RU2223205C2 - Система спутников на эллиптических орбитах, эмулирующая характеристики системы спутников на геостационарной орбите - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системам спутниковой, преимущественно региональной, связи. Система позволяет воспроизводить (эмулировать) эффект неподвижности спутников относительно поверхности Земли. Спутники связи размещены на эллиптических синхронных (~12 часовых) орбитах, имеющих одинаковые наклонения, эксцентриситеты, аргументы перигея, гринвичские долготы восходящего узла и интервалы между прохождениями следующих друг за другом спутников этой гринвичской долготы. Каждая орбита характеризуется наличием двух точек пересечения ее трассы на апогейном участке (петля в форме "8"). Наземные станции связи рассчитаны на работу через спутник в пределах восходящего и нисходящего участков его орбиты от второй (ближайшей к апогею) точки пересечения до апогея. Эмулируемая псевдостационарная орбита (множество виртуальных положений спутников в районе апогея) расположена на высотах 32000-40000 км, в широтном поясе 59-64^o с.ш. (или ю.ш.). Плавный дрейф спутников происходит в пределах ±5^o. Орбитальная группировка имеет, в частности, 4 спутника, эмулирующих две стационарные позиции, смещенные на 180^o по долготе. Изобретение направлено на повышение стабильности виртуальных положений спутников в зонах обслуживания и сокращение пределов перенацеливания наземных антенн с одного спутника на другой. 3 табл., 27 ил.

Description

Изобретение относится к области систем спутниковой связи, а именно - к спутниковым системам региональной связи, использующим спутники на эллиптических орбитах. Данное изобретение позволяет эмулировать эффект неподвижности спутников связи путем использования орбитальной группировки, развернутой на эллиптических орбитах, и обеспечить работу системы спутниковой связи с параметрами, близкими к соответствующим параметрам геостационарных спутниковых систем, но без использования геостационарной орбиты.

Подавляющее большинство современных систем спутниковой связи и вещания используют геостационарную орбиту (GЕО) [1]. К основным достоинствам GЕО относятся неподвижность спутника относительно наземного потребителя, а также значительная высота его положения, позволяющие обслуживать большие территории (до 30% поверхности Земного шара одним спутником). Ухудшение энергетики линий связи вследствие удаления спутника на 35800 км от поверхности Земли в настоящее время компенсируется использованием крупноапертурных бортовых антенных систем.

Однако GEО имеет два существенных недостатка:
- ограниченная емкость частотно-орбитального ресурса;
- низкие углы места в средних и высоких широтах, невозможность обеспечения связи в приполярных и полярных районах.

Уникальная особенность геостационарной орбиты привела к ее быстрому и интенсивному заполнению космическими аппаратами национальных и международных систем спутниковой связи и исчерпанию ее частотно-орбитального ресурса. В общей сложности, с момента запуска первого спутника на GЕО c 1964 по 2001 гг. на GЕО было выведено более 600 спутников связи различного назначения. Дальнейшее развертывание новых систем на этой орбите сдерживается сложным, длительным и достаточно дорогостоящим процессом согласования и координации в национальных и международных организациях позиции, частотного плана, заявляемых сетей и систем.

Положение орбиты над экватором на высоте около 35800 км определяет снижение углов видимости спутников по мере роста широты положения потребителя. Например, в широтном поясе 35...70 град при нулевой относительной долготе угол места изменяется от 50 до 10 град соответственно. Тем не менее, в этой полосе расположено большинство основных наиболее развитых стран Северного полушария. В частности - практически все страны Европы, Канада, Россия и СНГ, часть территорий США и Японии.

Рассмотренные недостатки геостационарной орбиты инициировали поиск альтернативных вариантов построения орбитальной группировки перспективных систем спутниковой связи различного назначения. Основные типы орбит, которые используются или планируются к использованию, представлены в Таблице 1.

Известны системы спутниковой связи, использующие низкие круговые (LЕО) и средневысотные круговые (МЕО) орбиты [1]. К ним относятся как уже развернутые Glоbаlstar, Iridium, Оrbсоmm, Гонец, так и перспективные IСО и др. Однако для обеспечения связи в широтной зоне 30...70 град необходимо использовать орбиты с наклонением примерно 50 град для LЕО и 45 град для МЕО. В этом случае выполняется необходимое условие по периодическому нахождению спутников в заданной зоне обслуживания. Для обеспечения непрерывности связи в системах на LЕО необходимо использовать большое число спутников (для LЕО высотой 800 км - более 60 спутников, для LЕО высотой 1400 км - до 48 спутников), а в системах на МЕО - либо большое число малых, либо не менее 10 тяжелых спутников. В любом случае системы, построенные с использованием LЕО и МЕО, формируют зону обслуживания в виде полосы с границами широт примерно ±i, где i - наклонение орбиты.

Такие системы являются почти глобальными. В то же время контингент пользователей территориально распределен неравномерно, и, следовательно, ресурс системы используется не всегда эффективно. Подавляющее большинство проектов систем данного типа являются международными и ориентированы на глобальное применение, учет национальных интересов их пользователей проблематичен, а эффективность коммерческого использования низкая.

Известны системы спутниковой связи, в которых эмулируется эффект геостационарной орбиты путем использования высокоэллиптических орбит (НЕО).

В основе этого решения лежит известное свойство замедления углового движения спутника по отношению к наземному потребителю на апогейном участке НЕО. В случае, если НЕО геосинхронная, на ней развернута фазированная орбитальная группировка (ОГ) из нескольких спутников и обеспечивается синхронизация включения-выключения бортового ретрансляционного комплекса на апогейном участке с нисходящего спутника на входящий, то для наземного потребителя реализуется эффект относительной неподвижности спутника связи. Точнее - формируются одна или более пространственных областей (другими словами "виртуальных позиций"), в которых гарантировано находится хотя бы один операционный спутник, который и обеспечивает работу земного комплекса.

Определяющим фактором в эмуляции GЕО являются характеристики апогейного участка НЕО. Чем более стабильно относительное положение спутника на апогейном участке, тем меньшим числом спутников в ОГ можно обеспечить требуемую точность пространственного положения виртуальной позиции.

Известен вариант эмуляции GЕО с использованием геосинхронной НЕО "Тундра" в системе спутникового непосредственного радиовещания "Sirius" [2]. Основные параметры орбиты "Тундра" представлены в Таблице 1. Фазированная орбитальная группировка системы включает три спутника, поочередно переводимых в активный режим на апогейном участке, представленном характерной "петлей". Это создает эффект непрерывного положения спутника в зоне обслуживания.

Недостатками данной системы являются большая удаленность и значительные угловые девиации спутника в виртуальной позиции относительно наземного потребителя, что затрудняет организацию голосовой связи и усложняет наземный комплекс.

Известен вариант эмуляции GЕО с использованием геосинхронной НЕО "Аrchimеdes" [3] . Основные параметры орбиты представлены в Таблице 1. В системе предлагается использовать фазированную ОГ, содержащую пять спутников, при этом эмулируются три виртуальные позиции, расположенные на высотах от 17500 до 27300 км в широтном поясе 46...64^o северной или южной широты. Время работы каждого спутника за один 8-часовой оборот составляет около 4.8 ч.

Недостатком данной системы являются значительные угловые девиации спутника в виртуальной позиции, что усложняет наземный комплекс.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является система спутников на эллиптических орбитах, эмулирующая характеристики системы спутников на геостационарной орбите, содержащая орбитальную группировку искусственных спутников, размещенных на эллиптических наклонных орбитах, с периодом обращения ≈12 ч и одинаковыми значениями наклонения, эксцентриситета, аргумента перигея, гринвичской долготы восходящего узла и интервала прохождения гринвичской долготы восходящего узла между любым одним спутником и последующим, равного Δt=t_зв/N, где t_зв - звездные сутки, N - число спутников в орбитальной группировке [3]. Орбиты характеризуются наличием одной точки пересечения трассы с образованием петли на неперигейном участке за один оборот движения спутника, а искусственные спутники оснащены аппаратурой связи с сетью земных станций, размещенных в зоне обслуживания и осуществляющих работу через указанные искусственные спутники, причем земные станции работают через один спутник ограниченное время, соответствующее нахождению спутника выше точки пересечения трассы на неперигейном участке, после чего осуществляется переключение их для работы через другой спутник в момент одновременного нахождения нисходящего и восходящего спутников в точке пересечения трассы.

К недостаткам данной системы относятся значительные (более 40 град) угловые девиации спутников в виртуальных позициях в зонах обслуживания, что существенно ограничивает практическое использование данной системы и удорожает как абонентское оборудование, так и наземный комплекс управления и контроля.

Целью настоящего изобретения является повышение стабильности положения спутников в виртуальных позициях в зонах обслуживания.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве эллиптической орбиты используется орбита, трасса движения спутника на которой за один виток образует дополнительную вторую точку пересечения, расположенную ближе к апогею орбиты, а станции спутниковой связи работают через спутник связи в пределах восходящего и нисходящего участков орбиты от второй точки пересечения до апогея, что обеспечивает повышение стабильности положения спутников в виртуальных позициях и сокращение пределов перенацеливания антенных систем станций спутниковой связи в пространстве.

В дальнейшем изобретение поясняется следующими фигурами:
Фиг. 1. Трасса орбиты "Молния" и ее пространственное положение в относительной геоцентрической экваториальной системе координат (ОГСК).

Фиг.2. Трасса орбиты "Кентавр" и ее пространственное положение в ОГСК
Фиг.3. Фрагмент трассы "Кентавр" - "восьмерка" апогейного участка
Фиг.4. Угловые девиации спутника, размещенного на РGЕО
Фиг.5. Углы видимости спутников, размещенных на РGЕО
Фиг.6. Сравнительная оценка зон превосходства GЕО и РGЕО по углу места.

Фиг.7. График изменения угла места спутника, размещенного на РGЕО
Фиг.8. График изменения угла азимута спутника, размещенного на РGЕО
Фиг. 9. График изменения радиальной дальности спутника, размещенного на РGЕО
Фиг. 10. График изменения задержки при распространении радиосигнала от спутника, размещенного на РGЕО
Фиг. 11. График изменения радиальной скорости спутника, размещенного на РGЕО
Фиг.12. График относительного смещения частоты вследствие эффекта Доплера
Фиг.13. График радиального ускорения спутника, размещенного на РGЕО
Фиг.14. График скорости относительного изменения частоты вследствие эффекта Доплера
Фиг.15. Геометрическая интерпретация РGЕО и GEО
Фиг.16. Пространственное положение орбит четверки спутников для эмуляции РGЕО в абсолютной геоцентрической экваториальной системе координат (АГСК) и в относительной геоцентрической экваториальной системах координат (ОГСК)
Фиг.17А. Исходное положение четверки спутников, эмулирующей РGЕО, в системах координат АГСК и ОГСК
Фиг.17Б. Положение четверки спутников, эмулирующей РGЕО, через ≈1.5 часа в системах координат АГСК и ОГСК
Фиг.17В. Положение четверки спутников, эмулирующей РGЕО, через ≈2.9 часа в системах координат АГСК и ОГСК
Фиг. 17Г. Положение четверки спутников, эмулирующей РGЕО, через 3 часа в момент переключения бортовых комплексов связи в системах координат АГСК и ОГСК
Фиг.17Д. Положение четверки спутников, эмулирующей РGЕО, через ≈3.1 часа в системах координат АГСК и ОГСК
Фиг.17Е. Положение четверки спутников, эмулирующей РGЕО, через ≈4.5 часа в системах координат АГСК и ОГСК
Фиг. 17Ж. Положение четверки спутников, эмулирующей РGЕО, через ≈6 часов в системах координат АГСК и ОГСК
Фиг.18. Пример реализации системы для обслуживания территории России
Фиг.19. График изменения угла места спутника в позиции РGЕО 170 з.д. для станции сопряжения, расположенной в Москве и обслуживающей спутник в позиции РGЕО 10 в.д.

Фиг. 20. Пример наращивания системы и расширения зон обслуживания для предоставления услуг на территориях Европы, Канады и Аляски
Фиг. 21. Пример наращивания системы и расширения зон обслуживания для предоставления услуг на территориях Австралии и стран Латинской Америки
В ходе проведенных авторами исследований, направленных на достижение поставленной цели, из класса 12-часовых геосинхронных высокоэллиптических орбит была выделена особая орбита, характеризуемая высокой стабильностью положения подспутниковой точки на апогейном участке.

Используемая в прототипе геосинхронная высокоэллиптическая орбита типа "Молния", основные параметры которой представлены в Таблице 1, характеризуется значительными угловыми девиациями положения спутника на апогейном участке. В качестве иллюстрации на фиг.1 представлена трасса движения спутника на орбите типа "Молния" и ее пространственное положение в относительной (гринвичской) экваториальной геоцентрической системе координат.

Трасса выделенной в ходе исследований особой орбиты, как это видно из фиг.2 и 3, на апогейных участках основного и сопряженного витка представлена характерной для GЕО узкой вытянутой несимметричной "восьмеркой". Это объясняется сложным относительным движением вращающейся Земли и спутника, что приводит не только к стабилизации положения спутника относительно земной поверхности на апогейном участке, но и образованию дополнительной второй точки пересечения трассы на неперигейном участке орбиты.

12-часовая НЕО орбита, трасса которой на апогейном участке описывает характерную "восьмерку", получила рабочее название "Кентавр". GЕО, эмулированная путем использования орбиты "Кентавр", получила название "псевдостационарная орбита" - РGЕО.

Номинальные параметры орбиты "Кентавр" представлены в Таблице 2.

Указанные номинальные параметры могут незначительно изменяться для обеспечения устойчивости пространственного положения апогейного участка и снижения энергетических затрат на парирование внешних возмущающих воздействий, а также обеспечения фазирования спутников в орбитальной группировке.

Как известно, все спутники на высокоэллиптических орбитах подвергаются воздействию внешних возмущающих сил [4]. К основным из них относят силы, связанные с полярным и экваториальным сжатием Земли, гравитационным полем Луны и Солнца, а также атмосферой Земли при высоте перигея орбиты ниже 500 км. Несмотря на то, что высота перигея орбиты "Кентавр" выше 500 км, а наклонение (65 град) всего на 1.6 град больше критического (63.4 град), номинальные параметры орбиты могут быть незначительно изменены в целях компенсации внешних сил и поддержания устойчивости орбитальной группировки при сохранении основного свойства орбиты - "восьмерки" апогейного участка. Например, для компенсации ухода гринвичской долготы восходящего узла может быть несколько снижено значение большой полуоси орбиты, что приводит к уменьшению драконического периода обращения. Изменение драконического периода обращения приводит к изменению времени выхода спутника на апогейный участок. Однако, так как используется фазированная орбитальная группировка и спутники движутся по цепочке, такое изменение не отражается на работе системы связи.

Эмуляция GЕО путем использования орбиты "Кентавр" наиболее целесообразна фазированной орбитальной группировкой из четырех спутников по двум основным причинам:
- снижение мощности ОГ до 3-х спутников приводит к существенному снижению точности эмуляции GЕО; с другой стороны, повышение мощности ОГ до 6 и более спутников не дает заметного улучшения;
- время движения спутника в верхней петле "восьмерки" составляет около 6 часов, в результате, в момент синхронного переключения ретрансляционных комплексов с нисходящего спутник на входящий, направления от абонента на входящий и нисходящий спутники практически совпадают.

Синхронное переключение подсистемы связи спутников, расположенных для абонента на одной линии визирования, создает эффект дрейфа спутника на РGЕО без скачкообразного изменения его положения и, в случае применения высоконаправленной антенны (например, на станциях сопряжения) и дополнительного аппаратно-программного обеспечения, - не требует использования второй антенной системы. Кроме того, угловая скорость дрейфа спутника относительно потребителя достаточно мала, что снижает требования к характеристикам системы сопровождения.

Результаты исследований по оценке точности эмуляции GEО четверкой спутников представлены на фиг.4. Здесь отображены зоны распределения угловых девиаций спутника на РGЕО в позиции около 100^o в.д. Видно, что на подавляющей территории возможного обслуживания угловые девиации не превышают ±5 град, что не хуже чем для геостационарного спутника с наклонением 5 град.

Положение спутников на РGЕО характеризуется значительными углами места для большей части территории Северного (Южного) полушария. На территориях выше 33 град широтной отметки углы места на РGЕО выше соответствующих углов на GЕО. Другими словами, если угол места на GЕО ниже 53 град, то более удобным будет работать через спутник на РGЕО, так как для него значение этого угла будет больше. В качестве примера на фиг.5 представлено распределение углов места для спутников в двух позициях РGЕО, а на фигуре 6 - сравнительная оценка зон превосходства GЕО и РGЕО по углу места.

Из фиг. 5 следует также еще одно важное дополнительное свойство РGЕО - существуют зоны, где одновременно видны оба спутника. Это принципиально позволяет развернуть один шлюз для организации связи через спутники в обеих позициях.

На фиг. 7-14 приведены типовые зависимости изменения от времени углов места и азимута; радиальной дальности, скорости и ускорения; задержки прохождения сигнала; относительного изменения частоты и скорости изменения относительного изменения частоты вследствие эффекта Доплера, определяемые девиацией спутника в позиции РGЕО. Обобщенная информация о характеристиках положения спутника на РGЕО представлена в Таблице 3.

Как следует из вышеизложенного, четверка спутников эмулирует две псевдостационарные позиции на РGЕО, смещенные по долготе на 180^o и расположенные на высотах от 32000 до 40000 км в широтном поясе 59...64^o северной (или южной) широты. Время работы каждого спутника за один 12-часовой оборот составит около 6 ч.

На фиг.15 представлена геометрическая интерпретация РGЕО и GЕО. Изменение аргумента перигея базовой орбиты "Кентавр" с 270 на 90^o позволяет реализовать РGЕО в Южном полушарии. Как видно из фиг.15, РGЕО гарантировано освещено Солнцем, что позволяет упростить систему энергоснабжения спутника связи.

Система работает следующим образом.

Как правило, работу негеостационарных систем рассматривают в Абсолютной геоцентрической экваториальной системе координат (АГСК) [4]. Однако, так как наглядность работы системы с точки зрения построения систем спутниковой связи, эмулирующих GЕО, в большей степени обеспечивается в Относительной геоцентрической экваториальной системе координат (ОГСК), то при описании системы будем использовать обе системы координат.

Определение АГСК и ОГСК дано в [4].

Центр АГСК совпадает с центром Земли. Ось ОZ направлена вдоль оси вращения Земли в сторону Северного полюса, ось ОХ - в точку весеннего равноденствия, ось ОY дополняет систему до правой.

Центр ОГСК также совпадает с центром Земли. Ось ОZ направлена вдоль оси вращения Земли в сторону Северного полюса, ось ОХ - в точку пересечения Гринвичского меридиана и экватора, ось ОY дополняет систему до правой.

Отличие этих систем координат заключается в том, что ось ОХ в АГСК неподвижна в инерциальном пространстве, а направление оси ОХ в ОГСК изменяется вместе с вращением Земли. Основное отличие кеплеровских параметров орбиты каждого спутника в системах координат АГСК и ОГСК заключается, как это следует из определения этих систем координат, в задании долготы восходящего узла и времени прохождения долготы восходящего узла.

В АГСК долгота восходящего узла орбиты есть угол, расположенный в экваториальной плоскости и отсчитываемый от направления на точку весеннего равноденствия до направления на восходящий узел орбиты.

В ОГСК долгота восходящего узла орбиты есть угол, расположенный в экваториальной плоскости и отсчитываемый от направления на Гринвичский меридиан до направления на восходящий узел орбиты.

В связи с этим в дальнейшем будем понимать под долготой восходящего узла соответствующий параметр в АГСК, под гринвичской долготой восходящего узла - соответствующий параметр в ОГСК.

Для обеспечения движения всех спутников по одной и той же изомаршрутной трассе гринвичская долгота восходящего узла в ОГСК для всех спутников должна быть одинакова. Фазирование, то есть задание строго определенного относительного положения спутников в ОГ, осуществляется уравниванием временного интервала прохождения гринвичской долготы восходящего узла между любым одним и последующим спутниками в цепочке. Для четверки спутников этот интервал равен 6 часам.

В АГСК развертывание фазированной ОГ из четверки спутников на НЕО "Кентавр" соответствует развертыванию четырех спутников в четырех орбитальных плоскостях. При этом, в отличие от ОГСК, для обеспечения движения спутников по одной и той же трассе долгота восходящего узла каждого одного спутника смещена относительно последующего на 90 град.

Гринвичская долгота восходящего узла орбиты определяет требуемое пространственное положение верхней петли восьмерки апогейного участка орбиты относительно поверхности Земли. Например, для эмуляции положения спутников в позициях РGЕО 10 град в.д. и 170 град з.д. гринвичская долгота восходящего узла должна быть равна примерно 5 град в.д.

Пространственное положение орбит четверки спутников в АГСК и ОГСК представлено на фиг. 16. Рисунки с пространственным положением орбит спутников связи получены на специализированном программном комплексе САПР "Альбатрос".

На фиг. 17 А-Ж представлены мгновенные портреты положения спутников на орбитах, причем левый рисунок соответствует АГСК, а правый - ОГСК. Направление орбитального движения спутников обозначено стрелками.

Из условия фазирования ОГ из четверки спутников следует, что в момент времени, когда одна пара спутников (1 и 3) находится в апогее орбиты, другая пара (2 и 4) будет находиться в ее перигее. Земные станции в одной зоне обслуживания работают через спутник 1, а земные станции в другой зоне обслуживания работают через спутник 3. Данная исходная ситуация иллюстрируется фиг.17А.

Через 1.5 ч (см. фиг.17Б) пара спутников (1, 3) уйдет с точки апогея, но будет находиться в верхней петле "восьмерки". Пара спутников (2, 4) в свою очередь приблизится к верхней петле "восьмерки". Работа земных станций в зонах обслуживания продолжает осуществляться через спутники 1 и 3.

Через 2.9 ч обе пары спутников (1, 3) и (2, 4) вплотную подойдут к верхней петле "восьмерки". Данная ситуация представлена на фиг.17В.

Через 3.0 ч, когда все спутники будут находиться в нижней точке верхней петли "восьмерки", по командам с наземного комплекса управления либо автономно (по командам бортовых комплексов управления спутников) осуществляется переключение бортовых подсистем связи. При этом включаются бортовые подсистемы связи спутников 2, 4 и выключаются бортовые подсистемы связи спутников 1, 3. Данная ситуация представлена на фиг.17Г. Так как в каждой паре (1, 2) и (3, 4) спутники пространственно находятся практически в одной и той же точке, то для земных станций такое переключение останется незаметным (за исключением скачка частоты вследствие эффекта Доплера, что было рассмотрено выше).

Пара спутников (2, 4) с включенными бортовыми ретрансляционными комплексами продолжает движение уже в верхней петле "восьмерки". Работа земных станций осуществляется через спутники 2 и 4. Вышедшая с рабочего участка пара спутников (1, 3) двигается в сторону перигея. Положение спутников через 3.1 ч и 4.5 ч представлено на фиг.17Д и 17Е.

Через 6.0 ч пара спутников (2, 4) будет находиться в апогее своих орбит, а пара (1, 3) - соответственно в перигее. Работа земных станций осуществляется через спутники 2 и 4. Данная ситуация иллюстрируется фиг.17Ж. В дальнейшем работа системы будет циклично повторяться.

РGЕО экономически целесообразно использовать для построения систем спутниковой подвижной и персональной связи, организации работы терминалов класса VSАТ, а также для построения систем спутникового непосредственного телевизионного и звукового вещания, ориентированных на обслуживание территорий выше широты 35 град.

При использовании в интересах подвижной спутниковой связи ширина диаграммы направленности абонентского терминала может составлять 60-70 град при ориентации в зенит, что создает предпосылки для снижения влияния подстилающей земной поверхности на качество приема сигнала со спутника, а также обеспечения совместимости с системами на GEО.

Использование данного изобретения позволяет осуществлять постепенное и поэтапное развитие и наращивание ССС по мере развертывания парка абонентских станций и решения административно-правовых вопросов на территориях обслуживания путем развертывания новых сегментов. Любой сегмент может отличаться характеристиками спутников, диапазоном частот и другими параметрами в целях максимального удовлетворения потребностей обслуживаемых регионов.

На фиг.18 представлен вариант реализации данной системы в интересах предоставления услуг подвижной спутниковой связи, в наибольшей степени ориентированный на обслуживание территории России.

Параметры орбит четверки спутников обеспечивают эффект неподвижности в позициях РGЕО 10 град в.д. и 170 град з.д. Из позиции 10 град в.д. обеспечивается построение "Западной зоны" обслуживания. Из позиции 170 град з.д. обеспечивается построение "Восточной зоны" обслуживания. Углы места на спутники в пределах каждой зоны обслуживания составляют более 55 град.

Так как система предназначена для предоставления услуг на портативные и мобильные терминалы, имеющие диаграмму направленности более 15 град, то данные абонентские терминалы не требуют систем наведения и сопровождения спутника.

Для сопряжения с наземной сетью общего пользования развертываются две станции сопряжения - одна в "Западной зоне" (например, в Москве) и одна в "Восточной зоне" (например, в Хабаровске).

В данном варианте используется уже рассмотренное выше свойство РGЕО - видимость спутников в двух позициях с одной из станций сопряжения. Это позволяет, например, развернуть станцию сопряжения в Москве не только со спутником, обслуживающим "Западную зону", но и непосредственно со спутником "Восточной зоны". Это вариант представлен на фиг.18. График изменения угла места для станции сопряжения, расположенной в Москве и дополнительно обслуживающей спутник в позиции 170 град з.д., представлен на фиг.19. Из графика видно, что углы места на сопряженный спутник составляют от 15 до 25 град, что вполне приемлемо.

Данная особенность позволяет мобильным абонентам из "Восточной зоны" иметь дополнительно прямой выход на абонентов "Западной зоны" и наоборот. Это особенно важно для потребителей, имеющих централизованное управление, например из Москвы, или при построении выделенных сетей.

Из этих же позиций могут быть обслужены новые территории. Пример варианта, ориентированного на расширение зоны обслуживания и включения территорий Европы, Канады и Аляски, представлен на фиг.20.

На фиг. 21 представлен вариант развития системы обеспечением зон обслуживания в Южном полушарии, в частности покрытие зоной обслуживания территорий Австралии и Латинской Америки с соответствующих позиций южного кольца РGЕО (см. фиг.15).

Таким образом, данное изобретение может иметь важное для практики значение, связанное с эмуляцией нового орбитально-частотного ресурса, обладающего следующими основными свойствами:
1. Реализуется эффект геостационарной орбиты, расположенной в широтном поясе 59...64 град на высотах 32...40 тыс. км, при этом не используется GЕО и, соответственно, упрощается процедура координации новых ССС.

2. Обеспечивается достаточно высокая стабильность положения спутников в псевдостационарных позициях: дрейф спутника на РGЕО соответствует дрейфу геостационарного спутника с наклонением 5 град. При этом нет эффекта скачкообразного изменения положения спутника в момент переключения бортовых подсистем связи, что позволяет упростить и удешевить наземные абонентские станции и станции сопряжения.

3. Обеспечиваются значительные углы места в средних и высоких широтах Земли, что создает благоприятные условия для эксплуатации персональных, мобильных и стационарных ЗС в условиях сильнопересеченной местности и городской застройки, а также имеет важное значение для России, на значительной территории которой углы места на GЕО составляют около 20...30 град даже при нулевой относительной долготе подспутниковой точки.

4. Создается возможность построения полноценных региональных ССС подвижной и фиксированной связи, так как одна четверка спутников реализует две позиции на РGЕО, смещенные относительно друг друга по долготе на 180 град, а для реализации новых позиций могут развертываться новые четверки спутников, в том числе с другими характеристиками (например, другим частотным планом), не требующие синхронизации и фазирования с уже развернутыми.

Библиографические данные
1. Спутниковая связь и вещание: Справочник. - 3-е изд., перераб. и доп. /В.А. Бартенев, Г.В. Болотов, В.Л. Быков и др.; под ред. Л.Я. Кантора. - М.: Радио и связь, 1997, 528 c.

2. Журавин Ю. Sirius 1 на орбите// Новости космонавтики, 2000, 6.

3. Еlliрticаl sаtеllitе sуstеm which еmulates the сhаrасtеristics оf gеоsусhrоnоus sаtеlliеs, United States Рatеnt 5957409, Sер. 28, 1999.

4. Инженерный справочник по космической технике. Изд. 2-е. Под ред. А.В. Солодова. - М.: Воениздат, 1977, 430 с.

Claims (1)

1. Система спутников на эллиптических орбитах, эмулирующая характеристики системы спутников на геостационарной орбите, содержащая орбитальную группировку искусственных спутников, размещенных на эллиптических наклонных орбитах с периодом обращения около 12 ч и одинаковыми значениями наклонения, эксцентриситета, аргумента перигея, гринвичской долготы восходящего узла и интервала между прохождениями гринвичской долготы восходящего узла любым спутником и следующим за ним, равного Δt=t_зв/N, где t_зв - звездные сутки, N - число спутников в орбитальной группировке, причем орбиты характеризуются каждая наличием точки пересечения трассы на неперигейном участке за один оборот спутника по орбите, а спутники оснащены аппаратурой связи с сетью наземных станций спутниковой связи, размещенных в зоне обслуживания и работающих через один спутник ограниченное время, соответствующее нахождению спутника выше указанной точки пересечения трассы на неперигейном участке, и переключаемых затем для работы через другой спутник в момент нахождения нисходящего и восходящего спутников в указанной точке пересечения трассы, отличающаяся тем, что в качестве эллиптической орбиты используется орбита, трасса спутника при движении по которой за один оборот образует вторую точку пересечения, расположенную ближе к апогею орбиты, причем станции спутниковой связи рассчитаны на работу через спутник в пределах восходящего и нисходящего участков его орбиты от указанной второй точки пересечения до апогея.

Images