Земная станция

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Центр космической связи «Дубна»

Земна́я ста́нция (англ. Earth station) — согласно определению Международного союза электросвязи[1] — станция космической службы связи, расположенная на поверхности Земли (включая морские суда) или на летательном аппарате в пределах атмосферы, ниже границы космоса. Земная станция взаимодействует с космическими станциями, установленными на борту космических аппаратов, или с другими земными станциями через расположенные в космосе ретрансляторы. Термин «земная станция» используется с конца 1960-х годов[2][3] и принят для отличия от наземной станции, работающей в сети наземной радиосвязи и не использующей космические аппараты[4].

Земные станции, используемые в системах космической связи, можно разделить на два больших класса — станции применяемые для контроля и управления космическими аппаратами и связи с ними (англ. TT&C - tracking, telemetry, and command)[⇨] и станции сетей спутниковой связи, используемые для передачи информации между ними через специализированные телекоммуникационные спутники[⇨]. В состав земной станции, в самом общем виде, входят средства космической связи (антенна с приёмным и/или передающим оборудованием), каналообразующее оборудование, осуществляющее передачу информации по радиоканалу, средства обработки данных и аппаратура сопряжения для передачи информации по наземным сетям. Конкретный состав и устройство оборудования земных станций варьируется в очень широких пределах в зависимости от выполняемых задач, расстояния до космического аппарата и типа его орбиты[5].

История

Станции космической связи появились в конце 1950-х годов для работы с космическими аппаратами, запускаемыми на околоземные орбиты и в дальний космос. Первоначально такие станции входили в состав командно-измерительных комплексов, осуществляющих слежение за космическими аппаратами, приём с них телеметрических и прикладных данных и передачу команд, уставок и программ. Для передачи через первые телекоммуникационных спутники телевизионных программ, телефонной и телеграфной связи также использовались оборудование и возможности командно-измерительных станций[6][7]. С середины 1960-х годов спутниковая связь стала активно развиваться как отдельная отрасль. Стали создаваться спутниковые сети и системы, обеспечивающие магистральные каналы связи и вещания на глобальные расстояния, такие как американская «COMSAT», советская «Орбита»[8], международная «Intelsat», для которых разрабатывались и строились специальные земные станции. В 1970-е годы началась установка мобильных земных станций, обеспечивающих глобальную телефонную связь, на судах, а потом и на других подвижных объектах. С 1980-х годов началось освоение для спутниковой связи высокочастотного Ku-диапазона, что позволило существенно уменьшить размеры антенн и стоимость земных станций. В 1990-е годы произошёл переход от аналоговой спутниковой связи и вещания к цифровым и началось массовое распространение земных станций как в области индивидуального ТВ-приема, так и передачи данных[9]. В 2010-е годы, в результате освоения ещё более высокочастотного Ka-диапазона и появления cвязных спутников высокой пропускной способности (англ. HTS), стоимость спутниковой связи значительно снизилась[10], что привело к резкому росту количества абонентских земных станций[11]. Следующий виток массового использования земных станций спутниковой связи может быть связан с развитием низкоорбитальных систем высокой пропускной способности, таких как Starlink и OneWeb[12].

Управляющие и контрольно-измерительные станции

Станция приёма телеметрии на судне «Космонавт Виктор Пацаев»
Основная статья: Научно-измерительный пункт

Земные станции служебного управления и контроля предназначены для приёма телеметрической информации с космических аппаратов, передачи на КА управляющих воздействий и программ, проведения траекторных измерений (измерения угловых координат аппарата и дальности до него), контроля состояния и функционирования полезной нагрузки аппарата во время проведения лётных испытаний и в процессе эксплуатации[13]. Такие станции входят в состав Командно-измерительного комплекса — совокупности средств и служб, с помощью которых осуществляется управление полётом ракет-носителей и космических объектов. Пункты командно-измерительного комплекса могут быть расположенными на суше, на судах или на борту самолётов[14]. В составе контрольных станций владельцев спутниковых группировок и надзорных органов работают также средства геолокации земных станций спутниковой связи и поиска источников помех в спутниковых сетях[15][16].

Станции дальней космической связи

Радиотелескоп РТ-64 использовался для связи с АМС[17]
Основная статья: Дальняя космическая связь

Станции дальней космической связи предназначены для радиосвязи между центрами управления и космическими аппаратами, находящимися на значительном удалении от Земли. Для того, чтобы обеспечить приём слабых сигналов от космических аппаратов и передачу информации на космические расстояния, такие станции оснащаются зеркальными антеннами большого размера, обеспечивающими высокое усиление сигнала, мощными передатчиками и высокочувствительными малошумящими приёмниками[18][19].

Станции сетей спутниковой связи

Типы земных станций спутниковой связи (ЗССС) и области их применения очень разнообразны и номенклатура их крайне широка. Можно разделить ЗССС по оказываемым услугам (передача и приём видеоинформации, данных, речи и т. п.), по исполнению (стационарные, портативные, передвижные, подвижные), по роли в спутниковой сети (абонентские, магистральные, центральные), по способу организации связи (приёмные, приёмопередающие, только передающие), диапазону рабочих частот (UHF, L-диапазон, S-диапазон, C-диапазон, X-диапазон, Ku-диапазон, Ka-диапазон[20]), по типу орбиты используемых для связи космических аппаратов (геостационарная, высокоэллиптическая, средняя и низкая). Для потребителей услуг связи наибольший интерес представляют абонентские земные станции, облик которых определяют главным образом два признака. Первый — тип используемой орбиты, и, соответственно, удаленность станции от спутника-ретранслятора и необходимость его сопровождения антенной. Второй — принадлежность земной станции к одной из основных спутниковых служб: фиксированной, телерадиовещательной или подвижной[21].

Станции вещательной спутниковой службы

Приёмный комплект спутникового ТВ

Абонентские станции телерадиовещательной службы (РСС) — это устройства, принимающие теле- и радиопрограммы, вещаемые через спутники связи[22]. Современное спутниковое вещание осуществляется через геостационарные аппараты, неподвижные относительно земного наблюдателя, что позволяет использовать сравнительно простые антенные системы, однократно наводимые на спутник и не требующие последующего его сопровождения[23]. Приёмные станции спутникового вещания работают и в распределительных сетях, доставляющих программы на региональные телецентры и далее по местным наземным сетям к потребителям, и в сетях непосредственного вещания, доставляющих контент на индивидуальные приемники и головные станции кабельных сетей[24].

Приёмные станции спутникового вещания включают антенну, приемный усилитель-конвертер, кабельную трассу и спутниковый приёмник (ресивер). При индивидуальном приёме ресивер устанавливается непосредственно у абонента (может быть частью телевизора или компьютера), а на телецентрах и головных станциях ресиверы входят в состав их оборудования. Станции приёма непосредственного вещания работают в диапазоне Ku и оснащаются антеннами размером от нескольких десятков сантиметров до полутора метров[23]. Станции распределительных сетей используют также более низкочастотный диапазон С, как более устойчивый к погодным условиям, и антенны бо́льшего размера[25].

Станции фиксированной спутниковой службы

Газпром космические системы. Телекоммуникационный центр «Щелково»[26]

К фиксированной спутниковой службе (ФСС) относятся земные станции, стационарно установленные в заданном месте или изменяющие своё местоположение в пределах заданной зоны[22]. Станции ФСС осуществляют приём и передачу данных через геостационарные спутники в диапазонах С (4/6 ГГц), Ku (11/14 ГГц) и Ka (20/30 ГГц) и должны удовлетворять требованиям Регламента радиосвязи. В зависимости от назначения и потоков передаваемой информации земные станции этого типа принято разделять на магистральные или центральные (ЦЗС) и малые (VSAT, МЗС)[21].

Магистральные земные станции

Основная статья: Телепорт (связь)

Магистральные земные станции (используется также название «телепорт»[27]) работают в системах международной, магистральной и зоновой связи и организуют вещание мультиплексов, многоканальную телефонную связь, высоскоростную передачу данных и радиальные каналы «центр — периферия». Параметры и стоимость магистральной станции во многом зависят от её антенной системы. Чем больше диаметр антенны, тем выше её стоимость и пропускная способность станции. Антенны магистральных станций оснащаются системами слежения, удерживающими их в направлении спутника на ГСО или непрерывно наводящими на требуемый негеостационарный спутник. В состав магистральных станций входят также приёмные и передающие усилители-конвертеры, волноводные и кабельные трассы, каналообразующее оборудование, обеспечивающее передачу информации по радиоканалу, системы электропитания, средства сопряжения с магистральными наземными сетями[21].

Малые земные станции

Состав станции VSAT
Основная статья: VSAT

Малые земные станции, именуемые также VSAT (англ. Very Small Aperture Terminal) широко используются в качестве абонентских в ведомственных и корпоративных сетях и для подключения к спутниковому интернету. Такие станции имеют антенны небольшого размера, типично — до одного метра для диапазона Ka, до полутора метров для Ku и до 2.5 метров для С. Наиболее распространенный режим работы малых станций — «звезда», где обмен информацией происходит только между абонентами и центром, но существуют и полносвязные (mesh) сети VSAT. В состав станций VSAT входит спутниковая антенна, приёмный и передающий усилители-конвертеры, кабельные трассы и спутниковый модем, обеспечивающий передачу данных от наземного оборудования[28].

Станции VSAT могут быть как стационарными, так и входящими в состав мобильных комплексов — переносных или передвижных, для работы с остановок. Существуют и подвижные станции VSAT, предназначенные для работы на судах, автомобилях, самолётах, поездах. Такие станции, с одной стороны, обеспечивают связь в движении, а с другой — работают в тех же сетях, что и станции фиксированной службы. Подвижные станции VSAT используют антенны, способные непрерывно отслеживать и сохранять направление на спутник, моторизованные или с электронным наведением[29].

Непрерывное сопровождение спутника антенной требуется также для земных станций перспективных широкополосных низкоорбитальных сетей и является основной проблемой при их создании[30][31].

Станции подвижной спутниковой службы

Терминал системы подвижной связи Iridium Pilot

К подвижной спутниковой службе (ПСС) относятся станции, предназначенные для работы в движении, носимые или устанавливаемые на транспортных средствах[22]. Типичные примеры земных станций подвижной спутниковой связи — спутниковые телефоны и терминалы передачи данных систем Inmarsat, Iridium, Thuraya, буи системы Коспас-Сарсат, терминалы Гонец и Orbcomm и другие[32]. Большинство станций подвижной спутниковой связи через геостационарные и низкоорбитальные космические аппараты работают в L-диапазоне, реже в диапазоне UHF и S-диапазоне[20], и используют слабонаправленные антенны, что позволяет отказаться от систем наведения и максимально упростить оборудование[33]. Использование низкочастотных диапазонов и слабонаправленных антенн с низким усилением приводит к тому, что пропускная способность канала связи оказывается невысокой, поэтому такие системы ориентированы на передачу речи и/или низкоскоростных данных, а стоимость их услуг заметно выше, чем фиксированной спутниковой связи. Но, в то же время, им нет альтернативы при использовании носимых персональных средств, таких как спутниковые телефоны[32]. Если же для подвижных объектов нужна скоростная передача данных, то они оснащаются VSAT-станциями диапазонов Ku и Ka, способными работать в сетях фиксированной связи и оснащенными антеннами с возможностью автоматического сопровождения спутника[34]. В перспективе для этого будут применяться также станции широкополосных низкоорбитальных систем, таких как Starlink и OneWeb[12].

Примечания

  1. ↑ Recommendation ITU-R V.573-5. Radiocommunication vocabulary (англ.). — 2007. — September.
  2. ↑ earth station noun (англ.). Merriam-Webster. Дата обращения: 28 февраля 2021. Архивировано 9 апреля 2021 года.
  3. ↑ earth station (англ.). Dictionary.com. Дата обращения: 28 февраля 2021. Архивировано 17 апреля 2021 года.
  4. ↑ Земная станция // Железное дерево — Излучение. — М. : Большая российская энциклопедия, 2008. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 10). — ISBN 978-5-85270-341-5.
  5. ↑ Earth Station Handbook, 2014, Earth Station Design Philosophy.
  6. ↑ July 12, 1962: The Day Information Went Global (англ.). NASA. Дата обращения: 1 марта 2021. Архивировано 20 января 2021 года.
  7. ↑ Б.Е. Черток. Глава 2. Спутник связи «Молния-1» // Ракеты и люди. Книга 3. Горячие дни холодной войны. — М.: «Машиностроение», 1997. — ISBN 5-217-02936-6.
  8. ↑ Рожденные революцией. Как создавалась первая в Советском Союзе сеть космической связи «Орбита». // Стандарт. Специальный выпуск : журнал. — Comnews, 2012. — Ноябрь. — С. 14—18.
  9. ↑ Earth Station Handbook, 2014, Introduction to the Satellite Communication Ground Segment.
  10. ↑ R. Swinford, B. Grau. High Throughput Satellites (англ.). — Arthur D. Little's Corporate Finance Advisory Services, 2015.
  11. ↑ VSAT Network Optimization (англ.) // Market Briefs. — Satellite Market and Research, 2019. — March.
  12. ↑ 12,0 12,1 Всеволод Колюбакин. Негеостационарные перспективы. Телеспутник. Дата обращения: 9 ноября 2020. Архивировано 28 сентября 2020 года.
  13. ↑ В. Бобков. Специализированные земные станции // Connect! : журнал. — 2007. — № 9. — С. 114—118. Архивировано 29 ноября 2020 года.
  14. ↑ Командно-измерительный комплекс / А. А. Большой, П. А. Агаджанов // Кварнер — Конгур. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 12).
  15. ↑ Г. Верзунов, П. Корвяков, В. Могучев. Спутниковая связь: радиопеленгация земных станций. Технологии и средства связи. Дата обращения: 25 ноября 2020. Архивировано 23 февраля 2020 года.
  16. ↑ Спутник ею не сбить, интернет не заблокировать. АНО «Радиочастотный спектр» (27 февраля 2019). Дата обращения: 25 ноября 2020. Архивировано 25 июля 2021 года.
  17. ↑ Уникальные радиотелескопы. ОКБ МЭИ. Дата обращения: 16 ноября 2020. Архивировано 7 октября 2020 года.
  18. ↑ Анатолий Копик. Космические радиолинии // Вокруг Света : журнал. — 2007. Архивировано 8 ноября 2020 года.
  19. ↑ Космическая связь // Конго — Крещение. — М. : Большая российская энциклопедия, 2010. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 15). — ISBN 978-5-85270-346-0.
  20. ↑ 20,0 20,1 Radio frequencies for space communication (англ.). The Australian Space Academy. Дата обращения: 9 ноября 2020. Архивировано 22 февраля 2017 года.
  21. ↑ 21,0 21,1 21,2 Системы спутниковой связи. Земные станции, 1999.
  22. ↑ 22,0 22,1 22,2 Службы связи спутниковые, 2001.
  23. ↑ 23,0 23,1 ТВ на ракете: основные этапы развития спутникового телевещания. Телеспутник (12 апреля 2017). Дата обращения: 2 ноября 2020. Архивировано 14 августа 2017 года.
  24. ↑ Российский рынок спутникового телевещания. PC Week/Russian Edition (10 мая 2005). Дата обращения: 6 ноября 2020. Архивировано 13 ноября 2020 года.
  25. ↑ С-диапазон оставлен спутниковым операторам. Телеспутник (1 января 2016). Дата обращения: 5 ноября 2020. Архивировано 23 января 2018 года.
  26. ↑ Наземная инфраструктура. Газпром космические системы. Дата обращения: 18 ноября 2020. Архивировано 4 декабря 2020 года.
  27. ↑ Александр Левкин. Зачем МТС построил второй телепорт. Телеспутник. Дата обращения: 13 ноября 2020. Архивировано 25 октября 2019 года.
  28. ↑ Всеволод Колюбакин. Что такое VSAT // Телеспутник : журнал. — 2015. — Июль. — С. 6—8. Архивировано 28 января 2022 года.
  29. ↑ Сергей Алымов. Спутниковые антенны: миграция в сторону мобильности // ИКС : журнал. — 2010. — № 3. Архивировано 19 ноября 2020 года.
  30. ↑ Сер­гей Пехтерев. Энциклопедия Starlink. Шлюзовые станции (гейтвеи), Абонентский терминал. Commnews (07.10.2020). Дата обращения: 12 октября 2020. Архивировано 12 октября 2020 года.
  31. ↑ В. Анпилогов, А.  Шишлов, А. Эйдус. Анализ систем LEO-HTS и реализуемости фазированных антенных решеток для абонентских терминалов. Технологии и средства связи. Дата обращения: 23 ноября 2020. Архивировано 8 февраля 2020 года.
  32. ↑ 32,0 32,1 Дмитрий Баканов. Системы подвижной спутниковой связи: взгляд с Земли. ComNews (15 ноября 2012). Дата обращения: 8 ноября 2020. Архивировано 16 ноября 2020 года.
  33. ↑ Kyohei Fujimoto, J. R. James. Antennas for Mobile Satellite Systems // Mobile Antenna Systems Handbook (англ.). — Artech House, 2008. — ISBN 9781596931268.
  34. ↑ Диденко М., Столяров И., Шкиттин А. Состояние и перспективы развития подвижного VSAT // Технологии и средства связи : журнал. — 2012. — № 6(2).


Литература

  • Государственный комитет Российской Федерации по телекоммуникациям. РД 45.041-99 Нормы на электрические параметры цифровых каналов и трактов спутниковых систем передачи // Руководящий документ отрасли. — 1999.
  • Министерство Российской Федерации по связи и информатизации. ОСТ 45.124-2000. Службы связи спутниковые: фиксированная, радиовещательная и подвижная. Термины и определения // Стандарт отрасли. — ЦНТИ «ИНФОРМСВЯЗЬ», 2001.
  • Л. Невдяев. Системы спутниковой связи. Часть 3. Земные станции // Сети/Network world : журнал. — 1999. — № 07.
  • В. Бобков. Земные станции спутниковой cвязи // Connect! : журнал. — 2007. — № 2.
  • Bruce L. Elbert. The Satellite Communication Ground Segment and Earth Station Handbook (англ.). — Artech House, 2014. — ISBN 978-1-60807-673-4.
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Земная_станция&oldid=20711175