3 Содержание дисциплин

1
2
1 Цель изучения дисциплины
Цель курса«Системы спутниковой навигации и зондирование» - обучить
студентов принципам организации сетей и систем спутниковой связи, изучения
теоретических основ, принципов построения и расчёта различных систем
радиосвязи, осуществляющих передачу телевизионных и многоканальных
телефонных сообщений в цифровой форме, ознакомится с принципами
построения систем радиосвязи с большой пропускной способностью, и
методами разделения каналов, их отличие от стандартных каналов ТЧ,
техническим концепциям построения систем.
1.1 Задача изучения дисциплины
Задачи курса - в результате изучения дисциплины студент должен:
- обладать необходимыми знаниями по теории передачи сигналов,
радиоприёмным, радиопередающим и антенно-фидерным устройствам,
радиовещанию, телевидению и импульсной технике
– знать технические концепции построения систем ССС и Н;
– иметь представление о тенденциях развития технологий ССС и Н; о
закономерностях, определяющих связь между показателями качества каналов,
энергетическими параметрами системы, показателями эффективного
использования полосы частот и мощности, экономическими показателями
систем ССС и Н;
– знать технические концепции построения систем СССиН; основные
параметры радиоканалов и методы определения этих параметров; основные
методы расчета энергетических параметров систем СССиН и технических
параметров сетей; назначение и функциональные схемы; принципы
использования ИСЗ, движущиеся по орбитам; способы многостанционного
доступа и области их применения; технические параметры ИСЗ: формой,
высотой над поверхностью земли или расстоянием до центра земли,
наклонением; построение и проектирование аппаратур земных станции.
– уметь рассчитывать и выбирать основные энергетические параметры
аппаратуры: чувствительность приемника и.т.п., исходя из существующих
норм на качество канала и реальных параметров
трассы ССС и Н;
разрабатывать частотно – территориальный план для заданной местности;
оптимизировать архитектуру сети ССС и Н по комплексным критериям
эффективности. Рассмотрение принципов организации связи между земными
станциями
1.2 Пререквизиты
Изучаемый курс "Системы спутниковой навигации и зондирование"
базируется на знаниях, полученных при изучении дисциплин: Основы
радиотехники и телекоммуникаций, Сети связи и системы коммутации,
3
Технология беспроводной связи
1.3 Постреквизиты
Знания, полученные в процессе изучения курса,
написании дипломной работы.
используются при
2 Система оценки уровня знаний студентов
В процессе обучения для всех курсов и по всем дисциплинам
Казахского национального технического университета имени К.И.Сатпаева
применяется рейтинговый контроль знаний студентов. Сведения об оценке
знаний осуществляются по балльно-рейтинговой системе в виде шкалы, где
указываются все виды контроля. Рейтинг каждой дисциплины, которая
включена в рабочий учебный план специальности, оценивается по 100 %
шкале независимо от итогового контроля.
Таблица 1
Распределение рейтинговых процентов по видам контроля
Вид итогового контроля
Экзамен
Виды контроля
Итоговый контроль
Рубежный контроль
Текущий контроль
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине
спутниковой связи»
%
100
100
100
«Системы
Неде
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15
ли
Нед.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
кол.
контр
Виды
Л1 С1 Л2 С2 Л3 С3 Л4 РК1 Л5 С4 Л6 С5 Л7 Л8 РК2
контрол
я
Виды контроля: Л - Лабораторное занятие, С - самостоятельная работа, РК – рубежный
контроль.
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценка
Букв. эквив.
в%
в баллах
Отлично
А
АВ+
В
95-100
90-94
85-89
80-84
4
3,67
3,33
3,0
Хорошо
4
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
ВС+
С
СD+
D
F
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
3 Содержание дисциплины
3.1 Тематический план курса
Но
мер
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Наименование темы
Количество академических часов
Лекции Лаборатор СРОП СРО
ные
Обзор
существующих
навигационных
систем
Общий принцип работы GPS
Энергетика спутниковых линий связи.
Спутниковая дальнометрия
Временные
характеристики
систем
спутниковой навигации
Основные характеристики и принцип
действия приемника
Алгоритм для обработки навигационных
измерений
Спутниковая навигационная система на
основе GPS
Архитектура и основные характеристики
спутниковой навигационной системы
Точность навигационных вычислений
Использование данных ДЗЗ для анализа
окружающей среды
Спутники ДЗЗ
Развития космических средств и технологий
ДЗЗ
Методология исследования Земли из
космоса
Наземный сегмент системы ДЗЗ
Всего
1
4
1
3
1
1
1
4
4
4
1
1
1
3
3
3
1
4
1
3
4
1
3
1
4
1
3
1
4
1
3
1
4
1
3
1
4
1
3
1
4
1
3
1
4
1
3
1
4
1
3
1
4
1
3
1
15
4
60
1
15
3
45
1
3.2 Название и содержание лекционных занятий
Лекция №1.Обзор существующих навигационных систем
Прежде чем приступить к проектированию конкретной аппаратуры,
необходимо рассмотреть все виды навигационных систем, применяемых на
рынке телекоммуникаций в нашей стране.
5
Для определения местоположения необходимо использовать одну из
имеющихся навигационных систем. Наиболее известные навигационные
системы это наземные Loran-C и Omega, а также спутниковые Transit,
ГЛОНАСС (ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система), GPS (Global
Positioning System - Система Глобального Позиционирования). Навигационная
система Loran-C имеет ограниченную рабочую зону 900-2200 км. Она
чувствительна к плохим погодным условиям. Координаты объекта могут быть
определены также с помощью навигационных приемников фазовой разностнодальномерной системы Decca с частотной селекцией сигналов, импульснофазовой разностно-дальномерной системы Loran-C и ряда других
специализированных комплексов.
Система Decca работает в диапазоне частот 70-130 МГц. Дальность
действия - 320 км, точность определения местоположения - 90-1500 м.
Система Loran-C использует способ определения местонахождения,
основанный на вычислении гиперболических линий положения объекта по
разнице времени прихода сигналов. Диапазон рабочих частот Loran-C 90-110
кГц. Точность расчета координат не превышает 0,25 нм. Погрешность
составляет 90-460 м и зависит от географического положения объекта. Даже
при идеальных условиях точность системы не может сравниться с той, которую
обеспечивают спутниковые системы ГЛОНАСС/GPS.
Основные принципы работы системы ГЛОНАСС.
Лекция №2. Общий принцип работы GPS
В околоземном пространстве развернута сеть искусственных спутников
Земли (ИСЗ), равномерно “покрывающих” всю земную поверхность. Орбиты
ИСЗ вычисляются с очень высокой точностью, поэтому в любой момент
времени известны координаты каждого спутника. Радиопередатчики спутников
непрерывно излучают сигналы в направлении Земли. Эти сигналы
принимаются GPS-приемником, находящемся в некоторой точке земной
поверхности, координаты которой нужно определить.
Поэтому в состав аппаратуры ИСЗ и приемника входят эталонные часы
(стандарты частоты), причем точность спутникового эталона времени
исключительно высока (долговременная относительная стабильность частоты
обеспечивается на уровне 10-13 - 10-15 за сутки). Бортовые часы всех ИСЗ
синхронизированы и привязаны к так называемому “системному времени”.
Эталон времени GPS- приемника менее точен, чтобы чрезмерно не повышать
его стоимость. Этот эталон должен обеспечивать только кратковременную
стабильность частоты - в течение процедуры измерений.
Все частоты в системе GPS кратны основной частоте часов спутника,
10,23 МГц. Спутник передает сигналы в диапазонах L1 = 1575,42 МГц и
L2 = 1227,6 МГц. Сигналы содержат два вида информации: «навигационные
сообщения» и «псевдослучайный код». Код представляет собой
последовательность единиц и нулей, на первый взгляд случайную, но
изменяющуюся по сложному закону. Псевдослучайный код содержит номер
спутника.
6
Лекция №3. Энергетика спутниковых линий связи
Под потребляемым частотно-энергетическим ресурсом понимается
мощность сигнала, формируемая в облучающей системе приемной земной
станции спутниковой связи (ЗССС), необходимая для обеспечения требуемого
качества приема (Рпр). Она определяется как произведение средней
спектральной плотности мощности (Vср) сигнала на полосу занимаемых
частот.
P = Vcp Δ fс ,
где Vср – средняя спектральная плотность мощности принимаемого
сигнала;
Δ fс– полоса занимаемых частот.
Спутниковый
оператор
(владелец
спутников-ретрансляторов)
предоставляет в аренду часть или полностью частотно-энергетический ресурс
транспондера (ствола).
Лекция № 4 Спутниковая дальнометрия
Спутниковая дальнометрия. Расстояние до спутников определяется по
измерениям времени прохождения радиосигнала от космического аппарата до
приёмника умноженным на скорость света. Для того чтобы определить время
распространения сигнала нам необходимо знать, когда он покинул спутник.
Для этого на спутнике и в приёмнике одновременно генерируется
одинаковый псевдослучайный код. Приёмник проверяет входящий сигнал со
спутника и определяет когда он генерировал такой же код. Полученная
разница, умноженная на скорость света (~ 300000 км/с) даёт искомое
расстояние. Использование кода позволяет приёмнику определить временную
задержку в любое время. Кроме того, спутники могут излучать сигнал на одной
и той же частоте, так как каждый спутник идентифицируется по своему.
Точная временная привязка напрямую зависят от точности хода часов.
Код должен генерироваться на спутнике и приёмнике в одно и то же время. На
спутниках установлены атомные часы имеющие точность около одной
наносекунды. Однако дорого, чтобы устанавливать такие часы в каждый GPS
приёмник, поэтому измерения от четвёртого спутника используются для
устранения ошибок хода часов приёмника.
Лекция № 5. Временные характеристики систем спутниковой навигации
Для потребителей с известным местоположением для получения
временной информации достаточно принимать сигнал одного КА СРНС.
Принцип передачи временной информации иллюстрирует рисунок (4.1),
показывающий соотношение между временем системы, временем КА и
местным временем потребителя, когда маркер (например, секундная метка),
передаваемый с КА (в момент времени - ТИС), принимается в месте
расположения потребителя (момент времени - ТПС). Передача временной
информации осуществляется путем вычисления расхождения местной ШВ
относительно системы τШ. КА СРНС периодически (NAVSTAR – каждые
шесть секунд) передает маркер – метку времени (МВ). Момент передачи ТИК
7
определяется бортовым ХВ,ШВ, которого расходится с ШВ СРНС на величину
Δ ТИ.
Потребитель определяет время распространения сигнала (МВ) от КА до
приемника по результатам измерений. Измеряемая величина, называемая в
СРНС традиционно псевдодальностью (ПД), является, по существу, разностью
между временем потребителя в момент прихода МВ – ТПП, и временем КА в
момент передачи – ТИК.
ПД= ТПП – ТИК,
Рассматривая эту величину в ШВ системы, можно записать
ПД=ТПС– ТИС – Е + τШ,
Разность ТПС – ТИС – τ – есть истинное время распространения сигнала,
определяемое расстоянием D между КА и потребителем и задержкой τР
распространения в ионосфере. Тропосфере и аппаратуре потребителя.
τ = τd + τP = Tпс – Тис.
Лекция № 6. Основные характеристики и принцип действия приемника
Каждый спутник содержит две пары рубидиевых и цезиевых атомных
часов. Они контролируются по атомным часам на Земле, а вся система
непрерывно калибруется по мировому стандарту времени – универсальному
скоординированному времени
(Universal
Time
Coordinated,
UTC).
Радионавигационный сигнал, такой как у GPS, естественно создан как
временной сигнал, поэтому довольно просто использовать GPS как «атомные
часы в небе».
Сигнал от каждого спутника очень точен. Точность измерения – лучше,
чем одна наносекунда. Ошибки модулирования атмосферы могут составлять до
50 нс в составе общей ошибки. Бесспорно, самый большой источник ошибок –
код ограниченного доступа (Selective Availability, SA). Министерство Обороны
преднамеренно ухудшает точность GPS, вынуждая медленно дрейфовать GPS.
При наличии SA, в сигнал каждого спутника вносится ошибка синхронизации,
равная приблизительно 100 нс, и ошибка частоты, равная приблизительно 10ˉ8.
При отсутствии SA, ошибки синхронизации были бы в лучшем случае
приблизительно 10 нс и ошибка частоты 10ˉ¹°. При условии хорошего обзора
неба, многоканальный GPS – приемник может усреднять ошибки от SA по семи
ил восьми спутникам, уменьшая эффект SA почти в три раза.
Лекция № 7. Алгоритм для обработки навигационных измерений
Для решения задачи определения места и коррекции временной шкалы
образуется система уравнений, неизвестными которой являются три
координаты X, Y, Z и ошибка шкалы времени потребителя Т', проявляющаяся
при априорном определении момента излучения сигнала НКА:
Diu  ( X  X i ) 2  (Y  Yi ) 2  (Z  Zi ) 2  cT ' , i  1,..., N ,
где N – число НКА.
Учитывая, что неизвестных оказывается четыре, необходимо иметь не
менее четырех определений ПД относительно четырех НКА. Обычно в поле
8
видимости потребителя оказывается от пяти до восьми НКА. В первых
образцах аппаратуры потребителя решалась задача выбора наилучшего по
некоторому критерию созвездия из четырех НКА.
В современной аппаратуре обычно решается преопределенная система
уравнений, число которых более четырех. При этом используется итеративный
метод взвешенных наименьших квадратов, когда ищется решение, наилучшим
образом приближающееся ко всем полученным в результате измерений
псевдодальностям на основе использования соотношения:
T
T
nk n k 1 ( H rm
RD1 H rm ) 1 H rm
RD1 ( Dm  Dk 1 ),
Составляющие скорости потребителя X, Y, Z определяются посредством
решения аналогичных нелинейных для псевдоскоростей (ПС), определяемых
по измерениям доплеровских сдвигов несущих частот сигналов НКА,
вызываемых движением определяющегося объекта и НКА.
Лекция № 8. Спутниковая навигационная система на основе GPS
Слово навигация с латинского языка переводится как морское движение.
Для понимания особенностей различных навигационных систем целесообразно
сначала остановиться на самом понятии навигации. Навигация – это наука о
методах и средствах, обеспечивающих потребителя информацией о
местоположении и проведение транспортного объекта из одной точки
пространства в другую. Этот процесс предполагает отсчет фактического
местоположения транспортного средства относительно заданного курса.
Проблема ориентирования в пространстве возникла сразу после
возникновения необходимости человеку удаления от постоянного места
обитания за пределы прямой видимости.
Лекция № 9. Архитектура и основные характеристики спутниковой
навигационной системы
Спутниковые навигационные системы (СНС) включают три элемента:
космический (навигационные ИСЗ), наземный (комплекс управления
спутниками) и оборудование пользователей. Технической основой СНС и
источником навигационной информации являются 24 ИСЗ, вращающиеся на
высоте 20000 км с периодом обращения 12 час и равномерно "покрывающие"
всю земную поверхность.
Все спутники GPS являются автономными. Параметры их орбит
периодически контролируются сетью наземных станций слежения.
Сегмент наземного комплекса управления системы ГЛОНАСС выполняет
следующие функции:
- эфемеридное и частотно-временное обеспечение;
- мониторинг радионавигационного поля;
- радиотелеметрический мониторинг НКА;
- командное и программное радиоуправление НКА.
Для синхронизации шкал времени различных спутников с необходимой
точностью на борту НКА используются цезиевые стандарты частоты с
относительной нестабильностью порядка 10-13. На наземном комплексе
управления
используется
водородный
стандарт
с
относительной
9
нестабильностью 10-14. Кроме того, в состав НКУ входят средства коррекции
шкал времени спутников относительно эталонной шкалы с погрешность 3–5 нс.
Лекция № 10. Точность навигационных вычислений
На степень точности вычисления координат влияет ряд факторов,
зависящих от процедуры их определения. Эти факторы принято называть
факторами снижения точности. Как правило, при вычислении координат
применяются следующие стандартные факторы снижения точности:
- геометрический фактор снижения точности (GDOP) говорит о степени
влияния погрешностей псевдодальности (последняя характеризует меру
удаленности потребителя от GPS-спутника) показаний часов на точность
вычисления координат. Зависит от положения спутника относительно GPSприемника и от смещения показания GPS-часов. Различие значений
псевдодальности и фактической дальности связано со смещением показаний
часов GPS-спутника и потребителя, а также с задержками распространения и
другими ошибками.
- горизонтальный фактор снижения точности (HDOP) показывает
степень влияния точности определения горизонтали на погрешность
вычисления координат;
- фактор снижения точности определения положения (PDOP) - это
безразмерный показатель, который описывает, как влияет на точность
определения координат погрешность псевдодальности;
- относительный фактор снижения точности (RDOP) по сути равен
фактору снижения точности, нормализованному на период, составляющий 60 с;
- временной фактор снижения точности (TDOP) описывает степень
влияния погрешности показаний часов на точность определения координат;
- вертикальный фактор снижения точности (VDOP) показывает степень
влияния погрешности в вертикальной плоскости на точность определения
координат.
Лекция № 11. Использование данных ДЗЗ для анализа окружающей среды
В стратегическом плане Национального космического агентства
Республики Казахстан на 2009-2011 годы важная роль отводится более
широкому использованию космических технологий в интересах социальноэкономического развития страны. Для Казахстана с его необозримыми
просторами, сильной дифференциацией в распределении природных ресурсов и
малой плотностью населения особую актуальность представляют технологии
космического мониторинга, направленные на решение задач устойчивого
развития и рационального использования потенциала регионов.
Работы по созданию технологических комплексов для космического
мониторинга ведутся в республике с 1991 года. Первоначально они носили
исследовательский характер, осуществлялись в условиях жестких финансовых
ограничений и не были увязаны в единую систему. Качественный скачок
произошел в 2004 году, когда по инициативе академика НАН РК У.М.
Султангазина была принята целевая научно-техническая программа создания
10
Национальной системы космического мониторинга Республики Казахстан
(НСКМ).
В 2005 - 2007 годы работы по развитию НСКМ были продолжены в
рамках Государственной программы «Развитие космической деятельности
Республики Казахстан», а в 2008 году - в рамках бюджетной программы
«Прикладные научные исследования в области космической деятельности».
В результате на сегодняшний день в Казахстане создана и функционирует
базовая инфраструктура НСКМ, в состав которой входят:
- сеть центров приема и обработки данных дистанционного зондирования
Земли (ДЗЗ);
- архив космических изображений территории Казахстана;
- сеть подспутниковых полигонов для калибровки данных ДЗЗ;
- комплекс геоинформационной системы (ГИС-технология) решения
прикладных задач мониторинга сельского хозяйства, чрезвычайных ситуаций и
экологического состояния окружающей среды.
Лекция № 12. Спутники ДЗЗ
Типовая структурно – функциональная модель спутниковой системы ДЗЗ
(космического мониторинга) может быть схематично представлена функциями:
наблюдение > анализ > прогноз. Для обеспечения этих функций в состав
системы космического мониторинга входят орбитальный и наземный сегменты,
а также коммуникационная инфраструктура, реализующая, в том числе,
вопросы тематической обработки данных ДЗЗ.
В 2010 г. орбитальная группировка ДЗЗ составит около 130 КА. Работы
по ДЗЗ проводятся, как правило, в рамках национальных и региональных
программ. Ведущие позиции в области ДЗЗ занимают США, Франция,
Германия, Канада, Индия, Китай, Израиль, Япония, Россия.
Казахстан стоит на пороге создания собственного спутника
дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Ведущие мировые компании
готовы оказать нам содействие в развитии космической индустрии, о чем
свидетельствует подписанное во Франции 17 июня текущего года соглашение
между национальной компанией "Казахстан Гарыш Сапары" и французской
EADS ASTRIUM.
Лекция № 13. Развития космических средств и технологий ДЗЗ
В полном соответствии с наблюдающимся интенсивным ростом мирового
рынка продуктов и услуг на основе космической информации, сейчас
происходит бурное развитие космических технологий (КТ) ДЗЗ.
Стремительный прогресс в области компьютерных средств и
программно-математического обеспечения сделал реально и просто
осуществимым
эффективное
и
экономичное
решение
социальноэкономических задач дистанционного зондирования Земли. Важно
подчеркнуть, что все это теперь доступно не только большим предприятиям и
организациям, занимавшимся подобными работами на протяжении последних
10-30 лет, но и широкому кругу средних и малых фирм, в той или иной степени
нуждающихся в исходной информации об окружающей среде и происходящих
11
в ней процессах. Именно этими факторами, т.е. дешевизной и доступностью
методов и средств обработки, интерпретации и распространения космической
информации (КИ) ДЗЗ и вторичных продуктов объясняется то, что сейчас
десятки стран разрабатывают собственные КА ДЗЗ и активно приобретают
снимки от передовых спутников США, Франции, Канады, Индии,
Европейского космического агентства. При этом наряду с уже отмеченным
абсолютным ростом количества создаваемых КА ДЗЗ, можно выделить
следующие тенденции развития, в соответствии с которыми разрабатываются
перспективные КА наблюдения Земли:
- увеличение относительного количества малоразмерных КА (малых,
мини и микроспутников);
- непрерывное возрастание детальности космических снимков
(уменьшение пространственного разрешения до 0,5-1 м);
- интенсивное освоение радиодиапазона (микроволнового) для
всепогодной съемки с помощью радиолокаторов с синтезированной апертурой;
- появление и расширение областей применения сверхмногоспектральных съемок (видеоспектрометрических,
гиперспектральных) с
числом каналов 256 и более;
- начало интенсивного освоения микро/нано-технологий и создания
сверхбольших кластерных космических систем из микро- и нано-спутников;
- поиск и внедрение новых методов и приборов ДЗЗ (спектральноугловых, поляризационных, радиозатменных и др.);
- неуклонное расширение состава исследовательских КА ДЗЗ и
космических экспериментальных программ, направленных на научное изучение
Земли и отработку новых методов и приборов ДЗЗ.
Лекция № 14. Методология исследования Земли из космоса
Оптические методы. Фотографические снимки поверхности Земли
получают с пилотируемых кораблей и орбитальных станций или с
автоматических спутников. Отличительной чертой КС является высокая
степень обзорности, охват одним снимком больших площадей поверхности. В
зависимости
от
типа
применяемой
аппаратуры
и
фотопленок,
фотографирование может производиться во всем видимом диапазоне
электромагнитного спектра, в отдельных его зонах, а также в ближнем ИК
(инфракрасном) диапазоне.
Масштабы съемки зависят от двух важнейших параметров: высоты
съемки и фокусного расстояния объектива. Космические фотоаппараты в
зависимости от наклона оптической оси позволяют получать плановые и
перспективные снимки земной поверхности.
Радиотехнические методы в общих чертах принцип активной
радиолокации состоит в следующем. На спутнике устанавливается передатчик,
посылающий с помощью антенны в направлении Земли импульсы с
высокочастотным заполнением. После этого наступает пауза, в течение которой
производится прием отраженных сигналов.
Лекция № 15. Наземный сегмент системы ДЗЗ
12
Станции для приема информации со спутников на Земле (называемые
земными) содержат антенну с опорно-поворотным устройством (ОПУ),
радиоприемное устройство и средства обработки, хранения и отображения
информации.
Антенны наводятся ОПУ на спутник по командам компьютера, в который
заложены орбитальные данные. Наиболее дорогостоящей частью станции
является антенна с ОПУ. Чите всего используются ОПУ с азимутальноугломестной подвеской антенны, позволяющие разворачивать ее на ± 180° по
горизонтали и на О-90е по углу места, отсчитываемому от горизонта к зениту.
Азимутально-угломестная подвеска обладает принципиальным недостатком: в
области углов места, примыкающих к зениту, образуется «мертвая зона», в
пределах которой невозможно обеспечить связь со спутником. Это объясняется
тем, что с ростом угла места ψ требуемая угловая скорость вращения антенны
вокруг вертикальной оси возрастает, стремясь к бесконечности при ψ -> 90°.
Поскольку реальная скорость поворота антенны конечная, то, начиная с
некоторого значения угла места, луч антенны отстанет от перемещения
спутника, и сопровождение срывается. Таким образом, когда спутник близок к
зениту, такой вид подвески не позволяет качественно принимать изображения
той местности, где находится станция. Для устранения «мертвой зоны» при
прохождении спутника через зенит можно ввести в ОПУ третью ось. Однако в
этом случае конструкция ОПУ резко усложнится. Во избежание этого можно
сохранить двухосное поворотное устройство, но разместить ортогональные оси
так, чтобы «мертвая зона» находилась в наименее существенной для
поддер¬жания связи части небесной полусферы, например ближе к горизонту.
При прохождении радиоволн сквозь атмосферу Земли приходится учитывать
влияние тропосферы (0—11 км) и ионосферы (выше 80 км), поскольку в
указанном интервале частот они несколько затухают в атмосферных газах и
осадках. При этом изменяется поляризация волны, возникают дисперсионные
искажения.
3.3 Название, содержание и количество часов лабораторных занятий
(60 часов)
Лабораторная работа №1. Методы расширенного спектра Найдите
отношение энергии, необходимой для передачи одного бита, к спектральной
плотности мощности интерференции ( Eb / I 0 ) с сигналами от других
пользователей.
Лабораторная работа №2. Методы разнесения сигналов. Найдите
отношение энергии, необходимой для передачи одного бита, к спектральной
плотности мощности интерференции Eb / I 0 ) с сигналами от других
пользователей.
13
Лабораторная работа №3. Преимущества разнесения. Определите
вероятность одновременного приема всех 4 ветвей с SNR,меньшим 10дБ ( а
также вероятность того, что этот порог будет превышен).
Лабораторная работа №4. Расчет характеристик помехоустойчивости
систем беспроводной связи. Определите, во сколько раз должен быть увеличен
диапазон полосы, чтобы позволить передатчику достичь вероятности битовой
ошибки 10 4
Лабораторная работа №5. Расчет параметров систем беспроводной связи
с расширенным спектром. Найдите коэффициент расширение спектра сигнала.
Найдите значение мощности Pt передатчика в процессе мелкомасштабного
замирания сигнала.
Лабораторная работа №6. Расчет параметров систем беспроводного
радиодоступа. Определите следущее: а) среднеквадратический разброс
задержек   ;б) максимально допустимую ширину полосы сигнала W  1 / Ts ,
Лабораторная работа №7. Расчет параметров аналоговых радиорелейных
линий с частотным разделением каналов.. Определить граничные частоты
многоканального сигнала для заданного N при ЧРК
Лабораторная работа №8. Анализ Основных характеристик земных и
космических станций. Характеристики орбит ИСЗ; наклонение, угол места,
азимут. Расчет азимутов ЗС спутниковой связи.
Лабораторная работа №9 Энергетика спутниковых линий связи.
Определение затухания радиосигнала на линии снизу-вверх: Учесть затухание
радиосигнала из-за пространственного разноса и учесть ЭИИМ.
Лабораторная работа №10 Анализ характеристик низкоорбитальных
систем подвижной спутниковой связи. При определении
изменения
радиочастоты из-за эффекта Доплера считать угол между направлением
движения спутника и линией связи равным 30 градусам.
Лабораторная работа №11 .Анализ Электромагнитной совместимость
спутниковых и наземных систем связи. Рассмотреть ЭМС двух спутниковых
геостационарных систем связи работающих в общем диапазоне частот, при
этом
считать что излучение бокового лепестка ДН антенны первого
спутникового ретранслятора попадает в диаграмму направленности ЗС второй
спутниковой системы.
Лабораторная работа№12. Анализ
характеристик геостационарных
систем спутниковой связи. При определении задержки радиосигнала учесть
координаты расположения ЗС и спутниковых ретрансляторов. (данные
координаты взять у преподавателя).
Лабораторная работа№13 Системы спутниковой навигации GPS и
ГЛОНАСС. Необходимо вынести антенну радиоприёмников GPS и ГЛОНАСС
из помещения, чтобы обеспечить приём радиосигнала не менее чем от 4-х
радионавигационных спутников. Измерением радиоприёмником начинать через
5 минут после его включения.
14
3.4 Название темы и количество часов СРО
Таблица 5
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Задания
Колво
часов
3
3
3
3
3
3
3
и
3
Орбиты спутников связи
Параметры и характеристики геостационарной орбиты
Энергетика линии связи для геостационарной орбиты
Параметры и характеристики низковысотных орбит
Параметры и характеристики средневысотных орбит
Параметры и характеристики системы «Иридиум».
Параметры и характеристики системы «Глобалстар».
Сравнение качества связи для геостационарных
низкоорбитальных систем связи
Структура земных станций спутниковой связи
Структура космического ретранслятора
Различие оптических и радиосистем связи
Общие
принципы
функционирования
спутниковых
радионавигационных систем
Спутниковая радиосистема ГЛОНАСС
Спутниковая радиосистема GPS
Определение текущих координат НКА. Эффект Доплера
3
3
3
3
3
3
3
3.5 Название темы и количество часов СРОП
Таблица 6
№
1
2
3
Задания
Колво
часов
Основные характеристики земных станций и космических станций 1
индивидуальная письменная работа.
Характеристики спутниковых каналов – дискуссия
1
Энергетика спутниковых линий связи - индивидуальная письменная
1
15
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
работа
Электромагнитная совместимость спутниковых и наземных систем связи индивидуальная письменная работа
Системы подвижной спутниковой связи GLOBALSTAR и ИРИДИУМ дискуссия.
Системы подвижной спутниковой связи INMARSAT и ИРИДИУМ.
Системы спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС - индивидуальная
письменная работа
Системы спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС – дискуссия.
Системы спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС – индивидуальная
письменная работа
Методы модуляции и многостанционного доступа - дискуссия
Диапазоны частот, выделенные для спутниковой связи и вещания.
Телевизионные стандарты - дискуссия
Спутниковая система IRIDIUM. Система спутниковой связи
«Thuraya» - дискуссия.
Структура навигационных радиосигналов - дискуссия
Определение зон видимости, покрытия, обслуживания. Эффекты затенения
ИСЗ и «засветки» антенн земных станций - дискуссия
Общие принципы функционирования спутниковых навигационных систем
- дискуссия
Система глобального позиционирования ГЛОНАСС, космический
сегмент, сегмент управления,
сегмент потребителей - индивидуальная письменная работа
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Таблица 7
Таблица проведения занятий
№
I
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
День
II
Время
III
Наименование темы
IV
Лекции
Обзор существующих навигационных систем
Общий принцип работы GPS
Энергетика спутниковых линий связи.
Спутниковая дальнометрия
Временные характеристики систем спутниковой навигации
Основные характеристики и принцип действия приемника
Алгоритм для обработки навигационных измерений
Спутниковая навигационная система на основе GPS
Архитектура
и
основные
характеристики
спутниковой
навигационной системы
Точность навигационных вычислений
Использование данных ДЗЗ для анализа окружающей среды
Спутники ДЗЗ
Развития космических средств и технологий ДЗЗ
Методология исследования Земли из космоса
Наземный сегмент системы ДЗЗ
16
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Лабораторные занятия
Методы расширенного спектра.
Методы разнесения сигналов.
Преимущества разнесения. Определите вероятность одновременного приема всех 4
ветвей с SNR ,меньшим 10дБ ( а также вероятность того, что этот порог будет
превышен ).
Расчет характеристик помехоустойчивости систем беспроводной связи
Расчет параметров систем беспроводной связи с расширенным спектром
Расчет параметров систем беспроводного радиодоступа.
Расчет параметров аналоговых радиорелейных линий с частотным разделением
каналов..
.Анализ Основных характеристик земных и космических станций.
Энергетика спутниковых линий связи
Анализ характеристик низкоорбитальных систем подвижной спутниковой связи.
Анализ Электромагнитной совместимость спутниковых и наземных систем связи.
Анализ характеристик геостационарных систем спутниковой связи.
Системы спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС
4 Учебно-методические материалы по дисциплине
Основная литература:
1. Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Попантонопуло В.Н., Шувалов В.П.
Телекоммуникационные системы и сети. М.: Горячая линия – Телеком 2004.-672.
2. Б.Скляр Цифровая связь Теоретические основы и практическое применение-М.:
«Вильямс» 2003
3. Радиосвязь/под ред.О.В.Головина.: Учеб.-М.:Горячая линия-Телеком,2001
4. Карташевский В.Г.и др.Сети подвижной связи/семенов С.Н.,Фирстова Т.В –М.:
ЭКО-ТРЕНДЗ,2001.
5. Ратынский М.В. Основы сотовой связи /под.ред Д.Е.Зимина.-2-е изд.,перераб.и доп.М.: Радио и связь,2000
6. Системы радиосвязи : Учебник для вузов/Под ред.Н.И.Калашникова.– М.:Радио и
Связь, 1998.
7. Андрианов В.И.,Соколов А.В.Сотовые,пейджинговые и спутниковые средства
связи.-СПб.: БХВ Петербург Арлит,2001.
8. Гринфилд Дэвид.Оптические сети-The Essential Guide to Optical Networks. –М:БХВ
Петербург,2002.
9. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи . –М.: ЭКО-Трендз
1996
Дополнительная литература:
10. Русеев Д .Технологии беспроводного доступа: Справочник .- СПб.: БХВ
Петербург,2002.
11. Гук М.Аппаратные средства локальных сетей : Энциклопедия. СПб.: Питер,2000
12. Функциональные устройства обработки сигналов (Основы теории и
алгоритмы)/Под. ред .Ю.В.Егорова.-М.:Радио и связь,1997.
13. Норенков И.П., Трудоношин В.А. Телекоммуникационные технологии и сети. М.
Изд. МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2000. -247.
17
СОДЕРЖАНИЕ
1 Цели изучения дисциплины
2 Система оценки уровня знаний студентов
3 Содержание дисциплин
3.1 Тематический план курса
3.2 Название и содержание лекционных занятий
3.3 Название, содержание и количество часов практических занятий
18
3
4
5
5
6
8
3.4 Название темы и количество часов СРС
3.5 Название темы и количество часов СРСП
Таблица проведения занятий
4 Учебно-методические материалы по дисциплине
19
10
11
11
12