Что такое ГИСС?
Скачать книгу в PDF, 5Mб2.2 Используемый диапазон частот и электромагнитная совместимость с существующими системами
В соответствии с регламентом радиосвязи и международным разделением электромагнитного спектра, действующие космические средства радиолокации с РСА (SAR) принципами функционирования могут использовать участки спектра в L-диапазоне 1215-1300 МГц (полоса сигнала до 85 МГц) и 8,025-8650,0 МГц (полоса 625 МГц) в первом Х (3,5 см) диапазоне, или 9,3-9,9 ГГц (полоса 600 МГц) во втором Х (3 см) диапазоне.
На практике в L-диапазоне все используют частоту 1270 или 1275 МГц с полосой ЛЧМ сигнала от 10 МГц до 30 МГц. В Х-диапазоне в основном используется второй 3 см диапазон, работа ведется на центральных частотах 9600, 9615 и 9650 МГц с полосой ЛЧМ сигнала до 100 МГц .
Поскольку одновременно действующих космических аппаратов радиолокационного зондирования Земли находится на орбитах не более одного-двух десятков, и они по заданной программе наблюдения зондируют требуемый район несколько минут, ведут съемку не боле 30 минут на одном витке в этих диапазонах, то, естественно, заметных проблем электромагнитной совместимости с другими системами они и не вызывают.
Другое дело, когда в ГИСС используются тот же разрешенный на первичной основе диапазон электромагнитного спектра, но используется непрерывно и круглосуточно, требуется рассматривать возможность такого функционирования с точки зрения взаимных помех и электромагнитной совместимости с другими системами.
2.2.1. В L-диапазоне (1215-1300) МГц кроме средств радиолокации функционируют спутниковые радионавигационные системы (СРНС). Частотные планы сигналов действующих СРНС показаны на слайде рис. 2.9.
В так обозначаемом L2 диапазоне функционирования СРНС, непрерывно излучаются сигналы:
- GPS – 1227,6 МГц, ФМ ПСП скорость 10,5 Мбит/с;
- ГЛОНАСС – 1242,933 – 1249,5 сигналы с ЧР, скорость ФМ ПСП на каждой несущей 0,511Мбит/с;
- GALILEO – 1278,75 МГц, составной ФМ ПСП со скоростью 10,5 Мбит/с, суммарная полоса 25,6 МГц (1268,4¸1294,0 МГц);
- COMPASS – 1268,52 МГц, ФМ ПСП скорость 10 Мбит/с;
- QZSS – 1227,6 МГц, BPSK ПСП, скорость 1,022 Мбит/с.
Чтобы обеспечить функционирование ГИСС, совместимой со всеми СРНС, остается один участок 1254,6-1263,4 МГц с полосой ОФДМ сигнала до 8,8 МГц, которая, в принципе, позволяет обеспечить радиолокационное разрешение до 2 - 10 метров в режиме уточнения и до 50 м в обзорном режиме.
Основной участок спектра в выделенном на первичной основе для работы радиолокационных систем диапазоне занимают сигналы Е6 европейской СРНС (см. рис. 2.10)
Особых проблем с навигацией и картами местности в Европе нет, как и нет проблем с обеспечением сотовой связи в малонаселенных районах. Сигнал Е6 позволяет обеспечить автоматическую работу грейдеров при строительстве автомобильных дорог с заданными углами наклона и точностью создания полосы до 2 см. Эпизодическая работа в этом диапазоне радиолокационных спутников с высокой мощностью на частотах 1270 - 1275 МГц с полосой до 30 МГц практически не мешает их совместному использованию этого участка полосы.
Поскольку ГИСС рентабельно создавать как международную систему, а вопросы согласования используемого спектра частот лежат в ведении администраций каждого из государств мирового сообщества, то решение по используемой частоте и ширине спектра излучения над их территорией будет определено каждой из стран-участниц создания. Поскольку для большинства стран (РФ, Китая, Индии, стран Африки, Бразилии и др.) важной является проблема обеспечения населения персональной спутниковой связью и широкополосным доступом в Интернет, при значительной заинтересованности в непрерывном радиолокационном контроле за прилегающей территорией и воздушным пространством, то над их территорией может быть широко использован диапазон сигнала Е6 Европейской СРНС.
Ретрансляторы КА ГИСС работают с программируемым режимом функционирования и, пролетая над соответствующими территориями, могут использовать согласованные частоты и полосы формирования ОФДМ сигналов, используемых для связи и радиолокационного наблюдения. Для большинства стран может быть согласован режим функционирования ГИСС в двух участках L-диапазона, показанный на рис. 2.11.
В малонаселенных районах и на океанских театрах можно использовать для определения координат сигналы всех СРНС в L5 и L1 диапазонах. Страны Европы сами решат, использовать им ограниченный участок в 5÷8 МГц для радиолокационного наблюдения или в составе навигационного оборудования для шоссейных работ ввести дополнительный канал вычитания из спектра сигнала Е6 спектр зондирующего (связного) сигнала ГИСС, принимаемого по отдельному тракту направленного приема на частоте 1275 МГц. При этом широкой базы сигнала Е6 достаточно, чтобы обеспечить требуемую точность определения координат на месте ведения работ, особенно учитывая, что узкий луч (≈12о) мощного зондирующего сигнала будет сканировать во всей 5000 км зоне видимости Европейской части с восточной частью Атлантики с периодом не чаще 10÷30 секунд.
Для работы абонентского терминального оборудования связи на линиях «вверх» может быть использован весь частотный диапазон 1215-1300 МГц. Режимы и значение частоты излучения приемо-передающего терминального оборудования будут определяться каналом управления в суммарном сигнале излучения КА, формируемом под воздействием управляющих наземных комплексов и бортовых модулей управления услугами связи. Приемные и высокомощные передающие тракты L- и Х-диапазона разнесены по различным КА, а в терминальном оборудовании разнос в несколько десятков МГц между трактами приема и передачи может быть скомпенсирован цифровыми способами вычитания влияния своего излучаемого сигнала из сигнала в приемном тракте.
Для ряда специальных приложений и IoT услуг связи соответствующее терминальное оборудование может и должно работать на передачу непосредственно в полосе мощного зондирующего сигнала, но это отдельная песнь.
Успешному функционированию бортового приемного комплекса средств услуг связи в L-диапазоне будут мешать и импульсные излучения первичных аэродромных радиолокационных станций (ПРЛС) управления воздушным движением (УВД). Эти станции работают с относительно небольшой мощностью, длительность импульса около 10 мкс, частота повторения импульсов около 1,2 - 1,5 кГц, и находятся они в районе аэропортов, где, как правило, нет проблем с предоставлением услуг сотовой связи. В малонаселенных регионах на границах государств в этом диапазоне могут работать и военные РЛС обнаружения воздушных целей (РЛС ОВЦ). С учетом интересов использования КА ГИСС в этих же целях, для еще большей дальности обнаружения и слежения за воздушными целями, соответствующие администрации могут скоординировать их работу и вынести диапазон излучений военных РЛС ОВЦ (как и гражданских ПРЛС УВД)) в полосу диапазона выше частоты 1300 МГц.
Влияния остаточных излучений и ограниченного количества излучений ПРЛС УВД и РЛС ОВЦ на качество приема сигналов от абонентского терминального оборудования на борту L(прем)/X(передача) КА ГИСС может быть устранено соответствующим выбором используемого интервала интерливинга передаваемой информации и устойчивых к этим излучениям РЛС способов кодирования. Декодированная без ошибок информация с выхода бортовых субмодулей приема без ошибок будет поступать на бортовой роутер-маршрутизатор.
2.2.2. С точки зрения системной электромагнитной совместимости в Х-диапазоне для функционирования ГИСС более целесообразно использовать Х (3,5 см) диапазон 8025,0 - 8650,0 МГц. По регламенту радиосвязи в диапазоне 7,9 - 8,4 ГГц работают станции военных спутниковых систем связи США, Великобритании, Франции, НАТО и РФ на линиях «вверх», поэтому направленные узкие лучи (≈10о) ОФДМ зондирующих (связных) сигналов ГИСС с высокой мощностью на линиях «вниз» не будут мешать функционированию военных ССС.
На рисунке 2.12 показаны два из многих принципиально возможных вариантов использования частотного плана в ГИСС.
Можно выделить до пяти полос по 80 МГц для использования на различных X/L КА в орбитальной группировке ГИСС из 576 КА, обеспечивающих передачу трафика в пересекающихся зонах обслуживания. В каждой из полос по 80 МГц можно вести непрерывную передачу трафика через 3, 7 или 19 направленных лучей с относительно низкой мощностью излучения (около 20 Вт) на терминальное оборудование пользователей со следящими ФАР с высоким КНД в полосе ОФДМ сигнала до 30 МГц. Во второй субполосе 30-40 МГц можно передавать ОФДМ сигнал через сканируемое пространство узким лучом (10о) с высокой мощностью для высокоскоростного IP-трафика и радиолокационного зондирования.
Можно выделить на каждом из X/L КА до семи полос по 40 МГц на передачу через семь лучей, накрывающих всю зону видимости для передачи трафика в адрес терминального оборудования пользователей со следящими ФАР с высоким КНД. Восьмую полосу в 120 МГц можно выделить для сигнала в сканирующем узком луче во всей зоне. Он сможет обеспечить практически непрерывное радиолокационное зондирование и передачу запросных и управляющих (вызывных) сигналов для терминалов с ненаправленными антеннами и высокоскоростного нисходящего информационного потока трафика из территориальных сетей в их адрес. Окончательные решения будут приняты при создании ГИСС.
В приемных трактах КА ГИСС, используя цифровую фильтрацию и перепрограммируемые SDR модемы, можно реализовать требуемые частотные планы и режимы функционирования для предоставления широкого спектра услуг связи.
Таким образом, в Х-диапазоне существует множество вариантов реализации частотных планов использования этого диапазона, как для предоставления услуг связи, так и для практически непрерывного радиолокационного зондирования.
В Х (3,5 см) диапазоне практически отсутствуют РЛС, использующие эту полосу частот. Даже если в каком-то регионе они и появятся, то изложенные выше для L-диапазона методы парирования их влияния будут применимы и в Х-диапазоне.