Системы спутниковой связи

Министерство науки и высшего образования  

Российской Федерации 

Уральский федеральный университет 

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина 

С. Н. Дмитриев 

СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Лабораторный практикум 

Рекомендовано методическим советом  
Уральского федерального университета  

для студентов вуза, обучающихся по направлениям  
11.03.02 — Инфокоммуникационные технологии 
 и системы связи, 11.05.01 — Радиоэлектронные  

системы и комплексы

Екатеринбург 

Издательство Уральского университета 

2019 

УДК 621.396.946(075.8) 
ББК 32.884.1я73 
           Д53 
Рецензенты:
кафедра общепрофессиональных дисциплин технических спе‑
циальностей, Уральский технический институт связи и инфор‑
матики (филиал) ФГБОУ «Сибирский государственный уни‑
верситет телекоммуникаций и информатики» (зам. завкафедрой 
канд. техн. наук, доц. Н. В. Будылгина);
д‑р физ.‑мат. наук, проф. А. Д. Ивлиев (МАОУ ВО «Россий‑
ский государственный профессионально‑педагогический уни‑
верситет») 

Научный редактор — канд. техн. наук, проф. Д. В. Астрецов

На обложке использовано изображение с сайта https://goo.gl/D2pShw

Д53

Дмитриев, C. Н.
Системы спутниковой связи : лабораторный практи‑ 
кум / С. Н. Дмитриев. — Екатеринбург : Изд‑во Урал.  
ун‑та, 2019. — 76 с.
ISBN 978‑5‑7996‑2597‑9

Практикум является руководством к выполнению лабораторных работ, 

содержит краткие теоретические сведения  и задания на лабораторные ис‑
следования, также приведены требования к оформлению отчетов.

Библиогр.: 9 назв. Табл. 1. Рис. 21.

УДК 621.396.946(075.8) 
ББК 32.884.1я73 

ISBN 978‑5‑7996‑2597‑9
© Уральский федеральный  
     университет, 2019

Список сокращений

Русские сокращения

АЗ‑УМ 
азимутально‑угломестная подвеска 

ВЭНО 
высокоэллиптическая наклонная орбита 

ГКНПЦ 
Государственный космический научно‑

                            производственный центр 
ГЛОНАСС 
глобальная навигационная система связи 

ДН 
диаграмма направленности 

ЗР 
зона радиовидимости 

ИСЗ 
искусственный спутник Земли 

КО 
космический объект 

ОГ 
орбитальная группировка 

ОЗР 
обобщенная зона радиовидимости 

ОПУ 
опорно‑поворотное устройство 

ПСТ 
подспутниковая точка 

РЛС 
радиолокационная станция 

СПСС 
система персональной спутниковой 

                            связи 
СС 
станция сопряжения 

ССС 
система спутниковой связи 

ТП 
трасса полета 

ТФОП 
телефонные системы общего пользования 

УМ‑УМ 
угломестно‑угломестная подвеска 

ЭКВ 
экваториальная подвеска 

Список сокращений

Английские сокращения

AMPS 
Advanced Mobile Phone Service 

 
перспективная подвижная радиотелефонная 

                            служба 
GEO  
Geosynchronous Earth Orbit 

 
геостационарная орбита 

GOCC 
Ground Operations Control Center 

 
центр управления наземной сетью 

GSM 
Global System for Mobile communications 

 
глобальная система подвижной связи 

HEO 
High Elliptical Orbit 

 
высокоэллиптическая орбита 

IS‑95 
Interim Standard 

 
временной стандарт 

LEO 
Low Earth Orbit 

 
низкая околоземная орбита 

MEO 
Medium Earth Orbit 

 
средневысотная орбита 

MXU 
Mobile Exchange Unit 

 
мобильная телефонная станция 

SOCC 
Satellite Operations Control Center 

 
центр управления и контроля орбитальной

                            группировкой 

Предисловие

Построение систем спутниковой связи (ССС) состоит в ис‑

пользовании методов наземной сотовой связи, но с размещени‑
ем ретрансляторов базовых станций в космическом простран‑
стве. Несомненные преимущества ССС — большая пропускная 
способность, глобальность действия и высокое качество свя‑
зи — обусловили интенсивное развитие ССС. Конфигурация 
ССС существенно зависит от типа искусственного спутника 
Земли (ИСЗ), вида связи и параметров земных станций. Для 
построения ССС используются в основном три разновидно‑
сти ИСЗ: на низковысотной, геостационарной и высокой эл‑
липтической орбитах.

Коренные преобразования в области спутниковой связи про‑

изошли в начале 90‑х годов XX века и были обусловлены тре‑
мя факторами:

◊ 
коммерциализацией космических программ, связанной 
с переносом передовых военных технологий в коммер‑
ческие программы;

◊ 
использованием ИСЗ, находящихся на низко‑ и средне‑
высотных орбитах, для связи с подвижными объектами, 
что позволило не только решить проблему перегружен‑
ности геостационарных орбит, но и существенно расши‑
рить сферу телекоммуникационных услуг, а именно обе‑
спечить пользователей глобальной персональной связью 
с помощью терминала типа «трубка в руке»;

◊ 
повсеместным переходом на цифровую связь с исполь‑
зованием современных компьютерных технологий и бы‑
стрым ростом услуг сети Internet, в связи с чем возник‑

Предисловие

ла острая необходимость в обмене высокоскоростными 
потоками информации, а также мультимедийной ин‑
формацией.

Тематика лабораторных работ полностью охватывает наи‑

более важные разделы дисциплины:

1. Инфраструктура и принципы построения систем спут‑

никовой связи.

2. Принципы построения космического сегмента: типы 

и выбор параметров орбит.

3. Принципы построения земного сегмента: состав и на‑

значение его элементов, особенности антенн земных станций 
спутниковой связи, системы наведения луча.

4. Принципы построения пользовательского сегмента.
Теоретические сведения о тематике лабораторной работы 

размещены в описании к каждой лабораторной работе. Такое 
расположение теоретической части автор посчитал более целе‑
сообразным и удобным для изучения, чем выделение ее в общий 
теоретический раздел, непосредственно не связанный с кон‑
кретной лабораторной работой.

Общие требования при прохождении  
лабораторного практикума

Целью лабораторного практикума по дисциплине «Систе‑

мы спутниковой связи» является экспериментальная провер‑
ка основных теоретических положений по отдельным разде‑
лам дисциплины.

Выполнение каждой работы разделяется на три этапа:
◊ 
домашняя подготовка;

◊ 
выполнение экспериментальных, вычислительных 
и оформительских работ в лаборатории;

◊ 
подготовка отчета по лабораторной работе и его защита.

Общие требования при прохождении лабораторного практикума 

1. Домашняя подготовка

В процессе домашней подготовки студент должен изучить 

теоретический материал, относящийся к данной лабораторной 
работе, выполнить домашнее задание, продумать порядок про‑
ведения лабораторной работы.

2. Лабораторное занятие

На первом лабораторном занятии студенты знакомятся под 

расписку с правилами техбезопасности при выполнении работ 
в компьютерном классе.

Непосредственному выполнению лабораторной работы 

предшествует коллоквиум. Коллоквиум проводится для про‑
верки качества подготовки студентов к работе по перечню 
контрольных вопросов, приведенных в указаниях к каждой 
конкретной работе. При недостаточной подготовке студенты 
к выполнению работы не допускаются.

Порядок проведения экспериментов приведен в указаниях 

к каждой конкретной работе. Экспериментальная часть рабо‑
ты считается выполненной после утверждения преподавате‑
лем черновика отчета. После окончания работы студент дол‑
жен привести в порядок свое рабочее место.

3. Составление и защита отчета

Отчеты выполняются на отдельных листах писчей бумаги фор‑

мата А4. Конкретные требования к содержанию отчета приведе‑
ны в указаниях к каждой работе. Особое внимание при составле‑
нии отчета необходимо уделить выводам. Выводы должны быть 
не констатирующими, а подробно объясняющими полученные ре‑
зультаты экспериментальных исследований с сопоставлением их 
с теоретическими положениями. На проверку отчет должен быть 
представлен к концу текущего занятия или к началу следующего.

Зачет по лабораторной работе выставляется после принятия 

преподавателем оформленного отчета и его успешной защиты.

Лабораторная работа № 1. Исследование 
характеристик высокоэллиптических 
наклонных орбит 

Цель работы. Лабораторная работа посвящена изучению осо‑

бенностей обслуживания территорий при использовании вы‑
сокоэллиптических наклонных орбит в ССС. Особое внимание 
уделено орбите типа «Молния».

1. Классификация орбит

Любая система спутниковой связи включает в себя:
◊ 
космический сегмент, состоящий из нескольких спутни‑
ков‑ретрансляторов (десятков штук);

◊ 
наземный сегмент;

◊ 
пользовательский (абонентский) сегмент, осуществля‑
ющий связь с помощью персонального спутникового 
терминала.

Космический сегмент образован орбитальной (космической) 

группировкой (ОГ). Структуры ОГ классифицируются по сле‑
дующим признакам [1]:

◊ 
параметры орбит;

◊ 
структура орбитальных плоскостей;

◊ 
зона обслуживания;

◊ 
вероятностно‑временные характеристики.

1. Классификация орбит

Среди классификационных признаков структур ОГ наиболее 

важное значение имеет такой признак, как параметры орбит. 
К ним относятся: эксцентриситет, наклонение и высота. Имен‑
но по этим параметрам далее приводится классификация орбит.

Путь, по которому движется ИСЗ в процессе полета, называ‑

ется орбитой (траекторией). Траектория движения ИСЗ в общем 
случае является кривой второго порядка — коническим сечением. 
Наибольшее распространение получила форма записи траекто‑
рии движения ИСЗ в орбитальной полярной системе координат:

 
r
p
e
=
+
1
cos
,
J   
(1.1) 

где p — фокальный параметр; e — эксцентриситет орбиты; 
J — истинная аномалия, отсчитываемая между направления‑
ми на перигей и ИСЗ в сторону движения ИСЗ.

1.1. По эксцентриситету

Эксцентриситет e определяет форму орбиты, т. е. характер 

траектории. В зависимости от значения эксцентриситета раз‑
личают следующие орбиты:

e = 0 — круговая;
e = 1 — параболическая;
0 < e < 1 — эллиптическая;
e > 1 — гиперболическая.
Параболические и гиперболические орбиты являются незам‑

кнутыми и используются при полете космических аппаратов 
к дальним космическим объектам. В системах связи через ИСЗ 
используются круговые и эллиптические орбиты (круговые — 
частный случай эллиптических).

Пользуясь известными из аналитической геометрии свой‑

ствами эллипса и учитывая, что центр притягивающего тела 
расположен в одном из фокусов эллиптической орбиты, запи‑
шем ряд соотношений для определения геометрических разме‑
ров орбиты (рис. 1.1).