ITU-R SA 1157-1 FRENCH-2006 Protection criteria for deep-space research《深空研究的保护准则》.pdf

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1、 Rec. UIT-R SA.1157-1 1 RECOMMANDATION UIT-R SA.1157-1 Critres de protection pour la recherche dans lespace lointain (1995-2006) Domaine de comptence La prsente Recommandation spcifie les critres de protection ncessaires pour contrler, commander et exploiter avec succs les satellites de recherche da

2、ns lespace lointain habits ou non, cest-dire les satellites effectuant leurs missions dans lespace plus de 2 millions de km de la Terre. LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que la recherche dans lespace lointain laide dengins habits exige, de par son caractre exceptionnel, des r

3、adiocommunications extrmement fiables pour assurer la scurit de la vie humaine; b) que la recherche dans lespace lointain avec des engins aussi bien habits que non habits exige, de par son caractre exceptionnel, des radiocommunications extrmement fiables pour assurer une bonne rception de donnes sci

4、entifiques prcieuses recueillies des moments bien prcis et que souvent il nest pas possible de transmettre deux fois ces donnes; c) quen raison de lextrme sensibilit des stations terriennes de recherche dans lespace lointain, les niveaux de brouillage admissible sont exceptionnellement bas; d) que d

5、es critres de protection ont t calculs comme indiqu dans lAnnexe 1 pour les stations terriennes et pour les stations utilises dans lespace lointain; e) que la sensibilit au brouillage a t calcule comme indiqu dans lAnnexe 2, recommande 1 de fixer pour les stations terriennes de recherche dans lespac

6、e lointain les critres de protection suivants: 222 dB(W/Hz) dans les bandes au voisinage de 2 GHz, 221 dB(W/Hz) dans les bandes au voisinage de 8 GHz, 220 dB(W/Hz) dans les bandes au voisinage de 13 GHz, 217 dB(W/Hz) dans les bandes au voisinage de 32 GHz; 2 de fixer pour les stations bord dengins s

7、patiaux pour la recherche dans lespace lointain les critres de protection suivants: 193 dB(W/20 Hz) dans les bandes au voisinage de 2 GHz, 190 dB(W/20 Hz) dans les bandes au voisinage de 7 GHz, 186 dB(W/20 Hz) dans les bandes au voisinage de 17 GHz, 183 dB(W/20 Hz) dans les bandes au voisinage de 34

8、 GHz; 2 Rec. UIT-R SA.1157-1 3 de se fonder, pour calculer le brouillage qui peut rsulter des variations atmosphriques et des prcipitations, sur les statistiques mtorologiques indiques pour 0,001% du temps (voir le 2.3 de lAnnexe 1). Annexe 1 Critres de protection pour la recherche dans lespace loin

9、tain 1 Introduction La prsente Annexe dfinit les critres de protection pour la recherche dans lespace lointain. Ces critres peuvent tre utiliss dans les calculs de distance de coordination ou pour dautres analyses. Ils sont aussi applicables ltude des possibilits de partage dans le service de recher

10、che spatiale. On y trouve aussi des considrations sur les risques de brouillage au dtriment dautres services et des conclusions quant aux possibilits de partage. Il ny est pas question des futurs satellites relais qui seront utiliss dans le cadre des missions dans lespace lointain. Les critres de pr

11、otection sont fonds sur la sensibilit des rcepteurs gnralement utiliss pour la recherche dans lespace lointain, comme lindique lAnnexe 2. 1.1 Les brouillages et leurs consquences La consquence du brouillage qui dgrade le bon fonctionnement du rcepteur dune station terrienne ou dune station spatiale

12、peut tre une rduction ou une interruption des possibilits de faire voluer et de commander un engin spatial et de la possibilit de recevoir les donnes scientifiques et techniques envoyes par un engin spatial. Le rcepteur contient plusieurs boucles de synchronisation, servant chacune verrouiller et po

13、ursuivre une composante particulire du signal. Si un brouillage est assez intense, une ou plusieurs des boucles cesseront dtre verrouilles sur le signal utile. Un brouillage momentan peut avoir un tel effet et la reprise du verrouillage peut demander plusieurs minutes dans le cas des signaux les plu

14、s faibles. Or, pendant les priodes critiques qui se produisent au cours de la plupart des missions dans lespace lointain, il est essentiel que certaines donnes scientifiques soient mises et reues sans erreur ni interruption. La perte de verrouillage pendant une de ces priodes entrane une perte de do

15、nnes irrparable. Cest pour cette raison que les conditions de protection contre les brouillages doivent tre aussi strictes. Par opposition, les donnes que lon a transmettre dans certains autres services de radiocommunication restent souvent disponibles pour tre retransmises. Pour certains modes de f

16、onctionnement, les largeurs de bande des boucles sont particulirement troites. Cest par exemple le cas de la boucle de poursuite de la porteuse dans le rcepteur dune station terrienne, dont la largeur de bande peut tre de 1 Hz ou encore moins (300 MHz) dans des circonstances particulires. On pourrai

17、t en conclure quil y a peu de chance pour quun signal brouilleur tombe justement dans cette bande, mais il faut se rappeler que la frquence du signal utile subit un effet Doppler par suite de la rotation de la Terre. Par exemple, un signal 8,4 GHz sera dcal de 11 kHz quand il est reu par une station

18、 terrienne situe 35 de latitude. Un signal brouilleur de frquence fixe, situ nimporte o dans la bande dcale par effet Doppler du signal de lengin spatial, balayera la bande de la boucle de poursuite, do un risque de dverrouillage. De plus, il nest pas ncessaire que le brouillage se produise exacteme

19、nt dans la largeur de bande de la boucle pour affecter cette dernire. Ds lors que le brouillage est proche de la bande de la boucle et Rec. UIT-R SA.1157-1 3 quil est suffisamment puissant, une forte dgradation peut se produire. Un brouillage loign de la bande de la boucle peut aussi causer une dgra

20、dation par lintermdiaire dautres mcanismes, comme la saturation dun maser. 1.2 Elaboration des critres de protection Pour assurer le bon fonctionnement de lensemble du systme de rception, chacun des quatre sous-systmes doit tre protg contre les brouillages. Un critre de protection spcifie la puissan

21、ce de brouillage qui entranera une dgradation acceptable maximale de la qualit. La dgradation maximale acceptable pour chacun des sous-systmes est indique dans le Tableau 1. On peut dterminer le brouillage maximal correspondant en utilisant ces valeurs. Dans la suite de cette Annexe, on tablira des

22、critres de protection. A chacun des sous-systmes de rception correspond une dgradation maximale acceptable de la qualit, cause par le brouillage. LAnnexe 2 indique le niveau de brouillage susceptible de causer cette dgradation. Le sous-systme de rception le plus sensible au brouillage dtermine le br

23、ouillage maximal admissible. Cette valeur correspond au critre de protection pour le rcepteur. Tout brouillage dpassant cette valeur est prjudiciable. TABLEAU 1 Dgradation maximale acceptable des sous-systmes de rception Sous-systme de rception Dgradation maximale acceptable Pramplificateur maser Co

24、mpression de gain de 1 dB Poursuite de la porteuse 10 derreur de phase statique ou gigue de phase de crte sur la boucle Tlmesure Rduction quivalente de 1 dB du rapport nergie par symbole/densit spectrale de bruit (E/N0= 1 dB) Tlmtrie Rduction quivalente de 1 dB du rapport nergie par symbole/densit s

25、pectrale de bruit (E/N0= 1 dB) 2 Critres de protection pour les stations terriennes de recherche dans lespace lointain Il existe quatre sous-ensembles sensibles aux brouillages: le pramplificateur maser, la boucle de poursuite de la porteuse, le sous-systme de tlmesure et le sous-systme de tlmtrie.

26、2.1 Dgradation maximale admissible de la qualit Le gain dun amplificateur maser est rduit en fonction de la puissance dentre de signaux ou de brouillages trs intenses. Cette compression de gain aboutit un fonctionnement non linaire. Un brouillage intense peut donc produire des effets non linaires su

27、r le signal utile, y compris la gnration de signaux parasits. On considre que la compression de gain maximale acceptable est de 1 dB. Lutilisation de la compression de gain en tant que mesure des effets non linaires est pratique courante. La rponse de la boucle de poursuite de la porteuse un brouill

28、age est une augmentation de lerreur et de la gigue de phase. (Un brouillage suffisamment fort peut causer une perte de verrouillage.) On considre que la dgradation maximale acceptable est une augmentation de 10 de lerreur de phase statique ou une augmentation de 10 de la crte de la gigue de phase. 4

29、 Rec. UIT-R SA.1157-1 La dgradation du taux derreur binaire de tlmesure et de la prcision de tlmtrie la suite dun brouillage peut tre exprime en termes de rduction correspondante du rapport signal/bruit. La dgradation maximale acceptable pour les sous-systmes de tlmesure et de tlmtrie correspond une

30、 rduction de 1 dB du rapport nergie par symbole/densit spectrale de bruit. Le brouillage maximal admissible pour chaque sous-ensemble du rcepteur est calcul en fonction de la dgradation admissible maximale correspondante. Le critre de protection pour lensemble du rcepteur est le brouillage maximal a

31、dmissible pour le sous-ensemble le plus vulnrable. Le Tableau 1 indique la dgradation maximale acceptable de la qualit pour chacun des quatre sous-systmes de rception. 2.2 Niveaux de brouillage correspondant la dgradation maximale admissible de la qualit 2.2.1 Pramplificateur maser Le Tableau 2 mont

32、re la puissance de brouillage qui produit une compression de gain de 1 dB dans le pramplificateur maser. Lorigine des donnes se trouve lAnnexe 2. TABLEAU 2 Puissance de brouillage maximale admissible pour une compression de gain de 1 dB dans le pramplificateur maser 8,4 GHz Type de brouillage Origin

33、e des donnes Brouillage pour une compression de gain de 1 dB Onde entretenue Fig. 2 114 dBW Bruit (largeur de bande 40 MHz) Fig. 2 190 dB(W/Hz) 2.2.2 Sous-ensembles poursuite de la porteuse, tlmesure et tlmtrie 2.2.2.1 Rapports de brouillage pour la poursuite de la porteuse, la tlmesure et la tlmtri

34、e Le Tableau 3 montre le rapport brouillage/porteuse (I/C) le rapport brouillage/signal (I/S) ou le rapport brouillage/bruit (I/N) qui correspondent la dgradation admissible des sous-ensembles poursuite de la porteuse, tlmesure et tlmtrie. Ces rapports sont obtenus ainsi: Pour le brouillage par sign

35、aux ondes entretenues, le rapport de brouillage admissible pour chaque sous-ensemble se dduit directement des courbes figurant lAnnexe 2. Pour le brouillage caractre de bruit caus au circuit de poursuite de la porteuse, la Fig. 8 montre quune rduction de 10 dB (point type dexploitation minimal) 5,5

36、dB de la marge de la porteuse se traduit par 10 supplmentaires de gigue de phase. Le rapport I/N correspondant est donn par la relation: I0/N0= 10 log (10(CM0/10)/10(CMi/10)1) dB : I0/N0: rapport densit spectrale de bruit de brouillage/densit spectrale de bruit du rcepteur CM0 : marge (dB) de la por

37、teuse sans brouillage CMi : marge (dB) de la porteuse avec brouillage Rec. UIT-R SA.1157-1 5 et la marge de la porteuse est le rapport puissance de la porteuse/puissance du bruit dans la boucle de poursuite de la porteuse. Pour le brouillage caractre de bruit caus aux sous-ensembles de tlmesure et d

38、e tlmtrie, le rapport I/N est donn par la formule: I0 /N0= 10 log (10(E/N0) / 10 1) dB o: I0/N0 : rapport densit spectrale de bruit de brouillage/densit spectrale de bruit du rcepteur E/N0 : critre donn au Tableau 1 et qui est la rduction du rapport nergie par symbole/densit spectrale de bruit ou du

39、 rapport signal/bruit. TABLEAU 3 Rapport I/C, I/S ou I/N maximal admissible pour les brouillages par onde entretenue ou caractre de bruit Sous-ensemble (critre) Type de brouillage Origine des donnes Rapport de brouillage maximal Poursuite de la porteuse Onde entretenue Fig. 3 I/C = 15 dB (10 de plus

40、 de crte de gigue de phase) Bruit Fig. 8 et calcul I0/N0= +2,6 dB Tlmesure (Rduction de 1 dB du rapport E/N0due au brouillage dans le circuit de poursuite de la porteuse) Onde entretenue Fig. 5 I/C = 1,5 dB Tlmesure Onde entretenue Fig. 4 I/S = 11 dB (Rduction de 1 dB du rapport E/N0 due au brouilla

41、ge dans la largeur de bande de dtection de tlmesure) Bruit Calcul I0/N0= 5,9 dB Tlmtrie (Rduction de 1 dB du rapport E/N0due au brouillage dans le circuit de poursuite de la porteuse) Onde entretenue Fig. 6 I/C = 5 dB Tlmtrie Onde entretenue Fig. 7 I/S = 7,1 dB (Rduction de 1 dB du rapport E/N0due a

42、u brouillage dans la largeur de bande de lvaluateur de distance) Bruit Calcul I0/N0= 5,9 dB 2.2.2.2 Brouillage maximal admissible pour la poursuite de la porteuse pour la tlmesure et pour la tlmtrie Sagissant du brouillage par ondes entretenues, le brouillage maximal admissible dpend du rapport I/C

43、(I/S) et du niveau minimal (du signal) de la porteuse dtermin par le point de fonctionnement nominal du rcepteur. Dans lhypothse o les signaux de la porteuse, de tlmesure et de tlmtrie ont une puissance identique, le Tableau 3 montre que le brouillage maximal admissible par ondes entretenues est con

44、ditionn par la boucle de poursuite de la porteuse, parce quelle exige le plus faible I/C. 6 Rec. UIT-R SA.1157-1 Pour la poursuite de la porteuse, le rapport minimal porteuse/bruit est de 10 dB. La puissance admissible correspondante du brouillage caractre de bruit est donne par la formule: Pi= N0+

45、10 log B + 10 + I/C o: Pi : puissance de brouillage maximale admissible pour la poursuite de la porteuse (dBW) N0 : densit spectrale du bruit du rcepteur, donne au Tableau 4 (dB(W/Hz) B : largeur de bande de la boucle de poursuite de la porteuse (suppose tre 1 Hz) I/C : rapport brouillage/porteuse d

46、onn au Tableau 3 (dB). Les rsultats de ces calculs sont rsums dans le Tableau 4. TABLEAU 4 Puissance de brouillage maximale admissible pour les rcepteurs de stations terriennes Bande (GHz) Densit spectrale de bruit du rcepteur (dB(W/Hz) Puissance maximale paronde entretenue (dBW) Densit spectrale de

47、 puissance maximale pour le brouillage caractre de bruit (dB(W/Hz) 2,29-2,30 8,40-8,45 12,75-13,25 31,8-32,3 216,6 215,0 214,6 211,4 221,6 220,0 219,6 216,4 222,5 220,9 220,5 217,3 2.3 Critres de protection pour les rcepteurs des stations terriennes de recherche dans lespace lointain Le Tableau 5 in

48、dique le brouillage maximal qui nentrane pas de dgradation suprieure la dgradation admissible de la qualit de fonctionnement des rcepteurs de station terrienne. Ces valeurs sont les critres de protection pour les rcepteurs de station terrienne de recherche dans lespace lointain; tout brouillage dpassant ces valeurs est prjudiciable. Ce Tableau montre a