Космическая связь
ВВЕДЕНИЕ
Обширность
территории Российской Федерации создает
определенные трудности в организации
устойчивой, достоверной и оперативной
связи органов внутренних дел. Значительная
удаленность населенных пунктов
от районных центров на севере, в
Сибири, на Дальнем Востоке и отсутствие
проводных коммуникаций вносят свои
коррективы в вопросы взаимодействия
подразделений органов
Для решения указанных проблем органы внутренних дел используют системы спутниковой связи. Основное достоинство спутниковой связи - возможность вести телефонные переговоры в любой точке мира, тогда как владельцы сотовых телефонов могут разговаривать только на территории покрытия станциями сотовой сети.
Все сети спутниковой
связи предоставляют
- в наборе дополнительных услуг, предлагаемых абоненту (факс, телекс, доступ в Интернет);
- области покрытия (некоторые системы не работают на территории Южного и Северного полюсов);
- стоимости телефонных аппаратов и услуг связи.1
Сегодня в мире существует множество различных систем спутниковой связи. У каждой из них есть свои достоинства и недостатки. Однако в России имеет смысл реально говорить только о нескольких из них - это системы Инмарсат, Глобалстар, Иридиум и Турайя.
- Мобильная спутниковая связь Инмарсат (Inmarsat)
Система Инмарсат
является первым в мире провайдером
мобильной спутниковой
В настоящий момент Инмарсат охватывает спутниковой связью более 210 тысяч абонентов по всему миру и владеет сетью из 4 основных и 5 резервных геостационарных спутников второго и третьего поколения, управление которыми осуществляется непосредственно из Лондона.
Организация
бесперебойной спутниковой
Как и любая другая система спутниковой связи, Инмарсат базируется на единстве трех сегментов: космического, наземного и пользовательского.
Космический сегмент Инмарсат представляет собой сеть геостационарных спутников, скорость вращения которых совпадает со скоростью вращения Земли, что дает дополнительные преимущества перед системами, спутники которых расположены на других орбитах. Геостационарный спутник за счет своей мнимой неподвижности позволяет повысить устойчивость соединения, поскольку на протяжении всего сеанса связи телефонный аппарат взаимодействует только с одним спутником. Такой спутник всегда находится в пределах досягаемости, а значит, абонент может находиться в зоне обслуживания сколько угодно долго, не опасаясь неожиданного срыва телефонных переговоров.
Все спутники
Инмарсат, находящиеся на орбите, включая
4 основных, 1 запасной спутник третьего
поколения и 4 ранее запущенных спутника
второго поколения, расположены
на высоте 35 600 км. Местоположение 4 основных
спутников было выбрано с таким
расчетом, чтобы зона обслуживания
сети Инмарсат охватывала как можно
большую часть поверхности
Для удобства применения присвоенные спутникам названия соответствуют тем территориям, над которыми они находятся и которые обслуживают:
- Индоокеанский спутник (IOR) – 64,5 гр. в.д.
- Тихоокеанский спутник (POR) – 178 гр. в.д.
- Восточно-Атлантический спутник (AORE) – 15,5 гр. з.д.
- Западно-Атлантический спутник (AORW) – 54 гр. з.д.
Во многих точках планеты возможно перекрывание зон обслуживания спутников благодаря присутствию на орбите сразу четырех из них. В подобных случаях телефон сканирует доступные спутники на предмет устойчивости сигнала и предлагает пользователю наиболее оптимальный вариант. К примеру, Москва находится в зоне приема лучей Индийского и Восточно-Атлантического спутников, а жители Европы могут воспользоваться услугами еще и Западно-Атлантического спутника.
Современные спутники третьего поколения используют лучи двух видов: глобальные и зональные (локальные). Определить по карте, в зоне обслуживания каких лучей находится тот или иной населенный пункт, не составляет особого труда: глобальные лучи обозначаются овалом, центр которого указывает на точное местоположение спутника; зональным лучам соответствуют окружности. Антенны спутников концентрируют мощность излучения в направлении зональных лучей, которыми покрыта вся суша и главные морские пути. Пропускная способность зональных лучей обладает таким свойством, как динамичность, т.е. может увеличиваться или уменьшаться по мере того, как спутник перераспределяет энергию между зональными лучами с большой и малой нагрузкой. Благодаря этому обеспечивается адекватное качество обслуживания в период интенсивного потока вызовов из того или иного региона. Технология зональных лучей также позволяет уменьшить размеры и вес пользовательских спутниковых терминалов, сохранив при этом их качественные характеристики.
Рис. 1. Карта определения зоны обслуживания лучей спутников «Инмарсат»
Используемые частоты:
1,6 ГГц-4 ГГц (линия «подвижный объект-КА-Земля»);
6 ГГц-1,5 ГГц (линия «Земля-КА-подвижный объект»).
В состав наземного сегмента Инмарсат входит:
- спутниковый центр управления (SCC - Satellite Control Center) - находится в штаб-квартире Инмарсат и выполняет функции контролирующего органа, обеспечивая заданное положение всех спутников над экватором и осуществляя непрерывный мониторинг функционального состояния всех бортовых систем. Текущий контроль осуществляются путем обработки данных, поступающих с 4 основных наземных станций слежения, телеметрии и контроля, расположенных на западе и востоке Канады, в Италии и Китае. В случае необходимости может быть задействована запасная станция в Норвегии;
- сеть береговых земных станций (LES - Land Earth Station) - охватывает более 30 стран мира и насчитывает около 40 станций, которые обрабатывают переданные со спутника сигналы от абонентских телефонов, выполняя функции шлюза между космическим и наземным сегментами Инмарсат;
- сетевой операционный центр (NOC - Network Operation Center) при поддержке сети координирующих станций (NCS - Network co-ordination station) контролирует все информационные каналы сети Инмарсат.
Пользовательский
сегмент Инмарсат включает в себя
все множество спутниковых
В системе Инмарсат различают следующие стандарты.
Так, цифровой стандарт Инмарсат-М обеспечивает двустороннюю голосовую связь, передачу факсимильных сообщений и данных, но неуклонно вытесняется более новым стандартом – Инмарсат-Мини-М.
Стандарт Инмарсат-Мини-М предлагает аналогичный предыдущему стандарту набор услуг, но благодаря уменьшенным размерам терминала (формат А4 при весе 2 кг), его низкой стоимости, а также способности обеспечивать связь с абонентами любой наземной или сотовой сети он получил более широкое распространение и стал доступен массовому потребителю. Достижением таких преимуществ стандарт Мини-М обязан технологии зональных лучей, применяемой с момента запуска геостационарных спутников третьего поколения в 1996 г. Антенны таких спутников концентрируют в нескольких зональных или узконаправленных лучах всю излучаемую спутником мощность, в результате чего в зоне обслуживания оказывается вся суша и основные морские пути.
Введенный в эксплуатацию одним из последних Inmarsat-М4, также известный как GAN (Global Area Network), совершил своего рода революцию в современных системах мобильной спутниковой связи. Готовые телекоммуникационные решения, созданные на основе Инмарсат-М4, разрабатываются с учетом таких отличительных особенностей стандарта, как высокая скорость передачи данных (до 64 Кбит/с) и возможность переключения между двумя режимами работы: с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов. Отличие между этими режимами состоит в том, что в первом случае тарификация производится по времени соединения без учета количества переданной информации (наиболее распространенный режим), а во втором случае тарифицируется количество переданных и принятых данных, тогда как время соединения не учитывается.
Из-за схожести в скорости передачи данных (64 Кбит/с) стандарт Инмарсат-М4 часто сравнивают с сетями ISDN (Integrated Service Digital Network – наземные цифровые сети комплексного обслуживания) и порой называют мобильным ISDN (Mobile ISDN). ISDN-устройства, как-то: видеотелефоны, ISDN-модемы, маршрутизаторы локальных компьютерных сетей, совместимы с терминалами М4 и также обеспечивают связь из любой точки мира.4
На сегодняшний
день сеть мобильной спутниковой
связи Инмарсат является одним из
общепризнанных лидеров в своей
области и занимает достойное
место среди наиболее надежных и
динамически развивающихся
2. Глобальная спутниковая система связи Globalstar
Система Globalstar
формировалась в 1991 г. как система,
предназначенная для
В России оператором спутниковой системы связи Globalstar является закрытое акционерное общество «ГлобалТел». Как эксклюзивный поставщик услуг глобальной подвижной спутниковой связи системы Globalstar, ЗАО «ГлобалТел» предоставляет услуги связи на территории всей Российской Федерации. Благодаря созданию компании ЗАО «ГлобалТел» у жителей России появилась еще одна возможность связаться через спутник из любой точки России практически с любой точкой мира.
Система Globalstar
предоставляет спутниковую
Используемые частоты:
- Телефон Глобалстар - Спутник 1610-1625,5 MГц.
- Спутник - Телефон Глобалстар 2483,5-2500 MГц.
- Спутник - Наземная станция сопряжения 6875-7055 MГц.
- Наземная станция сопряжения - Спутник 5091-5250 MГц.
На нижеприведенной карте показана общая тарифная зона обслуживания ЗАО «ГлобалТел».
Рис. 2. Общая тарифная зона обслуживания ЗАО «ГлобалТел»
Система связи Глобалстар включает в себя космический, наземный и пользовательские сегменты.
Наземный сегмент системы Globalstar состоит из центров управления космическими аппаратами, центров управления связью, сети региональных наземных узловых станций сопряжения и сети обмена данными.
Станции сопряжения
предназначены для организации
радиодоступа пользователей системы
Globalstar к центрам коммутации системы
при установлении связи между
пользователями системы, а также
с пользователями наземных и спутниковых
сетей фиксированной и
Наземные центры управления планируют графики связи для станций сопряжения, а также контролируют выделение спутниковых ресурсов каждой станций сопряжения.
Центр управления спутниковым сегментом следит за системой спутников. Вместе со средствами резервного Центра он производит контроль орбит, обработку телеметрической информации и выдачу команд на спутниковую группировку. Спутники системы Globalstar непрерывно передают данные телеметрии, контролирующие исправность системы, а также информацию об общем состоянии спутников. Центр также отслеживает запуски спутников и процесс их развертывания в космосе.
Центр управления
спутниковым сегментом и
Российский
наземный сегмент системы Globalstar включает
3 станции сопряжения, расположенные
под Москвой, Новосибирском и
Хабаровском. Они покрывают территорию
России от южной границы до 74 гр.
с.ш. и от западной границы до 180 меридиана,
обеспечивая гарантированное
Российский сегмент спутниковой системы Globalstar при этом рассматривается как новая сеть связи на территории Российской Федерации.5
Спутник системы Globalstar состоит из антенны, трапециевидного корпуса, двух солнечных батарей и магнетометра.
Запуск спутников
группировки Globalstar осуществлялся ракетами-
Количество активных космических аппаратов в группировке - 48.
Число орбитальных плоскостей - 8.
Количество
резервных космических
Всего космических аппаратов в группировке - 56.
Высота орбит - 1410 км.
Наклонение - 52°.
Число спутников на одной орбитальной плоскости - 6.
Число космических аппаратов, одновременно обслуживающих территорию России - не менее 4.
Масса спутника - не более 450 кг.
Время функционирования - 10 лет.
Пользовательский сегмент системы Globalstar состоит из следующих видов абонентских терминалов:
- портативных многомодовых «трубок» (мобильных спутниковых телефонов), аналогичных сотовым телефонам, имеющим сравнимые размеры, вес и функциональные возможности. ЗАО «ГлобалТел» предлагает три типа мобильных спутниковых аппаратов производства «Qualcomm», «Telit» и Ericsson». Аппараты Ericcsson и Telit совместимы со стандартом GSM, a Qualcomm, помимо Globalstar, работает в сетях AMPS и СDМА;
- автомобильных комплектов, которые возможно смонтировать на любом транспортном средстве: автомобиле, судне, самолете и т.п.;
- стационарных комплектов с возможностью подключения обыкновенного телефонного аппарата, малой офисной АТС либо таксофона;
- спутниковых модемов, предназначенных для использования в различных решениях, таких, как обмен файлами между удаленными объектами, WEB-серфинг, e-mail и т.п. на скоростях до 76,8 кбит/c. Модемы обеспечивают двухсторонний канал связи с наземным, морским или авиационным коммуникационным оборудованием. Модемы могут использоваться совместно с мониторинговыми, измерительными системами, системами телеметрии, SCADA-приложениями, в любых применениях для передачи данных и т.п.
Спутники работают по архитектуре «согнутой трубы» (bent-pipe) - принимая сигнал абонента, несколько спутников, используя технологию CDMA, одновременно транслируют его на ближайшую наземную станцию сопряжения. Наземная станция сопряжения, выбирает наиболее сильный сигнал, авторизует его и маршрутизирует его до вызываемого абонента. 6
Рис. 3. Схема организации спутниковой системы связи «Глобалстар»
Система Globalstar разработана для предоставления высококачественных спутниковых услуг для широкого круга пользователей, включающих: голосовую связь, службу коротких сообщений, роуминг, позиционирование, факсимильную связь, передачу данных, мобильный Интернет.
3. Мобильная спутниковая связь Иридуим (Iridium)
Появившись на рынке телекоммуникаций в 1998 г., спутниковая сеть Иридиум стала первой в мире сетью низкоорбитальной мобильной спутниковой связи. Спутники Иридиум вращаются на самой низкой по сравнению с другими сетями орбите, высота которой не превышает 780 км над поверхностью Земли, что в 46 раз меньше, чем высота орбиты геостационарных спутников.
Данное обстоятельство дает определенные преимущества при изготовлении абонентского спутникового оборудования (было время, когда спутниковые телефоны Иридиум считались самыми маленькими в мире). Еще одно отличие системы Иридиум от других спутниковых провайдеров заключается в 100%-ом покрытии поверхности земного шара, включая все континенты, водные бассейны и полярные области. В особых случаях из зоны обслуживания системы могут быть исключены определенные территории (зоны боевых действий и пр.), в которых ограничена возможность использования спутниковых телефонов.
Космический сегмент Иридиум представлен довольно внушительной сетью низкоорбитальных спутников, запущенных ракетоносителями Delta II, Long March 2C и Протон. В нее входят 66 основных спутников, распределенных по 6 приполярным орбитам (по 11 спутников в каждой орбитальной плоскости), и 6 резервных. Каждый спутник имеет срок службы от 7 до 9 лет, весит 689 кг и обращается вокруг Земли за 100 мин 28 сек., при этом угол наклонения плоскости составляет не более 86,40 . Чтобы включить в зону обслуживания Иридиум всю поверхность планеты, каждый спутник формирует в общей сложности 48 лучей, диаметр которых достигает 50 км.
Уникальность космического сегмента Иридиум состоит в том, что используемый системой механизм межспутниковых связей не требует ретрансляции сигнала на Землю в процессе передачи сигнала с одного спутника на другой. Это означает, что теоретически сеть не утратит способность функционировать, если все абонентские вызовы будут поступать лишь на одну станцию сопряжения.
В состав наземного сегмента Иридиум входят сетевая координирующая станция и станции сопряжения. Координирующая станция обеспечивает работу сети и выполняет функции контроля над текущим состоянием и работоспособностью системы. Станции сопряжения обеспечивают взаимодействие космического сегмента Иридиум с наземными сетями телефонной связи и передачи данных. При помощи абонентского коммутатора Siemens GSM-D900 станции сопряжения принимают все вызовы от пользователей Иридиум на наземные сети общего пользования, управляют общей базой данных абонентов и биллинговой системой, отвечающей за выставление счетов.
В сети Иридиум используются различные частотные диапазоны, соответствующие тому или иному типу связи:
- спутник Иридиум → спутниковый телефон или пейджер: 1616 – 1626,5 МГц;
- межспутниковые связи: 23,18 – 23,38 ГГц;
- спутник Иридиум → наземная станция: 19,4 – 19,6 ГГц;
- наземная станция → спутник Иридиум: 29,1 – 29,3 ГГц.7
Спутниковое оборудование пользовательского сегмента Иридиум включает в себя абонентские спутниковые телефоны и спутниковые пейджеры. Спутниковые телефоны, помимо предоставления доступа к сети Иридиум, функционируют в сотовом режиме и по внешнему виду напоминают обычные телефонные трубки. Спутниковые пейджеры дают возможность пользоваться соответствующими услугами сети независимо от того, в какой точке мира находится абонент.
4.Мобильная спутниковая связь Турайя (Thuraya).
Крупномасштабный телекоммуникационный проект компании Boeing Satellite Systems (прежнее название - Hughes Space and Communications Intl) – сеть мобильной спутниковой связи Турайя – включает в себя более 20 национальных операторов, предоставляющих услуги связи в зоне обслуживания сети, которая охватывает страны Европы, Северной Африки, Ближнего Востока, часть Азии и некоторые регионы России. Центральный офис учрежденного в 1997 г. акционерного общества Thuraya JSK, управляющего сетью Турайя и координирующего деятельность операторов-акционеров, находится на территории ОАЭ.
Традиционно состав спутниковой сети Турайя представлен совокупностью 3 основных сегментов: космического, наземного и пользовательского.
Космический сегмент Турайя состоит из 3 геостационарных спутников со средним сроком службы 12 лет и наземной управляющей станции, осуществляющей контроль над их функциональным состоянием и орбитальным положением. Спутники Thuraya-1 и Thuraya-2 расположены на 28,50 и 440. восточной долготы соответственно. Третий же спутник был запущен в 2004 г., в результате чего количество российских абонентов сети Турайя значительно увеличилось вместе с расширением зоны обслуживания с 43 до 89%. Спутник формирует 250-300 излучаемых точечных лучей, обеспечивая динамичную зону покрытия, и оптимизирует перераспределение нагрузки по требованию.
Рис. 4. Зона обслуживания спутниковой сети «Турайя»
Частоты, на которых работают абонентские терминалы:
- земля-космос – 1626,5-1660,5 МГц;
- космос-земля – 1525,0-1559,0 МГц.
Мощность
наземного сегмента сети Турайя позволяет
подключить к услугам спутниковой
связи 1 750 000 пользователей, при этом
единовременная пропускная способность
не может превышать 13750 абонентов. Достижение
таких показателей
Поддержка наземного сегмента осуществляется известными поставщиками спутникового оборудования, занимающимися разработкой и установкой спутниковых систем (HUGHES - основной подрядчик), проектированием интеллектуальных платформ для услуг SMS/VMS (ALCATEL), производством абонентских коммутаторов (ERRICSSON) и систем абонентского обслуживания и биллинга (LHS).
В совокупности данное оборудование предоставляет клиентам сети Турайя широкие возможности по использованию не только базового комплекта услуг, включающего телефонию и передачу факсов и данных со скоростью 9,6 кбит/с, но и дополнительных сервисов: SMS, голосовая почта, автоопределитель номера, переадресация, запрет и ожидание вызова.
К пользовательскому
сегменту Турайя относятся спутниковые
телефонные аппараты абонентов производства
швейцарской фирмы Ascom и американской
Hughes, схожие по набору функций, но в
различном дизайнерском исполнении.
Как и все спутниковые
Для
повышения эффективности
В целом по точности определения местонахождения объектов и по набору сервисных услуг GPS вполне соответствует требованиям, предъявляемым в ОВД к системам подобного класса. Однако, учитывая, что в целях обеспечения национальных интересов США сигналы GPS могут селективно отключаться в пределах отдельного региона, использование такой системы в интересах силовых структур и органов государственной власти Российской Федерации не может быть признано целесообразным.
Учитывая
изложенное, 17 мая 2007 г. вышел Указ Президента
Российской Федерации № 638 «Об использовании
глобальной навигационной спутниковой
системы ГЛОНАСС в интересах
социально-экономического развития Российской
Федерации», в котором установлено,
что для обеспечения
В связи с этим встал вопрос о модернизации действующих в ОВД систем навигационно-временного обеспечения с целью их перевода для работы с оборудованием ГЛОНАСС.
Системы ГЛОНАСС и GPS отличаются структурами орбитальных группировок космических аппаратов (КА) (по 8 аппаратов на трех орбитах в ГЛОНАСС и 4 аппарата на шести орбитах в GPS), способом разделения навигационных сигналов (частотный в ГЛОНАСС и кодовый в GPS), сроками активного существования космических аппаратов (в GPS сроки больше чем в ГЛОНАСС).
Разработка ГЛОНАСС началась на рубеже 70– 80-х гг. прошлого века. Первый спутник, оснащенный необходимой радиотехнической аппаратурой ГЛОНАСС, был запущен на орбиту в 1982 г. (высота 19100 км, наклонение 64,50). В 1995 г. ГЛОНАСС была развернута в полном объеме (24 космических аппарата с трехлетним сроком активного существования). Точность определения местонахождения объектов обеспечивалась не хуже, чем в GPS.
В
соответствии с Федеральной целевой
программой «ГЛОНАСС», утвержденной Правительством
РФ в 2001 г., были проведены работы по
модернизации КА ГЛОНАСС с целью
обеспечения срока их активного
существования от 7 до 10 лет. В настоящее
время проводятся работы по увеличению
точности обсервации, надежности, доступности,
достоверности и повышению
По
состоянию на июль 2010 г. в составе
орбитальной группировки
В ряде МВД, ГУВД, УВД по субъектам
Российской Федерации в
В
целях проведения единой технической
политики МВД России по внедрению
аппаратуры спутниковой навигации
на основе глобальной навигационной
спутниковой системы ГЛОНАСС
в деятельность органов внутренних
дел Российской Федерации, выработке
стратегии и тактики ее применения
приказом МВД России от 31.12.2008 г. № 1197
«Об утверждении и

- Космическая связь
- Космическая утопия Циолковского
- Космическая экология человека и ее перспективы
- Космическая энергетика
- Космическая эра
- Космические войска
- Космические войска и их функции
- Космизм Чижевского
- Космичекие опасности
- Космическая гонка между СССР и США
- Космическая и земная радиация
- Космическая медицина
- Космическая программа Японии
- Космическая роль растений