ITU-R BO 1506 FRENCH-2000 A methodology to evaluate the impact of solar interference on geostationary (GSO) broadcasting-satellite service (BSS) link performance《太阳干扰影响同步广播卫星业务链路性能.pdf

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1、 Rec. UIT-R BO.1506 1 RECOMMANDATION UIT-R BO.1506 Mthodologie permettant dvaluer lincidence du brouillage dorigine solaire sur la qualit de fonctionnement des liaisons gostationnaires (OSG) du service de radiodiffusion par satellite (SRS) (Question UIT-R 220/11) (2000) LAssemble des radiocommunicat

2、ions de lUIT, considrant a) quil est possible doptimiser les liaisons OSG pour des rgions arides en prvoyant de trs petites marges pour les liaisons, ce qui les rend sensibles aux brouillages; b) que le niveau de qualit de fonctionnement de ces liaisons OSG particulirement sensibles aux brouillages

3、sera influenc par des sources dvanouissement ou de dgradation autres que la pluie; c) que les passages du Soleil dans le faisceau principal des antennes de rception sont une des causes de dgradation de la qualit de fonctionnement, laquelle pourrait tre importante pour des liaisons avec de petites ma

4、rges ou de grands diamtres dantenne; d) quon utilise dans certaines mthodologies la qualit de fonctionnement des liaisons OSG pour dterminer les niveaux de brouillage acceptables entre systmes, recommande 1 dutiliser, pour la conception des liaisons OSG du SRS, la mthodologie expose dans lAnnexe 1 d

5、e la prsente Recommandation afin dvaluer le niveau de dgradation de la qualit de fonctionnement de ces liaisons imputable aux passages du Soleil dans le faisceau principal des antennes de rception. NOTE 1 On notera que certains systmes OSG peuvent mettre en oeuvre diverses techniques (diversit de si

6、te ou de satellite) pour diminuer lincidence des passages du Soleil sur leur qualit de fonctionnement. ANNEXE 1 Mthodologie permettant dvaluer lincidence du brouillage dorigine solaire sur la qualit de fonctionnement des liaisons OSG du SRS 1 Mthode gnrale Le passage du Soleil dans le champ dun rcep

7、teur OSG est un phnomne qui peut tre facilement valu car on en connat bien la gomtrie. La mthode propose ci-aprs permet de dcrire toutes les consquences du passage du Soleil sur les bilans de liaisons OSG et ainsi dvaluer correctement la qualit de fonctionnement de certaines liaisons qui nont pas be

8、soin de marges de protection contre les vanouissements dus la pluie. Le passage du Soleil ne se traduit pas par un vanouissement mais par une augmentation de la temprature de bruit du systme qui peut tre importante pour certaines liaisons OSG lorsque les marges sont petites et le niveau de bruit peu

9、 lev. 2 Rec. UIT-R BO.1506 La mthode propose se fonde sur une gomtrie bien dfinie, de la position du Soleil par rapport un emplacement prcis la surface de la Terre: le Soleil est approximativement un disque de 0,53 de diamtre vu depuis un point la surface de la Terre. Lincidence du passage du Soleil

10、 est importante lorsque le disque du Soleil coupe le faisceau principal de lantenne de rception du SRS. Pour la dterminer, on peut utiliser une mthode dtaille ou une mthode simplifie. Dans la mthode dtaille, on fait varier le gain de lantenne sur le disque optique du Soleil conformment au diagramme

11、de gain suppos de lantenne. Dans la mthode simplifie, on suppose que le gain de lantenne est constant sur le disque optique du Soleil et quil correspond au gain en direction du centre du disque du Soleil. La configuration gomtrique est prsente dans la Fig. 1. Le Soleil peut tre assimil une source de

12、 bruit se dplaant sur une trajectoire bien dfinie dans le ciel. Pendant lquinoxe de printemps et lquinoxe dautomne, il se trouve lintersection ou presque du plan de lquateur et de lcliptique. Pendant ces priodes, il est align sur lantenne de rception du SRS et sur le satellite OSG du SRS. Il en rsul

13、te une augmentation de la temprature de bruit de lantenne qui affecte le coefficient de qualit G/T du rcepteur SRS de la liaison, ce qui se traduit par une dgradation du rapport porteuse/bruit (C/N). Selon la marge prvue par temps clair, la dgradation peut aller jusqu une interruption de la liaison

14、pendant une brve priode de temps. 1506-01FIGURE 1Orbite du SoleilOrbite du satellite2 Mthodologie La mthodologie est fonde sur le calcul de la position du Soleil par rapport laxe de vise de lantenne de rception et donc sur lestimation de laugmentation de la temprature de bruit de lantenne imputable

15、au brouillage dorigine solaire. Etape 1: On dfinit lintervalle de temps pendant lequel on effectue les calculs par une date de dbut et une date de fin. On choisit lincrment de temps en fonction des dimensions de lantenne pour lesquelles les calculs sont faits. Etape 2: Pour chaque incrment de temps

16、considr, on dtermine les paramtres orbitaux du Soleil: w = 282,9404 e = 0,016709 M = 356,0470 + 0,98560 T Rec. UIT-R BO.1506 3 o: w : argument du prihlie (degrs) e : excentricit M : anomalie moyenne (degrs) T : temps (jours). Etape 3: On convertit ces paramtres orbitaux en coordonnes quatoriales, re

17、ctangulaires et gocentriques (XSoleil, YSoleil, ZSoleil). Lanomalie dexcentricit E est dfinie par: E = M + e sin(M) (1,0 + e cos(M) alors: X1 = DSoleil(cos(E) e) )sin(1Y12EeDSoleilGf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6= et: V = A tg 2 (Y1, X1) 1Y1X22+=R avec: DSoleil: la distance entre le centre de la Terre et le centr

18、e du Soleil A tg 2() : une fonction qui fait correspondre deux coordonnes x, y langle correct. La longitude du Soleil, lonSoleil, est ensuite dtermine par: lonSoleil = V + w et enfin: XSoleil= R cos(lonSoleil) YSoleil= R sin(lonSoleil) cos(ecl) ZSoleil= R sin(lonSoleil) sin(ecl) o ecl est lobliquit

19、de lcliptique qui peut tre estime avec: ecl = 23,4393 Etape 4: Dterminer les coordonnes quatoriales, rectangulaires et gocentriques (XST, YST, ZST) de la station terrienne (ST) et du satellite OSG (SAT): XST= RTerrecos(latST) cos(lonST+ (TerreT) YST= RTerrecos(latST) sin(lonST+ (TerreT) ZST= RTerres

20、in(latST) 4 Rec. UIT-R BO.1506 o: RTerre: rayon de la Terre (6 378 km) latST, lonST: latitude et la longitude de la station terrienne Terre: vitesse angulaire de la Terre (rad/jour) (2 = 6,2831) T : pas horaire considr (jours). et pour le satellite OSG: XSAT= (RTerre+ H) cos(latSAT) cos(lonSAT+ (Ter

21、reT) = (RTerre+ H) cos(lonSAT+ (TerreT) YSAT= (RTerre+ H) cos(latSAT) sin(lonSAT+ (TerreT) = (RTerre+ H) sin(lonSAT+ (TerreT) ZSAT= (RTerre+ H) sin(latSAT) = 0 avec: latSAT = 0 H : altitude du satellite OSG (35 786 km). Etape 5: On obtient langle entre le Soleil, S, la station terrienne, E, et le sa

22、tellite OSG, G, comme suit: )cos(| = EGESEGES ainsi: ()()()()()()()()()()()()GefGefGefGfeGefGefGefGfdGfcGefGefGefGeeGefGefGefGedGec+=222222ZZYXXZZ+YYXXZZZZYYYYXXXXcosESSATSTSATSTSATESSoleilSTSoleilSTSoleilESSATESSoleilSTSATSTSoleilSTSATSTSoleilYACet angle est langle hors axe du Soleil vu depuis lant

23、enne. Etape 6: On dtermine la valeur du gain de lantenne sur le disque du Soleil: Gf2Gf2Soleil,G d)( o est langle hors axe et est langle dazimut. Rec. UIT-R BO.1506 5 a) Mthode dtaille Le Soleil est modlis par un disque positionn sur une sphre centre sur la station terrienne de rception. La sphre re

24、prsente lespace vu par lantenne utilisant les angles sphriques et . 1506-02zyxP2P1FIGURE 2Disque solaireSphre sur laquellese trouve le Soleil: angle dazimuth: angle hors axe de vise (langle de vise tant dfini par laxe z): angle dlvation entre le centre du Soleil et laxe zaxe z: direction de laxe de

25、vise dune station de rceptionP1: centre du SoleilP2: point quelconque du disque solaireDirection de laxe de vise dune antenne de rceptionLaxe z est dans la direction de pointage de lantenne de rception. On peut utiliser pour les calculs la symtrie axiale de la gomtrie: les points de mme gain forment

26、 des arcs. Ils rsultent de lintersection dun plan perpendiculaire laxe de lantenne z avec une portion de sphre contenant le Soleil. La valeur de lintgrale est ainsi dtermine par adjonction des diffrentes longueurs des arcs de mme gain multipli par la valeur du gain de larc. 6 Rec. UIT-R BO.1506 Si e

27、st le demi-angle de visibilit du Soleil (0,266), il y a deux cas: Cas 1: Si : 1506-03yxR: projection du Soleilcentre sur la direction depointageS: projection dudisque du SoleilFIGURE 3Projection du Soleil sur le plan xy* Dans un souci de simplification, la figure reprsente une projection du disquedu

28、 Soleil qui est circulaire. Dans la ralit, ce disque nest pas circulaire.Le disque R est la projection du Soleil lorsque celui-ci est centr sur laxe z. Dans le cas contraire, on calcule le gain de lantenne de rception dans la direction du Soleil par intgration sur les arcs de mme gain qui ont une de

29、mi-ouverture qui peut varier de 0 . Pour dterminer le gain total dans la direction du disque du SoleilGf2Gf2Soleil,G d)( , on applique la formule suivante lorsque est plus petit que . =Ge5Gf2Gf2+=)()sin(2d)( G,GSoleilo: GfeGfdGfcGeeGedGec=)sin()sin()cos()cos()cos(cosA Rec. UIT-R BO.1506 7 Cas 2: Si

30、: 1506-04yxRSTFIGURE 4Les calculs ci-dessus sont valables pour tous les arcs qui correspondent aux isocourbes infrieures ( ) (cercle T en pointill ci-dessus). Pour des valeurs infrieures de , le calcul du gain sur la portion du disque du Soleil est simplifi par la symtrie axiale z de la gomtrie: =Ge

31、5Gf2Gf2=)()sin(2d),(0GG o G() : gain dantenne isotrope linaire (fonction de langle hors axe ) : incrment angulaire. b) Mthode simplifie Le Soleil ne sous-tend approximativement quun angle de 0,53 (Soleil) vu depuis la Terre; si on suppose que le gain dantenne normalis (Gn) moyenn sur Soleilest gal G

32、nen direction du centre du Soleil (GnSoleil), on peut avoir une approximation de :d)(Gf2Gf2Soleil,G GfaGfbGf9GeaGebGe9Gf7Gf8Gf6Ge7Ge8Ge6 =Gf2Gf22cos12d),(SoleilSoleilnSoleilGG Etape 7: On dtermine la valeur du gain sur la totalit de lespace:Gf2Gf2EspaceG d),( 8 Rec. UIT-R BO.1506 En raison de laxe z

33、 des diagrammes dantenne (voir les Recommandations UIT-R), les calculs sont simples: =Ge5Gf2Gf2=)()sin(2d),(0GGEspaceo: G() : gain dantenne isotrope linaire qui ne dpend que de langle hors axe : incrment angulaire. Etape 8: On dtermine la temprature du Soleil: 75,0000120= fTSoleilo f est la frquence

34、 et est le facteur de polarisation, fix ici 0,5, en raison de la polarisation fixe de lantenne et de la polarisation alatoire du Soleil. Etape 9: On dtermine laugmentation de temprature de lantenne de rception: Gf2Gf2Gf2Gf2Gf2Gf2Gf2Gf2=EspaceSoleilSoleilEspaceSoleilSoleilGGTGGTTd),(d),(d),(d),(Etape

35、 10: On dtermine comme suit la dgradation du rapport C/N du rcepteur: Gf7Gf7Gf8Gf6Ge7Ge7Ge8Ge6 +=00log10)/(TTTNC o T0est la temprature de bruit initiale du systme. 3 Algorithme permettant de tenir compte, dans les bilans de liaison, des passages du Soleil Lorsquon utilise des bilans de liaison dynam

36、iques pour analyser les scnarios de brouillage non OSG/OSG, le brouillage dorigine solaire peut tre pris en compte dans les bilans de liaison avec lalgorithme suivant. Cet algorithme permet de prvoir lincidence du brouillage dorigine solaire sur la qualit de fonctionnement (pourcentage de temps pend

37、ant lequel le niveau du rapport C/N est respect) des liaisons analyses. Il peut galement servir calculer la dure et les occurrences de la dgradation. Rec. UIT-R BO.1506 9 1506-05Donne dentre:Frquence considreDiamtre dantenneLatitude de la station terrienneLongitude de la station terrienneStation du

38、satelliteDate de dbutDate de finIncrment de tempsT = T + incrmentDtermination dela dgradationDtermination delaugmentationde tempratureCalcul du gain sur le disqueoptiqueTSoleil= 120 000 f 0,75Gf2Gf2 G(, ) dT : date de dbutSi T date de finCalcul des paramtres orbitaux du Soleilw, e, MCalcul de XSolei

39、l, YSoleil, ZSoleilCalcul de XSAT, YSAT, ZSATCalcul de langle FIGURE 5FinNonOuiCalcul de XST, YST, ZSTEspace4 Utilisation de la mthodologie pour des antennes de diffrentes dimensions On a utilis la mthode dtaille dcrite dans les paragraphes prcdents pour des antennes de diffrentes dimensions. Dans t

40、ous les cas, la temprature de bruit initiale utilise tait de 155 K, 12,5 GHz et les diagrammes dantenne taient ceux reproduits la Fig. 8 de lAnnexe 5 de lAppendice S30 du RR. 10 Rec. UIT-R BO.1506 Pour une antenne de 3 m: 1506-05a01002003004005006007001 3 5 7 9 111315171921232527290123456781 3 5 7 9

41、 11131517192123252729(Jours)Augmentationdelatempraturedebruitendegrs(K)Dgradation du rapport(C/N)sur laliaison descendante(dB)(Jours)Rec. UIT-R BO.1506 11 Pour une antenne de 1,8 m: 1506-05b01234567050100150200250300350400450500135791131517192123252 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24135791131517192123252

42、 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24(Jours)Augmentationdelatempraturedebruitendegrs(K)Dgradation du rapport(C/N)sur laliaison descendante(dB)(Jours)12 Rec. UIT-R BO.1506 Pour une antenne de 0,6 m: 1506-05c0123135791131517192123252729020406080100120140160135791131517192123252729(Jours)Dgradation du rapport

43、(C/N)sur laliaison descendante(dB)Augmentationdelatempraturedebruitendegrs(K)(Jours)0,51,52,53,5Comme on pouvait sy attendre, les rsultats font apparatre que limportance de la dgradation du rapport C/N est fonction de la taille de lantenne et que la dure des passages du Soleil augmente avec la dimin

44、ution du diamtre de lantenne. 5 Variation pendant un jour Des calculs ont t faits avec la mthode dtaille pour obtenir un profil temporel de la dgradation du rapport (C/N) en fonction de lheure de la journe proximit de lquinoxe. Lincrment de temps a t fix 1 s. Rec. UIT-R BO.1506 13 Pour une antenne d

45、e 3 m: 1506-05d01002003004005006007001 501 1 001 1 501 2 001 2 501 3 001 3 501(s)Augmentationdelatempraturedebruitendegrs(K)Pour une antenne de 0,6 m: 1506-05e2002040608010012014012104196288371 0461 2551 4641 6731 8822 0912 3002 5092 7182 9271603 1363 3453 554(s)Augmentationdelatempraturedebruitende

46、grs(K)6 Comparaison des deux mthodes pour diffrentes dimensions dantenne Les exemples ci-dessous illustrent les rsultats que lon a obtenus en utilisant les deux mthodes dvaluation du brouillage dorigine solaire caus aux liaisons OSG du SRS. Le Tableau 1 donne les valeurs estimatives de laugmentation

47、 de la temprature de bruit de lantenne obtenues avec les deux mthodes. Dans la mthode simplifie, on suppose que le gain de lantenne sur le disque optique du Soleil est constant et correspond au gain en direction du centre du disque du Soleil. Il en rsulte gnralement que la valeur estime de laugmentation maximale de la temprature est suprieure celle obtenue avec la mthode dtaille. Comme le montre la Fig. 6, pour de petites ouvertures dantennes comme celles quon utilise gnralement avec les systmes du SRS