RU2149507C1 - Satellite regional communication system using elliptical orbits - Google Patents

Satellite regional communication system using elliptical orbits Download PDF

Info

Publication number
RU2149507C1
RU2149507C1 RU99113188A RU99113188A RU2149507C1 RU 2149507 C1 RU2149507 C1 RU 2149507C1 RU 99113188 A RU99113188 A RU 99113188A RU 99113188 A RU99113188 A RU 99113188A RU 2149507 C1 RU2149507 C1 RU 2149507C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
satellite
orbits
satellites
artificial
orbit
Prior art date
Application number
RU99113188A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Н. Донианц
Ю.А. Толмачев
В.И. Козлов
А.Г. Козлов
В.А. Бартенев
А.А. Мартынов
А.В. Колосов
А.В. Котов
Ю.П. Улыбышев
А.М. Коньков
С.А. Долгушев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Зонд-Холдинг"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Зонд-Холдинг" filed Critical Закрытое акционерное общество "Зонд-Холдинг"
Priority to RU99113188A priority Critical patent/RU2149507C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2149507C1 publication Critical patent/RU2149507C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

FIELD: satellite communications engineering. SUBSTANCE: system has at least three artificial Earth satellites placed in their respective elliptical orbits and net of ground stations. Orbits of all satellites have similar orbital period T found from equation T = t/N, where t is day-and-night period; N is total number of satellites in system, and similar inclination of orbit plane to equator plane which is, in effect, equal to critical value; pericenter of each orbit is in hemisphere opposite to service area. Actually proposed system has six artificial Earth satellites; orbital period is chosen from mentioned equation; inclination of orbit plane of each satellite to equator plane is, in effect, about 63.4 deg (i ≈ 63,4o); artificial satellites placed in adjacent orbits are arranged so that all of them reach orbital pericenter point at shift of half or one third of orbital period relative to each other. EFFECT: improved stability of communications among ground stations in chosen region including Russian territory; reduced cost. 3 cl, 9 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к системам спутниковой связи, а более точно касается спутниковой системы региональной связи с использованием эллиптических орбит и предназначено для обеспечения различными видами связи обширных регионов земного шара. The invention relates to satellite communication systems, and more particularly relates to a satellite system of regional communication using elliptical orbits and is intended to provide various types of communication for vast regions of the globe.

В настоящее время на рынке телекоммуникационных услуг значительно возрос интерес к персональной спутниковой связи. Принципиально новый этап в развитии персональной подвижной спутниковой связи начался после появления проектов спутниковых систем связи с использованием искусственных спутников (ИС) на низких и средневысотных орбитах, что позволяет расширить спектр предоставляемых телекоммуникационных услуг и обеспечить пользователей надежной и качественной персональной связью вне зависимости от местоположения абонента с помощью стационарных и/или портативных абонентских терминалов, сравнимых по размеру с сотовыми. Currently, the interest in personal satellite communications has significantly increased in the telecommunications market. A fundamentally new stage in the development of personal mobile satellite communications began after the advent of satellite communications systems using artificial satellites (IS) in low and medium altitude orbits, which allows us to expand the range of telecommunications services and provide users with reliable and high-quality personal communications, regardless of the location of the subscriber using fixed and / or portable subscriber terminals, comparable in size to cellular.

Известен ряд спутниковых систем связи для непрерывного обзора, в которых искусственные спутники размещены на эллиптических орбитах (патенты США N 4809935, кл. 244/158. R; N 4854527, кл. 244/158.R, статьи: Draim, John E., "Three- and four- satellite continuous-coverage constellations," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1985, Vol. 8, pp. 725-730; Draim, John E., "A common-period four-satellite continuous global coverage constellation," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1987, Vol. 10, pp. 492-499), которые, в частности, могут использоваться для обеспечения региональной связи в каком-либо из полушариев. Для этих систем используются наклонения орбит, значительно отличающиеся от критического, поэтому они требуют значительных затрат топлива на искусственных спутниках для сохранения требуемой структуры спутниковой системы (см. например: Chao, С. С."Long-term orbit perturbations of the Draim four-satellite constellations," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1992, Vol. 15, N. 6, pp. 1406-1410). A number of satellite communication systems for continuous viewing are known, in which artificial satellites are placed in elliptical orbits (US Pat. N 4,804,935, CL 244/158. R; N 4854527, CL 244 / 158.R, articles: Draim, John E., "Three- and four- satellite continuous-coverage constellations," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1985, Vol. 8, pp. 725-730; Draim, John E., "A common-period four-satellite continuous global coverage constellation, "Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1987, Vol. 10, pp. 492-499), which, in particular, can be used to provide regional communication in any of the hemispheres. Orbital inclinations that are significantly different from critical are used for these systems; therefore, they require significant fuel costs on artificial satellites to maintain the required satellite system structure (see, for example, Chao, S. S. "Long-term orbit perturbations of the Draim four-satellite constellations, "Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1992, Vol. 15, N. 6, pp. 1406-1410).

Известны спутниковые системы связи с использованием эллиптических солнечно-синхронных орбит (патенты США N 5582367, кл. 244/158.R; N 5669585, кл. 244/158.R) с критическим наклонением орбиты i около 116,6o. Орбитальные параметры этих орбит выбираются путем обеспечения специального условия по прецессии долготы восходящего узла и скорости изменения положения перицентра орбиты. Для таких систем используются наклонения орбит, типичные для солнечно-синхронных орбит (115-118o), что требует больших затрат при развертывании системы, по сравнению с системами с наклонениями орбит, меньшими 90o. Указанные спутниковые системы связи ориентированы, в основном, на обеспечение глобальной связи. То есть при необходимости охвата какого-либо конкретного региона, например территории РФ, происходит охват и других регионов, что значительно удорожает систему и делает ее применение для региональной связи экономически невыгодным.Satellite communication systems using elliptical solar-synchronous orbits are known (US patents N 5582367, class 244 / 158.R; N 5669585, class 244 / 158.R) with a critical inclination of orbit i of about 116.6 o . The orbital parameters of these orbits are selected by providing a special condition for the precession of the longitude of the ascending node and the rate of change of the position of the pericenter of the orbit. For such systems, orbital inclinations typical of solar-synchronous orbits (115-118 o ) are used, which is more expensive when deploying the system, compared with systems with orbital inclinations less than 90 o . These satellite communication systems are oriented mainly to global communications. That is, if it is necessary to cover a specific region, for example, the territory of the Russian Federation, other regions are covered, which significantly increases the cost of the system and makes its use for regional communication economically disadvantageous.

Известна спутниковая система связи с использованием эллиптических орбит (патент РФ N 2032988, кл. H 04 В 7/185), выбранная нами за прототип. Способ построения указанной спутниковой системы связи заключается в использовании искусственных спутников, выведенных на эллиптические орбиты, лежащие в плоскостях, отличных от экватора. Параметры орбит в этой системе выбираются из таких условий, при которых на апогейных участках орбиты в зонах между линиями пересечения плоскостей орбит среднее значение абсолютных величин угловых скоростей спутников относительно оси вращения Земли за некоторый период времени, равный t= 24 часа/N, где N - общее количество искусственных спутников в системе, совпадало с абсолютной величиной угловой скорости Земли, а изменение азимута и угла места относительно абонентов не превышало величины угла главного лепестка диаграммы направленности. A known satellite communication system using elliptical orbits (RF patent N 2032988, CL H 04 B 7/185), we have chosen for the prototype. A method of constructing said satellite communication system is to use artificial satellites placed in elliptical orbits lying in planes other than the equator. The parameters of the orbits in this system are selected from such conditions that, at the apogee sections of the orbit in the zones between the lines of intersection of the planes of the orbits, the average value of the absolute values of the angular velocities of the satellites relative to the axis of rotation of the Earth for a certain period of time equal to t = 24 hours / N, where N is the total number of artificial satellites in the system coincided with the absolute value of the angular velocity of the Earth, and the change in azimuth and elevation relative to the subscribers did not exceed the angle of the main lobe of the radiation pattern.

Указанный выбор параметров орбит определяет необходимость использования антенных систем с широкой диаграммой направленности, что удорожает систему связи в целом, ухудшает качество связи и ограничивает возможность использования других типов антенн. The indicated choice of orbit parameters determines the necessity of using antenna systems with a wide radiation pattern, which increases the cost of the communication system as a whole, worsens the quality of communication and limits the ability to use other types of antennas.

В основу изобретения положена задача разработать спутниковую систему региональной связи с использованием эллиптических орбит, в которой за счет выбора параметров орбит искусственных спутников обеспечивалась бы устойчивая региональная спутниковая связь широтных поясов, например, в северном полушарии, в том числе на территории РФ, или в южном полушарии, что позволило бы с минимальными затратами обеспечить широкий круг потребителей услугами спутниковой связи. The basis of the invention is the task of developing a satellite system of regional communication using elliptical orbits, in which, by choosing the parameters of the orbits of artificial satellites, a stable regional satellite communication of latitudinal zones would be provided, for example, in the northern hemisphere, including in the Russian Federation, or in the southern hemisphere that would allow providing a wide range of consumers with satellite communications services at minimal cost.

Поставленная задача решается тем, что в спутниковой системе региональной связи с использованием эллиптических орбит, включающей по меньшей мере три искусственных спутника, размещенных на эллиптических орбитах и оснащенных аппаратурой связи с сетью наземных пунктов, размещенных в зоне обслуживания и обеспечивающих связь через указанные искусственные спутники, согласно изобретению, каждый искусственный спутник размещен на собственной эллиптической орбите и орбиты всех искусственных спутников имеют одинаковый орбитальный период, выбираемый из соотношения Т = t/N, где Т - орбитальный период каждого искусственного спутника, t - суточная длительность, N - общее количество искусственных спутников в системе, при этом орбиты всех искусственных спутников имеют одинаковое наклонение плоскости орбиты каждого искусственного спутника к плоскости экватора, которое по существу равно критическому, а перицентр каждой орбиты размещен в полушарии, противоположном зоне обслуживания. The problem is solved in that in a satellite system of regional communication using elliptical orbits, including at least three artificial satellites located in elliptical orbits and equipped with communication equipment with a network of ground points located in the service area and providing communication through these artificial satellites, according to According to the invention, each artificial satellite is placed in its own elliptical orbit and the orbits of all artificial satellites have the same orbital period, calculated from the relation T = t / N, where T is the orbital period of each artificial satellite, t is the daily duration, N is the total number of artificial satellites in the system, and the orbits of all artificial satellites have the same inclination of the orbit plane of each artificial satellite to the equator plane, which is essentially critical, and the pericenter of each orbit is located in the hemisphere opposite the service area.

Благодаря использованию в заявляемом изобретении эллиптических орбит на средних высотах, наклонение которых близко к критическому, существенно снижаются затраты на развертывание и поддержание работоспособности спутниковой системы связи. Кроме того, такие орбиты обеспечивают возможность работы с большими углами возвышения при расположении наземных станций в высоких широтах, наличие спутниковой связи в которых является весьма актуальной проблемой, в частности, для приполярных районов РФ. Зоной обслуживания, в которой обеспечивается устойчивая энергетика радиолиний, является территория РФ и прилегающие к ней районы от 40 до 90o с.ш. (северной широты).Thanks to the use in the claimed invention of elliptical orbits at medium altitudes, the inclination of which is close to critical, the costs of deploying and maintaining the operability of a satellite communication system are significantly reduced. In addition, such orbits provide the ability to work with large elevation angles when positioning ground stations at high latitudes, the presence of satellite communications in which is a very urgent problem, in particular, for the polar regions of the Russian Federation. The service area in which the sustainable energy of the radio lines is provided is the territory of the Russian Federation and the adjacent areas from 40 to 90 o N (north latitude).

Использование для всех орбит одинакового орбитального периода обеспечивает непрерывность связи и инвариантность условий связи по отношению к любому искусственному спутнику при работе с ним с территории зоны обслуживания. Кроме того, достигается повторяемость параметров радиолиний между спутником и наземной станцией. The use of the same orbital period for all orbits ensures the continuity of communication and the invariance of the communication conditions with respect to any artificial satellite when working with it from the territory of the service area. In addition, the repeatability of radio link parameters between the satellite and the ground station is achieved.

Целесообразно, чтобы наклонение плоскости каждой орбиты к плоскости экватора составляло около i ≈ 63,4o. Такое наклонение орбит обеспечивает устойчивость положения перицентра каждой орбиты, увеличивает срок активного существования системы в целом и значительно снижает затраты на сохранение номинальных параметров системы.It is advisable that the inclination of the plane of each orbit to the plane of the equator is about i ≈ 63.4 o . Such inclination of the orbits ensures the stability of the position of the pericenter of each orbit, increases the active life of the system as a whole and significantly reduces the cost of maintaining the nominal parameters of the system.

Полезно, чтобы плоскости орбит были бы равномерно разнесены по долготе восходящего узла в плоскости экватора, что позволяет обеспечить непрерывную радиовидимость по меньшей мере одного спутника с территории зоны обслуживания. It is useful that the orbit planes are evenly spaced along the longitude of the ascending node in the equatorial plane, which allows for continuous radio visibility of at least one satellite from the territory of the service area.

Разумно, чтобы в спутниковой системе искусственные спутники были бы размещены так, что каждый из искусственных спутников достигал бы точки орбитального перицентра со сдвигом 1/2 орбитального периода по отношению к спутникам в смежных плоскостях. It is reasonable that in the satellite system artificial satellites would be placed so that each of the artificial satellites would reach the point of the orbital pericenter with a shift of 1/2 of the orbital period with respect to the satellites in adjacent planes.

Также полезно, чтобы в спутниковой системе искусственные спутники были бы размещены так, что каждый из искусственных спутников достигал бы точки орбитального перицентра со сдвигом 2/N орбитального периода по отношению к спутникам в смежных плоскостях. It is also useful that artificial satellites are placed in a satellite system so that each of the artificial satellites reaches a point of the orbital pericenter with a 2 / N shift of the orbital period with respect to satellites in adjacent planes.

Такое построение спутниковой системы связи обеспечивает радиовидимость с территории РФ с углом возвышения по меньшей мере 30o.This construction of a satellite communications system provides radio visibility from the territory of the Russian Federation with an elevation angle of at least 30 o .

Предпочтительно, чтобы высота перигея каждой орбиты составляла по меньшей мере 500 км, что позволяет снизить уровень атмосферных возмущений орбиты при прохождении области перицентра. It is preferable that the height of the perigee of each orbit is at least 500 km, which reduces the level of atmospheric disturbances of the orbit when passing through the pericenter region.

Аргумент перицентра каждой орбиты выбирается близким к минус 90o, что обеспечивает устойчивую связь в Северном полушарии.The pericenter argument of each orbit is chosen close to minus 90 o , which ensures stable communication in the Northern Hemisphere.

Поставленная задача также решается тем, что в спутниковой системе региональной связи с использованием эллиптических орбит, включающей искусственные спутники, размещенные на эллиптических орбитах и оснащенные аппаратурой связи с сетью наземных пунктов, размещенных в зоне обслуживания и обеспечивающих связь через указанные искусственные спутники, согласно изобретению, система содержит шесть искусственных спутников, размещенных на собственных эллиптических орбитах, которые имеют одинаковый орбитальный период, одинаковое наклонение плоскости орбиты к плоскости экватора и перицентр каждой орбиты, размещенный в полушарии, противоположном зоне обслуживания, при этом орбитальный период выбирается из соотношения Т = t/N, где Т - орбитальный период каждого искусственного спутника, t - суточная длительность, N= 6, наклонение плоскости орбиты каждого искусственного спутника к плоскости экватора по существу равно i ≈ 63,4o, а искусственные спутники, размещенные на смежных орбитах, расположены так, что каждый из искусственных спутников достигает точки орбитального перицентра со сдвигом 1/2 или 1/3 орбитального периода один относительно другого.The problem is also solved by the fact that in a satellite system of regional communication using elliptical orbits, including artificial satellites placed in elliptical orbits and equipped with communication equipment with a network of ground points located in the service area and providing communication through these artificial satellites, according to the invention, the system contains six artificial satellites placed on their own elliptical orbits, which have the same orbital period, the same inclination the orbits of the orbit to the equatorial plane and the pericenter of each orbit located in the hemisphere opposite the service area, the orbital period being selected from the relation T = t / N, where T is the orbital period of each artificial satellite, t is the daily duration, N = 6, inclination the orbit plane of each artificial satellite to the equator plane is essentially i ≈ 63.4 o , and the artificial satellites located in adjacent orbits are located so that each of the artificial satellites reaches the point of the orbital pericenter with 1/2 or 1/3 of the orbital period with respect to one another.

Использование в системе связи шести искусственных спутников обеспечивает устойчивую связь в обширных регионах, в частности на территории РФ и прилегающих к ней районах от 40 до 72o с.ш. (северной широты) с относительно небольшими затратами, и по существу является оптимальной системой для указанных регионов.The use of six artificial satellites in the communication system provides stable communication in vast regions, in particular in the territory of the Russian Federation and adjacent areas from 40 to 72 o N (northern latitude) with relatively low costs, and in essence is the optimal system for these regions.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его выполнения и прилагаемыми чертежами и графиками, на которых:
фиг. 1 изображает спутниковую систему связи с шестью искусственными спутниками на эллиптических орбитах (первый вариант), согласно изобретению;
фиг. 2 - циклограмму интервалов радиовидимости искусственных спутников абонентом в г. Москве;
фиг. 3 - статистические характеристики радиовидимости искусственных спутников при различных углах возвышения (первый вариант);
фиг.4 - то же, что на фиг.3 (второй вариант);
фиг. 5 - характеристики предельных длительностей зон радиовидимостей от широты наземных пунктов;
фиг. 6 - мгновенные зоны радиовидимостей для искусственного спутника, находящегося на широте 63,4o с.ш.;
фиг.7 - то же, что на фиг.6, на широте 40o с.ш.;
фиг. 8 - трассу одного искусственного спутника и огибающие, образованные полем обзора;
фиг. 9 - минимальные и максимальные дальности связи от широты наземных пунктов.
The invention is further explained in the description of specific options for its implementation and the accompanying drawings and graphs, on which:
FIG. 1 shows a satellite communication system with six artificial satellites in elliptical orbits (first embodiment), according to the invention;
FIG. 2 - a sequence diagram of the radio visibility intervals of artificial satellites by a subscriber in Moscow;
FIG. 3 - statistical characteristics of the radio visibility of artificial satellites at various elevation angles (first option);
figure 4 - the same as in figure 3 (second option);
FIG. 5 - characteristics of the limiting durations of radio visibility zones from the latitude of ground points;
FIG. 6 - instant radio-visibility zones for an artificial satellite located at a latitude of 63.4 o N;
Fig.7 - the same as in Fig.6, at a latitude of 40 o N .;
FIG. 8 - path of one artificial satellite and envelopes formed by the field of view;
FIG. 9 - minimum and maximum communication ranges from the latitude of ground points.

Заявляемая система спутниковой связи с использованием эллиптических орбит может содержать по меньшей мере три искусственных спутника. На фиг.1 представлена предлагаемая система спутниковой связи с использованием эллиптических орбит, содержащая шесть искусственных спутников 1, оснащенных аппаратурой связи с сетью наземных пунктов 2, обеспечивающих связь в зоне обслуживания через указанные искусственные спутники 1. При этом каждый искусственный спутник 1 размещен на собственной эллиптической орбите и орбиты всех искусственных спутников имеют одинаковый орбитальный период Т (сек), выбираемый из соотношения Т = t/N, где t ≈ 86164 с - суточная длительность, N - общее количество искусственных спутников 1 в системе. С учетом различных требований по обеспечению связи предлагаемая система может обеспечить качественную связь с использованием небольшого количества спутников, преимущественно от 3 до 8. The inventive satellite communication system using elliptical orbits may contain at least three artificial satellites. Figure 1 presents the proposed satellite communication system using elliptical orbits, containing six artificial satellites 1, equipped with communication equipment with a network of ground stations 2, providing communication in the service area through these artificial satellites 1. Moreover, each artificial satellite 1 is placed on its own elliptical the orbit and orbits of all artificial satellites have the same orbital period T (sec), selected from the relation T = t / N, where t ≈ 86164 s is the daily duration, N is the total number of usstvennyh 1 satellites in the system. Given the various requirements for communications, the proposed system can provide high-quality communications using a small number of satellites, mainly from 3 to 8.

Для повышения устойчивости системы и снижения затрат на эксплуатацию выбрано критическое наклонение i каждой орбиты около 63,4o (или около 116,6o). Аргумент перицентра ωπ выбран близким к минус 90o для системы, обеспечивающей связь в Северном полушарии, и близким к плюс 90o для системы, обеспечивающей связь в Южном полушарии, а перицентр каждой орбиты размещен в полушарии, противоположном зоне обслуживания. С целью снижения уровня атмосферных возмущений орбиты при прохождении области перицентра его высота выбрана не менее 400 км.To increase the stability of the system and reduce operating costs, a critical inclination i of each orbit of about 63.4 o (or about 116.6 o ) was chosen. The pericenter argument ω π was chosen close to minus 90 o for the system providing communications in the Northern Hemisphere, and close to plus 90 o for the system providing communications in the Southern Hemisphere, and the pericenter of each orbit is located in the hemisphere opposite the service area. In order to reduce the level of atmospheric perturbations of the orbit during the passage of the pericenter region, its altitude is chosen at least 400 km.

Основные характеристики эллиптических орбит предлагаемой системы спутниковой связи с различным количеством спутников в системе представлены в табл. 1. The main characteristics of the elliptical orbits of the proposed satellite communications system with a different number of satellites in the system are presented in table. 1.

Как следует из табл. 1, для системы связи, содержащей от трех до восьми искусственных спутников, каждый спутник совершает в сутки от трех до восьми обращений вокруг Земли, соответственно. As follows from the table. 1, for a communication system containing from three to eight artificial satellites, each satellite makes three to eight orbits around the Earth per day, respectively.

Ниже более детально будут рассмотрены возможные варианты систем из шести спутников и их основные характеристики. Кроме упомянутых выше параметров спутниковых систем очень важное значение имеет взаимное положение спутников в смежных плоскостях. Possible options for the systems of six satellites and their main characteristics will be considered in more detail below. In addition to the above-mentioned parameters of satellite systems, the mutual position of satellites in adjacent planes is very important.

В табл. 2 представлены некоторые из возможных вариантов конфигураций систем (долготы восходящих узлов и сдвиги времен от перицентра указаны для всех спутников от 1 до 6). In the table. Figure 2 presents some of the possible system configurations (longitudes of ascending nodes and time shifts from the pericenter are indicated for all satellites from 1 to 6).

В качестве примера на фиг. 1 показан первый вариант системы из шести спутников (из табл. 2). Представлены трассы 3 всех спутников 1 и их мгновенные положения в конкретный момент времени, а также примеры наземных пунктов 2 (абонент, земная станция и т.п.). Наземные пункты 2 соединены прямыми линиями со спутниками 1, с которыми в этот момент возможна радиосвязь (указанные спутники условно отмечены квадратами). As an example in FIG. Figure 1 shows the first version of a system of six satellites (from Table 2). Tracks 3 of all satellites 1 and their instantaneous positions at a particular point in time, as well as examples of ground points 2 (subscriber, earth station, etc.) are presented. Ground stations 2 are connected by direct lines to satellites 1, with which radio communication is possible at this moment (indicated satellites are conventionally marked with squares).

Выбор зоны обслуживания системы в значительной степени связан со статистическими характеристиками радиовидимостей спутников. Они, в свою очередь, зависят от структуры системы и минимального угла возвышения спутников над горизонтом α, при котором обеспечиваются требуемые технические характеристики связи. The choice of the service area of the system is largely related to the statistical characteristics of the radio visibility of satellites. They, in turn, depend on the structure of the system and the minimum elevation angle of the satellites over the horizon α, at which the required communication technical characteristics are provided.

Примеры циклограмм интервалов радиовидимости спутников абонентом в городе Москве на суточном интервале для первого варианта показаны на фиг. 2 (α = 30o), где по оси абсцисс отложено текущее время (час), а по оси ординат - номер искусственного спутника.Examples of cyclograms of satellite radio visibility intervals for a subscriber in the city of Moscow on a daily interval for the first embodiment are shown in FIG. 2 (α = 30 o ), where the current time (hour) is plotted on the abscissa axis, and the number of the artificial satellite is plotted on the ordinate axis.

Статистические характеристики радиовидимости спутников при различных углах возвышения (α = 20o; 25o; 30o - выделено жирной линией; 35o) для первого и второго вариантов показаны на фиг. 3, 4, где по оси абсцисс отложена широта (град.), а по оси ординат - доля непрерывной видимости (%). Там же показаны широтные диапазоны для России, США (без Аляски), Центральной Европы и Канады с Аляской. Численные данные по статистике обзора для этих вариантов приведены в табл. 3, 4.The statistical characteristics of the radio visibility of satellites at various elevation angles (α = 20 o ; 25 o ; 30 o — highlighted in bold; 35 o ) for the first and second options are shown in FIG. 3, 4, where latitude (degrees) is plotted on the abscissa axis, and the proportion of continuous visibility (%) on the ordinate axis. Latitudinal ranges for Russia, the USA (without Alaska), Central Europe and Canada with Alaska are also shown there. The numerical data on the statistics of the review for these options are given in table. 3, 4.

Как видно из результатов, первый вариант (фиг. 3, табл. 3) предпочтителен для умеренно высоких широт, в частности, для обеспечения непрерывной связи на территории России. При этом для минимальных углов возвышения α = 30o обеспечивается непрерывная 100% радиовидимость спутников в диапазоне широт φ ≈ 40o с.ш. ... 72o с.ш.As can be seen from the results, the first option (Fig. 3, Table 3) is preferable for moderately high latitudes, in particular, to ensure continuous communication in Russia. In this case, for minimum elevation angles α = 30 o , a continuous 100% radio visibility of satellites is provided in the latitude range φ ≈ 40 o N ... 72 o N

Второй вариант (фиг.4, табл.4), напротив, предпочтителен для обеспечения связи в приполярных и полярных областях. В частности, при α = 30o спутниковая система связи обеспечивает непрерывную радиовидимость для всех широт φ ≥ ~ 60o с.ш., а при α = 20o помимо полярных областей охватывает всю территорию России.The second option (figure 4, table 4), on the contrary, is preferable to provide communication in the polar and polar regions. In particular, at α = 30 o the satellite communication system provides continuous radio visibility for all latitudes φ ≥ ~ 60 o N, and at α = 20 o it covers the entire territory of Russia in addition to the polar regions.

На фиг. 5 показаны характеристики предельных длительностей зон радиовидимостей от широты абонента или земной станции. In FIG. 5 shows the characteristics of the limiting durations of radio visibility zones from the latitude of a subscriber or an earth station.

Для территории России максимальная длительность зоны радиовидимости может превышать 2 часа. Для широт φ ≥ ~ 75o с.ш. на каждом витке каждого спутника всегда имеется зона радиовидимости с продолжительностью не менее определенной величины (фиг. 6). Для Северного пояса длительность зоны радиовидимости всегда имеет одно и то же значение, равное ~ 94 мин.For the territory of Russia, the maximum duration of the radio visibility zone can exceed 2 hours. For latitudes φ ≥ ~ 75 o N on each turn of each satellite there is always a radio visibility zone with a duration of at least a certain value (Fig. 6). For the Northern Belt, the duration of the radio visibility zone always has the same value, equal to ~ 94 min.

Примеры мгновенных положений зон радиовидимостей для спутника, находящегося в апоцентре (широта φ = 63,4o с.ш.), и спутника на широте φ = 40o с. ш. представлены соответственно на фиг. 6, 7 (для α = 30o ), где условно изображен искусственный спутник 1, находящийся на трассе 3 полета, и зона 4 радиовидимости этого спутника 1. В первом случае мгновенное положение зоны обзора охватывает все приполярные области с широтами φ ≥ ~ 75o с.ш., а во втором - всю Европу, Северную Африку и Ближний Восток.Examples of instantaneous positions of radio-visibility zones for a satellite located in the apocenter (latitude φ = 63.4 o N) and a satellite at latitude φ = 40 o s. w. shown respectively in FIG. 6, 7 (for α = 30 o ), where the artificial satellite 1, located on the flight path 3, and the radio visibility zone 4 of this satellite 1 are conventionally depicted. In the first case, the instantaneous position of the viewing zone covers all the polar regions with latitudes φ ≥ ~ 75 o N, and in the second - all of Europe, North Africa and the Middle East.

Поле обзора спутника, находящегося на эллиптической орбите при прохождении одного витка, охватывает значительную часть Земной поверхности. На фиг. 8 показаны трасса 3 полета одного спутника 1 и огибающие 5, образованные полем обзора ( α = 30o). Поперечные кривые нанесены с шагом в 3 мин и показывают существенную неравномерность времен пролета над разными областями.The field of view of a satellite in an elliptical orbit during the passage of one turn covers a significant part of the Earth's surface. In FIG. 8 shows the flight path 3 of one satellite 1 and the envelopes 5 formed by the field of view (α = 30 o ). The transverse curves are plotted in increments of 3 minutes and show a significant non-uniformity of flight times over different regions.

Для эллиптических орбит также характерен значительный диапазон дальностей радиовидимости спутников с Земли. На фиг.9 показаны минимальные и максимальные дальности радиолиний в зависимости от широты абонента и/или земной станции. С увеличением широты этот диапазон сужается. Для территории России предельные дальности составят ~ 7000...12500 км. Elliptical orbits are also characterized by a significant range of radio visibility ranges of satellites from the Earth. Figure 9 shows the minimum and maximum ranges of radio links depending on the latitude of the subscriber and / or earth station. With increasing latitude, this range narrows. For the territory of Russia, the maximum ranges will be ~ 7000 ... 12500 km.

Связь между абонентами, находящимися в зоне радиовидимости одного спутника, осуществляется непосредственно через этот спутник. Communication between subscribers located in the radio visibility zone of one satellite is carried out directly through this satellite.

Связь удаленных абонентов, т.е. находящихся в зоне радиовидимости разных спутников, осуществляется с использованием наземных ретрансляционных станций и/или линий связи между искусственными спутниками. Communication of remote subscribers, i.e. located in the radio visibility zone of different satellites, is carried out using ground-based relay stations and / or communication lines between artificial satellites.

Таким образом, заявляемая система спутниковой связи, являясь региональной системой, обеспечивает устойчивую работу с большими углами возвышения при расположении наземных станций преимущественно на территории РФ и, в частности, на высоких широтах. Thus, the claimed satellite communications system, as a regional system, provides stable operation with high elevation angles when locating ground stations primarily in the Russian Federation and, in particular, at high latitudes.

Кроме того, использование предлагаемой системы дает возможность существенно снизить затраты на развертывание и поддержание работоспособности спутниковой системы связи. In addition, the use of the proposed system makes it possible to significantly reduce the cost of deployment and maintenance of the satellite communications system.

Claims (4)

1. Спутниковая система региональной связи с использованием эллиптических орбит, включающая по меньшей мере три искусственных спутника, оснащенных аппаратурой связи с сетью наземных пунктов, размещенных в зоне обслуживания, и обеспечивающих связь через указанные искусственные спутники, которые размещены на эллиптических орбитах, имеющих одинаковое наклонение плоскости каждой орбиты к плоскости экватора и одинаковый орбитальный период, отличающаяся тем, что каждый искусственный спутник размещен на собственной эллиптической орбите, перицентр которой размещен в полушарии, противоположном зоне обслуживания, наклонение ее плоскости к плоскости экватора по существу равно критическому и орбиты всех искусственных спутников имеют орбитальный период, выбираемый из соотношения T = t/N, где T - орбитальный период каждого искусственного спутника, t - суточная длительность, N - общее количество искусственных спутников в системе, при этом на смежных орбитах искусственные спутники размещены так, что каждый из искусственных спутников достигает точки орбитального перицентра со сдвигом 1/2 или 2/N орбитального периода. 1. A satellite system of regional communication using elliptical orbits, comprising at least three artificial satellites equipped with communication equipment with a network of ground stations located in the service area and providing communication through these artificial satellites that are placed in elliptical orbits having the same plane inclination each orbit to the equatorial plane and the same orbital period, characterized in that each artificial satellite is placed in its own elliptical orbit, ne the center of which is located in the hemisphere opposite the service area, the inclination of its plane to the equatorial plane is essentially critical and the orbits of all artificial satellites have an orbital period selected from the relation T = t / N, where T is the orbital period of each artificial satellite, t is the daily duration, N is the total number of artificial satellites in the system, while in adjacent orbits artificial satellites are placed so that each of the artificial satellites reaches a point of the orbital pericenter with a shift 1/2 or 2 / N of the orbital period. 2. Спутниковая система по п.1, отличающаяся тем, что плоскости орбит равномерно разнесены по долготе восходящего узла в плоскости экватора. 2. The satellite system according to claim 1, characterized in that the planes of the orbits are evenly spaced along the longitude of the ascending node in the plane of the equator. 3. Спутниковая система по п.1, отличающаяся тем, что аргумент перицентра каждой орбиты составляет около минус 90o.3. The satellite system according to claim 1, characterized in that the pericenter argument of each orbit is about minus 90 o . 4. Спутниковая система региональной связи с использованием эллиптических орбит, включающая искусственные спутники, размещенные на эллиптических орбитах и оснащенные аппаратурой связи с сетью наземных пунктов, размещенных в зоне обслуживания и обеспечивающих связь через указанные искусственные спутники, отличающаяся тем, что система содержит шесть искусственных спутников, размещенных на собственных эллиптических орбитах, которые имеют одинаковый орбитальный период, одинаковое наклонение плоскости орбиты к плоскости экватора и перицентр каждой орбиты, размещенный в полушарии, противоположном зоне обслуживания, при этом орбитальный период выбирается из соотношения T = t/N, где T - орбитальный период каждого искусственного спутника, t - суточная длительность, N = 6, наклонение плоскости орбиты каждого искусственного спутника к плоскости экватора по существу равно i ≈ 63,4o, а искусственные спутники, размещенные на смежных орбитах, расположены так, что каждый из искусственных спутников достигает точки орбитального перицентра со сдвигом 1/2 или 1/3 орбитального периода один относительно другого.4. A satellite system of regional communication using elliptical orbits, including artificial satellites located in elliptical orbits and equipped with communication equipment with a network of ground points located in the service area and providing communication through these artificial satellites, characterized in that the system contains six artificial satellites, placed on their own elliptical orbits, which have the same orbital period, the same inclination of the orbit plane to the plane of the equator and peri The center of each orbit, located in the hemisphere opposite the service area, the orbital period is selected from the relation T = t / N, where T is the orbital period of each artificial satellite, t is the daily duration, N = 6, the inclination of the orbit plane of each artificial satellite to the equatorial plane is essentially equal to i ≈ 63.4 o , and artificial satellites located in adjacent orbits are located so that each of the artificial satellites reaches a point of the orbital pericenter with a shift of 1/2 or 1/3 of the orbital period one relative relative to another.
RU99113188A 1999-06-29 1999-06-29 Satellite regional communication system using elliptical orbits RU2149507C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113188A RU2149507C1 (en) 1999-06-29 1999-06-29 Satellite regional communication system using elliptical orbits

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99113188A RU2149507C1 (en) 1999-06-29 1999-06-29 Satellite regional communication system using elliptical orbits

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2149507C1 true RU2149507C1 (en) 2000-05-20

Family

ID=20221530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99113188A RU2149507C1 (en) 1999-06-29 1999-06-29 Satellite regional communication system using elliptical orbits

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2149507C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2653063C1 (en) * 2017-07-03 2018-05-07 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") Satellite system of communication and observation in near-equatorial latitudes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КАРТЕР Л. Системы связи с использованием ИСЗ. - М.: Мир, 1964, с.78-90, 131-134, фиг.8. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2653063C1 (en) * 2017-07-03 2018-05-07 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") Satellite system of communication and observation in near-equatorial latitudes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2273591C2 (en) System of non-geostationary satellites for simplified tracking of satellites, satellite communication system and method of satellite communication
US6577864B2 (en) Elliptical satellite system which emulates the characteristics of geosynchronous satellites
US5871181A (en) Artificial satellite communication system
US6325332B1 (en) Coordinatable system of inclined geosynchronous satellite orbits
US5867783A (en) Medium-earth-altitute satellite-based cellular telecommunications
US6954613B1 (en) Fixed satellite constellation system employing non-geostationary satellites in sub-geosynchronous elliptical orbits with common ground tracks
RU2278472C2 (en) Improved system and method for organization of system of non-geostationary satellites, not creating any interference with operation of satellites, positioned on geostationary ring
US6122596A (en) Non-geostationary orbit satelite constellation for continuous preferential coverage of northern latitudes
US4809935A (en) Satellite continuous coverage constellations
US4854527A (en) Tetrahedral multi-satellite continuous-coverage constellation
US20020177403A1 (en) High availability broadband communications satellite system using satellite constellations in elliptical orbits inclined to the equatorial plane
US6678519B2 (en) Elliptical satellite system which emulates the characteristics of geosynchronous satellites
US20130309961A1 (en) Method and system for maintaining communication with inclined orbit geostationary satellites
JP2706600B2 (en) Cellular telecommunications systems based on mid-earth altitude satellites.
US6795687B1 (en) Elliptical satellite system emulating characteristics of geosynchronous satellites during the apogee portion of an elliptical orbit
RU2149507C1 (en) Satellite regional communication system using elliptical orbits
RU2659564C1 (en) System of satellite communication with hybrid orbital construction
Dondl LOOPUS opens a new dimension in satellite communications
RU2223205C2 (en) Satellite system in elliptical orbits emulating characteristics of satellite system in geostationary orbit
US20030114102A1 (en) System and method for providing trans-polar satellite communications
RU2168865C1 (en) Satellite system of regional communication with use of elliptical orbits
RU2161372C1 (en) Satellite regional communication system using elliptical orbits
WO2001024383A9 (en) Satellite constellation system employing sub-geosynchronous elliptical orbits
Turner Non-geo constellations for commercial telecommunications applications
RU2184421C1 (en) Method for operating quasigeostationary satellite communication system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080630