Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Двадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

XX..553

Перспективы развития высокоскоростных радиолиний для КА ДЗЗ

Ерохин Г.А. (1), Ершов А.Н. (1), Мордвинов А.Е. (1)
(1) АО "Российские космические системы", Москва, Россия
Рассмотрены вопросы дальнейшего развития высокоскоростных радиолиний для КА ДЗЗ. Отмечается, что до настоящего времени основные работы были сосредоточены в Х-диапазоне частот, выделенном для систем ДЗЗ (8,025–8,4 ГГц). На данном направлении получены весьма хорошие результаты (более 2000 Мбит/с), но скорость передачи информации приближается к верхнему пределу для данной полосы частот. Для дальнейшего увеличения скорости радиолинии необходим переход в следующий выделенный для систем ДЗЗ Ка-диапазон частот (25,5–27,0 ГГц). Цель освоения Ка-диапазона – радиолиния со скоростью передачи не менее 10000 Мбит/с.
В настоящее время технические решения по созданию высокоскоростных радиолиний (ВРЛ) для КА ДЗЗ в основном сосредоточены в Х-диапазоне радиочастот (8,025…8,4 ГГц с шириной полосы 375 МГц). Следует отметить серьезные успехи на этом направлении. В начале нулевых годов была создана бортовая и наземная аппаратура, позволившая передавать информацию по двум частотным каналам со скоростью до 245 Мбит/с. Такими радиолиниями были оснащены КА ДЗЗ «Монитор-Э», «Сич-1М», «БелКА», «Метеор-М», «Канопус-В», «Кондор-Э» и др.
В 2008 году в рамках ОКР «Прием» и в 2009 году для КА ДЗЗ нового поколения «Метеор-М» №3 и «Метеор-МП» были начаты работы по созданию наземной и бортовой аппаратуры для радиолинии со скоростью передачи не менее 800 Мбит/с. К сожалению, были периоды, когда эти работы приостанавливались, но к настоящему времени созданы образцы аппаратуры, обеспечивающие передачу данных с частотой символов до 300 МГц и модуляцией до 32АФМ (5 бит на символ), что обеспечивает в разрешенной полосе частот транспортную скорость 1500 Мбит/с (информационная скорость не менее 1300 Мбит/с) [1]
Следующим важным этапом работ было решение задачи удвоения скорости передачи информации за счет передачи двух радиосигналов на одной несущей частоте, но с разными направлениями вращения круговой поляризации при коэффициенте эллиптичности, стремящемся к единице. Такая НИОКР была организована в АО «Российские космические системы» в инициативном порядке. По разработанной документации были изготовлены экспериментальные образцы антенн с двухканальными облучателями с правой и левой круговой поляризацией. Экспериментальная проверка подтвердила возможность одновременной передачи двух радиосигналов на одной несущей частоте при видах модуляции до 32АФМ [2]
Следующим этапом совершенствования высокоскоростных радиолиний стала разработка СТО ГК Роскосмос 1018-2019 «Аппаратура бортовая автоматических космических аппаратов // Информационное взаимодействие // Высокоскоростная радиолиния». Стандарт предусматривает виды модуляции до 64АФМ, помехоустойчивое кодирование и динамически изменяемые сигнально-кодовые конструкции (ДИСКК), которые позволяют адаптировать режим передачи к изменяющемуся в ходе сеанса (изменение наклонной дальности) энергетическому балансу радиолинии.
Все вышеперечисленные достижения реализуются сегодня в создаваемой АО «Российские космические системы» высокоскоростной радиолинии для КА ДЗЗ «Ресурс-ПМ», где при передаче двух радиосигналов на одной несущей частоте с правой и левой круговой поляризацией информационная скорость превысит 2000 Мбит/с.
Создание бортовой аппаратуры для будущих КА ДЗЗ предполагается на базе унифицированных модулей, создаваемых сегодня в рамках ОКР «ИБИС». Разработка базируется исключительно на отечественной элементной базе, на разработанных и утвержденных СТО ГК Роскосмос. Примеры приборов и блоков представлены.
Суммируя вышеперечисленное, можно сказать, что в Х-диапазоне мы практически подходим к «потолку» скорости и для её увеличения мы должны переместиться в Ка-диапазон (25,5…27,0 ГГц), где нам доступна полоса частот шириной 1500 МГц. Следует отметить, что используя блоки, созданные для Х-диапазона, мы путем переноса радиосигнала на более высокую частоту и увеличивая число частотных каналов можем достичь информационной скорости не менее 5000 Мбит/с .
На последующем этапе, создав антенные системы с необходимой поляризационной развязкой, можно ещё удвоить информационную скорость .
Отличием радиолинии Ка-диапазона от радиолинии Х-диапазона будет ее существенно большая зависимость от потерь при прохождении радиосигнала сквозь атмосферу Земли. Даже при отсутствии дождя потери в спокойной атмосфере [3] при угле места антенны земной станции 5° в Ка-диапазоне составят 6 дБ против 0,25 дБ в Х-диапазоне. В дожде потери могут превышать 20 дБ [3].
Расчеты показывают, что для передачи с орбиты 800 км данных со скоростью в канале 1500 Мбит/с требуется передатчик с выходной мощностью в линейном режиме не менее 12 Вт, бортовая антенна диаметром 0,4 м и земная антенна диаметром 4,8…7 м. И даже при этом, на низких углах места не обеспечиваются условия приема с максимальной скоростью.
При передаче с неизменной в сеансе связи скоростью пришлось бы либо ограничиться передачей с модуляцией 8ФМ, либо начинать сеанс связи при более высоких углах места антенны земной станции. Режим с ДИСКК позволяет начать передачу с модуляции 8ФМ, затем перейти на 16АФМ, затем на 32АФМ, а после прохождения максимального угла места по мере его снижения произвести переключение видов модуляции в обратном порядке. Радиолинии, создаваемые в соответствии с СТО ГК 1018-2019, обладают такими возможностями.
Создание ВРЛ Ка-диапазона с суммарной скоростью передачи полезной информации до 10 Гбит/с позволит решить проблему «узкого горла» для КА ДЗЗ с оптической и радиолокационной аппаратурой сверхвысокого разрешения.

Ключевые слова: радиолиния, канал связи, поляризационная развязка, космический аппарат (КА), дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), модуляция с высокой кратностью, корректирующее кодирование, земная станция
Литература:
  1. А.Н. Ершов, В.В. Березкин, С.В. Петров, А.В. Петров, Д.А. Почивалин, Д.А. Смирнов и С.В. Ковалев Экспериментальная отработка комплексов высокоскоростной передачи информации для КА ДЗЗ // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы 2018, том 5, выпуск 4, с. 56-64.
  2. А.А. Аджибеков, В.В. Березкин, А.Н. Ершов, С.В. Петров, А.В. Петров и П.В. Шишминцев Экспериментальное исследование эффективности поляризационного уплотнения для сверхскоростной радиолинии систем ДЗЗ // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы 2020, том 7, выпуск 2, с. 11-20.
  3. Справочник. Спутниковая связь и вещание. Москва «Радио и связь», 1988 г., с. 95-100.

Видео доклада

Выездное заседание в НЦ ОМЗ

512