Особенности космических радиолиний

При работе РТ комплексов КА используют принцип совмещения радиолиний. В радиолинии Земля - КА совмещают канал передачи командной информации управления работой бортовой аппаратуры и движения КА и прямой измерительный канал, по которому передаются сигналы запроса, позволяющие осуществить траекторные или навигационные измерения. В радиолинии КА – Земля совмещают информационный канал, по которому ведут передачу телевизионной, телеметрической и научной информации, канал ОС, обеспечивающий передачу «квитанций» о выполнении бортовым исполнительным устройством команд управления, и обратный измерительный канал. Прямой и обратный измерительные каналы могут быть использованы для радиотелефонной связи между Землей и экипажем пилотируемого КА. Для осуществления синхронизации в совмещенных радиосистемах в один из каналов включают передачу специальных синхронизирующих сигнальных последовательностей.

Для передачи на борт управляющих сигналов служит радиосистема передачи командной информации. Эта система осуществляет передачу команд, с помощью которых можно:

- изменять положение управляющих органов ракеты-носителя и КА;

- включать, выключать, изменять режимы работы бортовой аппаратуры (БА).

Одна из основных проблем совмещения нескольких функций одной радиолинии является разделение информации, заключенной в сигнале, по различным каналам. Это предъявляет определенные требования к форме сигналов и виду модуляции. Например, при импульсных сигналах в канале траекторных измерений в информационных каналах желательна импульсная модуляция различного вида. Генерируемая ПРД посылка представляет собой в этом случае набор импульсов (импульсную программу) с временным разделением между каналами. При непрерывном излучении используется амплитудная, частотная, фазовая модуляция на поднесущих и частотное разделение каналов. В этом случае возможно и временное разделение, если допустима поочередная передача информации.

В передаваемой информации содержится адрес команды, ее содержание и момент времени, когда команда должна быть выполнена. Адрес:

1) внешний - характеризует тот или иной КА (например, номер спутника, находящегося в полете);

2) внутренний – указывает один или группу агрегатов, блоков, устройств КА, состояние которых необходимо изменить.

Командная информация может передаваться периодически (что облегчает декодирование, увеличивает достоверность приема), а может и асинхронно.

Несущая частота передачи от 100 до (6÷10)×10³ МГц. В этом диапазоне мало ионосферное и тропосферное ослабление.

Радиоволны различных диапазонов по-разному проходят через земную атмосферу. Для космической связи оптимален диапазон от 1,5 до 30 сантиметров. За пределами этого окна радиосигнал заметно ослабляется в атмосфере или даже может от нее отразиться. На более коротких волнах потери энергии растут за счет поглощения молекулами воды и кислорода в тропосфере, а на более длинных волнах прохождению сигнала все сильнее мешает ионосфера, которая для волн длиннее 10—30 метров становится непреодолимой преградой. Поглощение радиоволн также вызывается дождем и туманом, но, конечно, не в такой мере, как в оптическом диапазоне.

Импульсные излучения с широкой полосой спектра более применимы в системах ближнего космоса. Поток информации в системах дальнего космоса невелик, поэтому они могут быть узкополосными с большой дальностью действия.

Согласно теореме Шеннона максимальная скорость передачи информации зависит от полосы пропускания канала и соотношения сигнал/шум за один импульс

. (8.3)

Вспомним, что величина

(8.4)

называется объемом сигнала, где - длительность первичного сигнала, - динамический диапазон ( ), дБ, полоса частот сигнала. Количество информации , переносимое сигналом в единицу времени

(8.5)

Отсюда мощность шума с широким спектром, равномерно распределенным в полосе ПРМ, равна

. (8.6)

Подставляя (8.6) в формулу основного уравнения дальности, получаем

. (8.7)

В формуле η –коэффициент полезного действия антенно-фидерного тракта, G – коэффициент направленного действия антенны. Формула связывает энергетические и информационные характеристики радиолинии. Из нее следует важный для космических радиолиний вывод о том, что с энергетической точки зрения целесообразно изменять скорость передачи информации при изменении дальности до объекта, если все остальные параметры остаются неизменными.

Дальность можно увеличить, если

- выбран оптимальный диапазон частот с минимальным уровнем внешних помех и минимальными потерями при распространении сигнала;

- увеличить ПРД;

- использовать антенны с большим коэффициентом усиления и малым уровнем боковых лепестков;

- антенно-фидерные устройства с малыми потерями и низким уровнем собственных шумов;

- выбран высокочувствительный ПРМ (большое ), использованы оптимальные методы обработки сигналов;

- выбран оптимальный для конкретного случая метод модуляции сигнала.

Таблица 8.2 Характеристики радиолиний ближнего, среднего и дальнего космоса

В литературе приведены следующие значения скорости передачи информации для трех самых мощных из существующих в настоящее время передающих систем (числа в скобках соответственно диаметр передающей антенны, средняя мощность и длина волны):

• радиолокационный телескоп в Аресибо, Пуэрто-Рико (300 м; 1000 кВт; 12,5 см) — 1000 бит/с;
• планетный радиолокатор в Голдстоуне, Калифорния (70 м; 480 кВт; 3,5 см) — 550 бит/с;
• планетный радиолокатор под Евпаторией, Крым (70 м; 150 кВт; 6,0 см) — 60 бит/с.