélites.

68. El sistema de la reivindicación 67, en donde dichas antenas dirigidas hacia el norte o hacia el sur son dirigibles en elevación y en azimut.

69. El sistema de la reivindicación 1, en donde los satélites de la constelación de satélites están posicionados en múltiples planos orbitales a distancia longitudinal angular regular.

70. El sistema de la reivindicación 56, en donde el número de satélites proporcionados en un plano orbital está determinado por la distancia entre satélites en la órbita que están a una altitud h y al menos en un ángulo a por encima del horizonte y que mantengan un ángulo de banda de protección de p alrededor del vector entre una estación terrena GEO y un GEO en un ángulo y.

71. El sistema de la reivindicación 1, en donde cada satélite tiene una pluralidad de antenas.

72. El sistema de la reivindicación 71, en donde cada pluralidad de antenas de satélite incluye antenas para enlaces ascendentes/descendentes con estaciones terrenas y antenas para enlaces cruzados con otros satélites.

73. El sistema de la reivindicación 72, en donde dichos enlaces ascendentes/descendentes comprenden antenas helicoidales y en donde dichas antenas de enlaces cruzados comprenden lentes.

74. El sistema de la reivindicación 24, en donde el número de satélites es el número mínimo de satélites y en donde la distancia entre satélites es la distancia máxima entre satélites.

75. El sistema de la reivindicación 24, que incluye además una pluralidad de estaciones terrenas que tienen al menos una antena direccional, en donde la ganancia más alta de la antena direccional está dirigida para orientarse al sur o en una dirección sur para una estación terrena ubicada en el hemisferio sur y en donde la ganancia más alta de la antena direccional está dirigida para orientarse al norte o en una dirección norte para una estación terrena ubicada en el hemisferio norte.

76. El sistema de la reivindicación 75, en donde la antena direccional de la estación terrena está dirigida para orientar su ganancia de antena máxima en dirección opuesta a la dirección de un satélite geoestacionario en órbita terrestre, GEO, y hacia la dirección de un satélite OTB.

77. Un método para implementar comunicaciones a través de un sistema de comunicaciones por satélite en órbita terrestre baja, OTB, con satélites OTB que permite la reutilización de frecuencias de satélites de comunicaciones en órbita terrestre geoestacionaria, GEO, comprendiendo el método:

a) disponer una pluralidad de satélites OTB en una pluralidad de planos orbitales alrededor de la Tierra; en donde cada satélite incluye equipos para transmitir transmisiones de radiofrecuencia, RF, que tienen frecuencias para recepción por una estación terrena ubicada en la Tierra y en donde cada plano orbital de satélite define una órbita polar alrededor de los cuatro cuadrantes de la Tierra;

b) proporcionar un mecanismo de control que controle las transmisiones de RF por satélite;

c) transmitir desde un satélite OTB una transmisión hacia una estación terrena;

d) controlar la transmisión de RF por satélite para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite GEO, incluido el procesamiento de la información de ubicación del satélite con componentes informáticos del mecanismo de control de haz de satélite y el control de la antena de satélite con un mecanismo de control para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena de orientación GEO en cualquier punto de la Tierra;

e) en donde controlar la transmisión de RF por satélite incluye controlar la cobertura de haz con el mecanismo de control del satélite para dirigir la cobertura de transmisión por satélite en cada cuadrante del plano de órbita para reflejar la cobertura de transmisión por satélite del haz dirigido hacia atrás proyectado en el cuadrante anterior del satélite;

f) en donde controlar la transmisión de RF por satélite incluye además dirigir las transmisiones por satélite hacia la Tierra en las transiciones entre cuadrantes en el ecuador para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite GEO; y

g) en donde transmitir desde un satélite OTB una transmisión hacia una estación terrena se lleva a cabo empleando el espectro empleado también por los satélites de comunicaciones GEO que se comunican en la misma región.

78. El método de la reivindicación 77, en donde controlar la transmisión por satélite incluye controlar con un mecanismo de control el funcionamiento de una o más antenas del satélite para producir un haz de transmisión en la dirección hacia delante proyectado en un ángulo de haz hacia delante y producir un haz de transmisión en la dirección hacia atrás proyectado en un ángulo de haz hacia atrás.

79. El método de la reivindicación 78, en donde controlar el ángulo de haz comprende proyectar un haz de transmisión en la dirección hacia delante en un ángulo de haz hacia delante de y y en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo y de haz hacia delante en el que se proyecta el haz está determinado por la expresión:

( r E sin(90 a)

^{ib = sin 1 --------------------} V ^{r L}

donde rE representa el radio de la Tierra, donde a representa el ángulo de elevación del horizonte y donde rL representa el radio de la órbita del satélite.

80. El método de la reivindicación 78, en donde controlar el ángulo de haz comprende proyectar un haz de transmisión en la dirección hacia atrás en un ángulo de haz hacia atrás de ángulo A, en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo A de haz hacia atrás en el que se proyecta el haz está determinado por la expresión:

X = s i n - 1 ( rESln(9r° r+ P ))

donde rE representa el radio de la Tierra, donde rL representa el radio de la órbita del satélite, donde y representa un ángulo agudo entre el horizonte y el vector en una ubicación de un punto de la Tierra en el que una estación terrena GEO está orientada hacia un satélite geoestacionario y donde p representa un ángulo de banda de protección GEO alrededor del vector entre la estación terrena GEO y el satélite Ge O hacia el que está orientada, que forma un ángulo Y con el horizonte, y en donde rL representa el radio de la órbita del satélite.

81. El método de la reivindicación 78, en donde controlar el ángulo de haz comprende proyectar un haz de transmisión en la dirección hacia delante en un ángulo de haz hacia delante de y y en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo y de haz hacia delante en el que se proyecta el haz está determinado por la expresión:

f r E sin(90 a)

^{ib = sin --------------------} V ^{t l}

donde rE representa el radio de la Tierra, donde a representa el ángulo de elevación del horizonte y donde rL representa el radio de la órbita del satélite; y

en donde controlar el ángulo de haz comprende proyectar un haz de transmisión en la dirección hacia atrás en un ángulo de haz hacia atrás de ángulo A, en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo A de haz hacia atrás en el que se proyecta el haz está determinado por la expresión:

donde te representa el radio de la Tierra, donde n_ representa el radio de la órbita del satélite, donde y representa un ángulo agudo entre el horizonte y el vector en una ubicación de un punto de la Tierra en el que una estación terrena GEO está orientada hacia un satélite geoestacionario y donde p representa un ángulo de banda de protección GEO alrededor del vector entre la estación terrena GEO y el satélite Ge O hacia el que está orientada, que forma un ángulo Y con el horizonte, y donde n_ representa el radio de la órbita del satélite.

82. Un satélite de órbita terrestre baja, OTB, configurado para operar en un plano orbital definido por una órbita polar alrededor de los cuatro cuadrantes de la Tierra que comprende:

a) equipo de comunicaciones, comprendiendo dicho equipo de comunicaciones equipo para transmitir transmisiones de RF que tienen frecuencias para su recepción por una estación terrena ubicada en la Tierra y equipo de comunicaciones para comunicarse con otros satélites;

b) un mecanismo de control que incluye un componente de procesamiento y software con instrucciones para controlar las transmisiones de RF desde el satélite OTB hacia una estación terrena;

c) un transmisor para transmitir transmisiones de RF;

d) al menos una antena para proyectar las transmisiones de RF del satélite OTB, que incluye un haz dirigido hacia delante y un haz dirigido hacia atrás;

e) en donde dicho mecanismo de control controla las transmisiones por satélite para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite GEO; en donde el componente de procesamiento del mecanismo de control y el software están configurados para procesar la información de ubicación del satélite y determinar el ángulo de haz que debe proporcionar la antena de satélite,

f) en donde el mecanismo de control dirige la cobertura de transmisión de satélite en cada cuadrante del plano de órbita para reflejar la cobertura de transmisión de satélite del haz dirigido hacia atrás proyectado en el cuadrante anterior de la órbita del satélite;

g) en donde el mecanismo de control apaga las transmisiones del satélite hacia la Tierra en la transición entre cuadrantes en el ecuador para evitar transmitir por el eje de puntería de una antena orientada hacia un satélite geoestacionario en órbita terrestre, GEO; y

h) en donde las transmisiones de RF desde el satélite OTB hacia una estación terrena se llevan a cabo empleando el espectro empleado también por los satélites de comunicaciones GEO que se comunican en la misma región.

83. El satélite de la reivindicación 82, en donde el mecanismo de control controla el funcionamiento de una o más antenas del satélite para producir un haz de transmisión en la dirección hacia delante proyectado en un ángulo de haz hacia delante y para producir un haz de transmisión en la dirección hacia atrás proyectado un ángulo de haz hacia atrás.

84. El satélite de la reivindicación 83, en donde el mecanismo de control controla el ángulo de haz para proyectar un haz de transmisión en la dirección hacia delante en un ángulo de haz hacia delante de y y en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo y de haz hacia delante está determinado por la expresión:

( rE sin(90 a)

^{üj = sin 1 --------------------} V ^{r L}

donde te representa el radio de la Tierra, donde a representa el ángulo de elevación del horizonte y donde n_ representa el radio de la órbita del satélite.

85. El satélite de la reivindicación 83, en donde el mecanismo de control controla el ángulo de haz para proyectar un haz de transmisión en la dirección hacia atrás en un ángulo de haz hacia atrás de ángulo A, en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo A de haz hacia atrás está determinado por la expresión:

donde te representa el radio de la Tierra, donde tl representa el radio de la órbita del satélite, donde y representa un ángulo agudo entre el horizonte y el vector en una ubicación de un punto de la Tierra en el que una estación terrena GEO está orientada hacia un satélite geoestacionario y donde p representa un ángulo de banda de protección GEO alrededor del vector entre la estación terrena GEO y el satélite Ge O hacia el que está orientada, que forma un ángulo Y con el horizonte, y donde n_ representa el radio de la órbita del satélite.

86. El satélite de la reivindicación 83, en donde el mecanismo de control controla el ángulo de haz para proyectar un haz de transmisión en la dirección hacia delante en un ángulo de haz hacia delante de y y en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite, el ángulo y de haz hacia delante está determinado por la expresión:

donde rE representa el radio de la Tierra, donde a representa el ángulo de elevación del horizonte y donde n_ representa el radio de la órbita del satélite; y

en donde el mecanismo de control controla el ángulo de haz para proyectar un haz de transmisión en la dirección hacia atrás en un ángulo de haz hacia atrás de ángulo A, en donde para una posición de latitud dada en la órbita del satélite el ángulo A de haz hacia atrás está determinado por la expresión:

donde rE representa el radio de la Tierra, donde rL representa el radio de la órbita del satélite, donde y representa un ángulo agudo entre el horizonte y el vector en una ubicación de un punto de la Tierra donde una estación terrena GEO está orientada hacia un satélite geoestacionario y donde p representa un ángulo de banda de protección GEO alrededor del vector entre la estación terrena GEO y el satélite GEO hacia el que está orientada, que forma un ángulo y con el horizonte y donde rL representa el radio de la órbita del satélite.