CC BY
209
ISSN 2410-6070 ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА №4 / 2019
УДК 629.783
К.А .Кузин
курсант 5 курса Академии ФСО России,
г.Орел, РФ E-mail: [email protected] Научный руководитель: А.И. Ширко канд. техн. наук, доцент Академии ФСО России,
г.Орел, РФ E-mail: [email protected]
ПРИМЕНЕНИЕ РЕТРАНСЛЯТОРОВ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ НА БЕСПИЛОТНЫХ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ
Аннотация
С помощью спутниковой связи осуществляется передача большого количества информации. Однако, при возникновении кризисных ситуаций, связанных с открытым противодействием сторон, из-за деструктивного воздействия противника на элементы сети, и, прежде всего на орбитальную группировку, организация спутниковой связи может стать невозможной. Поэтому, взамен имеющимся БРК, предлагается использование ретранслятора спутниковой связи на беспилотном летательном аппарате. В результате этого организация связи с использованием имеющихся спутниковых средств будет осуществима.
Ключевые слова
Спутниковая связь, информация, беспилотные летательные аппараты, ретранслятор
Спутниковая связь, как разновидность многоканальной радиосвязи, основана на передачи информации с помощью ретрансляторов связи, размещенных на искусственных спутниках земли. В настоящее время она является основным видом международной и национальной связи, с помощью которой осуществляется обмен информацией между пользователями. Однако, в сравнении с другими родами связи, спутниковая связь - наиболее подвержена деструктивному действию потенциального противника. Искусственные спутники земли, как наиболее доступные элементы системы спутниковой связи, расположенные на геостационарной, высокоэллиптической и других орбитах, могут быть уничтожены огневыми средствами противника, либо выведены из строя средствами радиоэлектронного подавления [1]. Поэтому, в качестве альтернативы уже имеющимся спутникам, предлагается использование ретрансляторов на беспилотных летательных аппаратах, которые могут располагаться таким образом, чтобы быть недоступными для средств наземного и воздушного радиоподавления противника.
Для осуществления передачи данных с помощью ретранслятора спутниковой связи на БПЛА необходимо, чтобы он обеспечивал максимально возможную зону покрытия для предоставления услуг связи наибольшему числу пользователей. Для этого целесообразно выбрать летательный аппарат аэростатического типа, а именно стратосферный дирижабль «Беркут», основные технические характеристики которого представлены в таблице 1 [2].
Таблица 1
Характеристики дирижабля «Беркут»
Характеристика БПЛА «Беркут»
Длина, м 150
Расход энергии, кВт 100
Масса полезной нагрузки, кг 1000
Мощность, потребляемая полезной нагрузкой, кВт 15
Высота базирования, км 20 -23
Рассмотрим случай максимального удаления двух станций спутниковой связи друг от друга, где связь между ними осуществляется через ретранслятор связи на БПЛА, который располагается на максимальной высоте 23 км.
2410-6070 ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА №4 / 2019
БПЛА
ЗС №2
Рисунок 1 - Расположение станций спутниковой связи и БПЛА
Наклонная дальность определяется по формуле:
dн = + 2Н - вше.
(1)
где Rз - радиус Земли, равный 6378 км; е - минимальный угол места, который равен 5°, при котором шумы Земли не попадают диаграмму направленности; Н - высота базирования БПЛА [3].
йн = 6378^п5)
+ 2 23 - Бт 5° = 220,6 км. 6378
(2)
Не учитывая кривизну земной поверхности, диаметр зоны покрытия равен:
В = 2 220,62 - 232 = 438,8 км. (3)
Таким образом, ретранслятор на БПЛА способен покрыть территорию площадью 151 148,17 км2, что, например, составляет территорию Московской области, площадь которой составляет 44 300 км2, а также других прилежащих регионов Российской Федерации. На рисунке 2 показано соотношение площадей Московской области и зоны покрытия спутниковой связи ретранслятором на БПЛА (темный круг).
Рисунок 2 - Зона покрытия спутниковой связи ретранслятором на БПЛА
- 59 -
Количество транспондеров, а также диапазон рабочих частот зависит от того, на какой территории Российской Федерации будет обеспечиваться спутниковая связь и, соответственно, от количества спутниковых станций на ней.
Эффективность работы бортового ретранслятора определяется пропускной способностью линии связи, диапазоном рабочих частот, а также энергетическими параметрами (ЭИИМ, добротность).
В современных системах спутниковой связи для ретрансляторов связи величины ЭИИМ и добротности находятся в пределах от 20 до 30 дБВт и от -12 до +3 дБ/К соответственно (конкретное значение зависит от того, на какой орбите работает ИСЗ). Однако, для случая расположения ретранслятора связи на значительно меньшей высоте, данные показатели должны быть существенно ниже, поскольку затухание на линиях «вверх» и «вниз» небольшие [3].
При проектировании бортового оборудования учитываются два основных требования, которые и отличают "борт" от "земли": обеспечение как можно более низкого энергопотребления ретранслятором связи и радиационной стойкости элементной базы. Однако второе требование выполнять нецелесообразно, поскольку ретранслятор связи предполагается использовать не в космосе, а в атмосфере Земли.
Основной функциональной частью любого передающего тракта является усилитель мощности. Существуют 2 основных типа усилителей: на основе лампы бегущей волны и полупроводниковых элементах. Первые отличаются высоким энергопотреблением, большими массогабаритными показателями, низкой защищенностью от физических повреждений, а также их КПД составляет максимум 40%. В связи с этим рациональным для РС на ДПЛА является применение полупроводниковых усилителей, которые имеют низкое энергопотребление, надежны и компактны. В системах с ИСЗ на средневысотных орбитах, мощность современных усилителей составляет 20 Вт в С-диапазоне и 5-10 Вт в Ки-диапазоне. Энергетические расчеты показывают, что для случая расположения ретранслятора на БПЛА мощность должна быть гораздо ниже.
Во входном каскаде бортового приемника эффективным вариантом является применение малошумящего усилителя на полевых транзисторах, обладающих коэффициентом шума не более 4, 5 дБ для Ки-диапазона. В связи с низкими затуханиями на линиях «вверх» и «вниз», отношение сигнал/шум будет высоким, поэтому прием сигналов будет обеспечен без искажений.
Поскольку БПЛА воздействием ветра отклоняется от точки стояния, из направленных антенн целесообразно использовать фазированную антенную решетку или антенну параболического типа с системой слежения. В обоих случаях при небольших отклонениях летательного аппарата максимум диаграммы направленности будет направлен на корреспондента. Помимо этого можно использовать ненаправленную антенну с широкой ДНА, которая будет обеспечивать покрытие требуемой зоны при выполнении требований по энергетике.
Таким образом, реализовав вышеперечисленные требования можно получить альтернативный способ передачи данных с использованием спутниковых средств связи, когда с помощью имеющихся бортовых ретрансляционных комплексов это осуществить не представится возможным. Кроме того, современное оборудование и техническая реализация позволит обеспечить значительно лучшие энергетические характеристики, что также приведет к повышению качества связи в целом.
Список использованной литературы:
1. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность связи. - Учебное пособие - Москва: 1972 год.
2. http://robotrends.ru/robopedia/bespilotniki-drony.
3. Колинько А.В. Основы энергетического расчета линий многоканальной радиосвязи: пособие по курсовому и дипломному проектированию / под ред. А.В. Колинько. - Орел: Академия ФСО России, 2007.
© Кузин К.А., Ширко А.И., 2019
