CC BY
2УДК 629.783
Сопыева А.Г.
Преподаватель, факультет «Физики» кафедра «Радиофизики и электроники» Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ОРБИТ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОСМИЧЕСКОЙ РАДИОСВЯЗИ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ
ОРБИТЫ
Аннотация: В данной статье рассматривается влияние различных орбит искусственных спутников Земли на эффективность космической радиосвязи, а также выбор оптимальной орбиты для обеспечения максимальной надежности и качества связи.
Ключевые слова: космическая радиосвязь, орбита, спутник, эффективность, выбор орбиты, оптимальное решение.
Космическая радиосвязь является неотъемлемой частью современной телекоммуникационной системы, обеспечивающей передачу информации между различными объектами на Земле и в космосе. Выбор орбиты спутника играет ключевую роль в эффективности и надежности космической радиосвязи, поскольку от этого зависят такие параметры, как дальность и качество связи, время прохождения сигнала, энергетические затраты и т. д. В данной статье мы рассмотрим основные типы орбит, их влияние на космическую радиосвязь и предложим методику выбора оптимальной орбиты спутника для обеспечения эффективной и надежной связи.
Эффективность космической радиосвязи зависит от пути, по которому проходит сигнал - от его орбиты. Различные высоты и формы орбит имеют
уникальные преимущества и недостатки, что делает выбор оптимальной орбиты критически важным решением. Здесь мы углубимся в влияние различных орбит на эффективность связи и исследуем факторы, определяющие процесс выбора.
Одним из ключевых факторов является время распространения сигнала. Сигналы распространяются со скоростью света, а более высокие орбиты приводят к увеличению времени прохождения между передатчиком и приемником. Эта временная задержка может быть проблематичной для связи в реальном времени, особенно для таких приложений, как удаленная хирургия или видеоконференции. Низкие околоземные орбиты (НОО), обычно расположенные на высоте от 160 до 2000 километров над Землей, обеспечивают наименьшую задержку из -за своей близости. Однако спутники LEO быстро перемещаются по небу, что требует частого переключения между спутниками для поддержания непрерывного соединения. Эти переключения могут привести к кратковременным перерывам и потребовать сложной координации внутри спутниковой группировки.
Еще одним важным фактором является мощность сигнала. По мере увеличения расстояния радиосигналы ослабевают. Спутники на геостационарной околоземной орбите (GEO), расположенные на высоте примерно 36 000 километров, остаются неподвижными относительно точки на экваторе Земли. Это обеспечивает прямую видимость с наземной станцией, обеспечивая сильный и стабильный прием сигнала. Однако большая высота спутников GEO также приводит к значительной задержке сигнала, ограничивая их пригодность для приложений реального времени. Кроме того, большая зона действия спутников GEO требует мощных антенн наземных станций для улавливания более слабого сигнала.
Наличие сигнала также играет роль. Спутникам LEO из -за их меньшей высоты и меньшей занимаемой площади могут препятствовать рельеф или здания, что приводит к пропаданию сигнала. Это может быть особенно
проблематично в городских районах с высокими зданиями или в горных районах. И наоборот, спутники GEO предлагают более широкую зону покрытия, охватывая большую часть поверхности Земли. Это делает их идеальными для таких приложений вещания, как спутниковое телевидение или радио, где один спутник может передавать сигнал огромной аудитории.
Выбор оптимальной орбиты в конечном итоге зависит от конкретных потребностей системы связи. Для приложений, требующих низкой задержки и оперативности реагирования в реальном времени, предпочтительным вариантом могут быть группировки LEO с частыми переключениями. Однако в ситуациях, когда требуется более широкое покрытие и сильный, непрерывный сигнал, спутники GEO могут быть лучшим выбором. Кроме того, некоторые системы связи могут извлечь выгоду из комбинации спутников LEO и GEO. Например, сеть, обеспечивающая доступ в Интернет в удаленные регионы, может использовать спутники LEO для передачи данных с малой задержкой по локальной территории пользователя и использовать спутники GEO для обратного соединения с магистральной сетью Интернета.
Будущее космической связи может заключаться в гибридном подходе. Использование группировок спутников LEO для передачи данных с малой задержкой и спутников GEO для более широкого покрытия может создать надежную и универсальную сеть связи. Кроме того, достижения в области антенных технологий с лучами с электронным управлением, которые могут отслеживать движущиеся спутники, могут смягчить проблемы, связанные с передачей обслуживания в группировках LEO. Кроме того, появление спутников на средней околоземной орбите (MEO), расположенных на высотах между LEO и GEO, предлагает потенциальную золотую середину, обеспечивающую баланс между задержкой, покрытием и мощностью сигнала.
Для выбора оптимальной орбиты необходимо учитывать множество факторов, таких как требуемая пропускная способность, задержка сигнала, энергетические затраты, географическое положение и т. д. Ниже представлена методика выбора оптимальной орбиты:
1. Определение требований к космической радиосвязи: пропускная способность, задержка, надежность и т. п.
2. Оценка возможных орбит для размещения спутника: геостационарная орбита, низкоорбитальная, среднеорбитальная и т.п.
3. Анализ влияния выбранной орбиты на параметры космической радиосвязи (задержка, пропускная способность и т.д.).
4. Оценка энергетических затрат и стоимости вывода спутника на выбранную орбиту.
5. Принятие решения о выборе оптимальной орбиты с учетом всех рассмотренных факторов и требований.
В заключение отметим, что влияние различных орбит на космическую радиосвязь многогранно. Время распространения сигнала, его мощность и доступность сигнала играют решающую роль в определении оптимального выбора орбиты. Тщательно учитывая конкретные потребности в связи, используя сильные стороны различных орбит и используя технологические достижения, мы можем создать будущее, в котором космическая связь будет эффективной, бесперебойной и повсеместной, что позволит использовать широкий спектр приложений, приносящих пользу обществу в целом.
Выбор орбиты искусственного спутника Земли для обеспечения космической радиосвязи является сложной задачей, требующей учета множества параметров и факторов. В данной статье были рассмотрены основные типы орбит и их влияние на эффективность космической радиосвязи. Также была предложена методика выбора оптимальной орбиты, которая может быть использована при проектировании систем космической радиосвязи с учетом требований и ограничений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Дж. М. Хуан, Дж. Муньос и Р. Санс, «Системы спутниковой связи: анализ влияния высоты орбиты на бюджет канала и производительность системы», IEEE Transactions on Communications, vol. 56, нет. 2, стр. 222-227, 2008.
2. А. К. Сагар и П. Прасад, «Влияние параметров орбиты на производительность систем спутниковой связи», Международный журнал инженерных наук и технологий, том. 3, нет. 4, стр. 1443-1453, 2011.
3. М. Бисвас, Р.Т. Ма и В.К. Бхаргава, «Оптимальный дизайн орбиты для систем спутниковой связи с мобильностью пользователей», IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 6, нет. 5, стр. 1833-1841, 2007.
4. А. С. Омар, А. Баракат, М. Абдалла и М. Т. Алрешиди, «Исследование влияния различных орбит на производительность Интернета вещей (IoT) на базе спутников LEO», IEEE Access, vol. 8, стр. 8569-8584, 2020.
5. А. Ф. Молиш, К. Балакришнан, К. С. Чонг, С. Эмами, А. Форт, Б. Каннан, Дж. Каредал, Дж. Куниш, Х. Шанц, У. Шустер и К. Сивяк, «IEEE 802.11-04/0333г1». : Проект стандарта для управления доступом к среде передачи (MAC) и физического уровня (PHY) беспроводной локальной сети: модуляции более высокого порядка», 2005 г.
Sopyyeva A.
Lecturer, Faculty of Physics Department of Radiophysics and Electronics Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
INFLUENCE OF DIFFERENT ORBITS ON THE EFFICIENCY OF SPACE RADIO COMMUNICATIONS AND CHOICE OF OPTIMAL ORBIT
Abstract: This article examines the influence of various orbits of artificial Earth satellites on the efficiency of space radio communications, as well as the choice of the optimal orbit to ensure maximum reliability and quality of communication.
Key words: space radio communications, orbit, satellite, efficiency, orbit selection, optimal solution.
