ITU-R SA 1627 FRENCH-2003 Telecommunication requirements and characteristics of EESS and MetSat service systems for data collection and platform location《数据搜集和平台定位的卫星地球探测业务(EESS)和气.pdf

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1、 Rec. UIT-R SA.1627 1 RECOMMANDATION UIT-R SA.1627 Besoins de tlcommunication et caractristiques des systmes de collecte de donnes et de localisation de plates-formes utiliss par les services SETS et MetSat (Question UIT-R 142/7) (2003) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que le

2、s systmes de collecte de donnes (SCD) satellites et de localisation de plates-formes utiliss par les services dexploration de la Terre par satellite (SETS) et de mtorologie par satellite (service MetSat) ont des besoins de tlcommunication particuliers; b) que le statut de lattribution au SETS dans l

3、a bande 401-403 MHz, a t relev au statut primaire la CMR-97; c) que les informations concernant les caractristiques des SCD actuels et futurs sont utiles pour mener bien les tudes fondes sur les Recommandations UIT-R SA.1162, UIT-R SA.1163 et UIT-R SA.1164, recommande 1 que les spcifications et les

4、caractristiques dcrites dans lAnnexe 1 soient prises en considration dans la planification des SCD satellites et de localisation de plates-formes utiliss par le SETS et le service MetSat. Annexe 1 Besoins de tlcommunication et caractristiques des SCD et de localisation de plates-formes utiliss par l

5、e SETS et le service MetSat 1 Principe et applications La prsente Recommandation sapplique aux systmes de collecte de donnes et de localisation de plates-formes utiliss par le SETS et le service MetSat. Le but dun SCD par satellite est de mettre un rseau de tlcommunication la disposition dutilisateu

6、rs ayant besoin dinformations de diverses sources, qui peuvent se situer nimporte o dans le monde, y compris les ocans, les dserts ou dautres rgions difficiles daccs. Le concept dun SCD par satellite est le suivant: des plates-formes automatiques, autonomes installes au sol ou montes sur un support

7、(bateau, aronef, arostat, boue fixe ou drivante, vhicule terrestre) sont utilises pour la transmission de paramtres mtorologiques (pression, temprature, humidit, etc.) ou gophysiques (alertes aux tsunamis, donnes sismiques, ocanographiques et godsiques, etc.). Elles doivent tre autant que possible l

8、gres et compactes, consommer peu dnergie et tre bon march; 2 Rec. UIT-R SA.1627 linformation compile et transmise par les plates-formes est reue bord dun satellite et retransmise par lintermdiaire dune ou de plusieurs stations terriennes dacquisition de donnes vers un centre de gestion du systme; un

9、e fois centralise, linformation est envoye aux utilisateurs par des moyens de tlcommunication classiques; on peut aussi prvoir, si besoin est, dacheminer des informations du centre de gestion aux plates-formes, par lintermdiaire du mme systme. Un systme de ce type diffre des systmes de tlcommunicati

10、on classiques en ce sens quil ne peut tre envisag sans utiliser des satellites et quil cible une catgorie particulire de clients dont les besoins ne peuvent tre satisfaits par dautres moyens. En gnral, il privilgie une direction de transmission, et sert essentiellement centraliser linformation, mais

11、 il peut tre second par une installation destine la transmission dinformations aux plates-formes de collecte. Enfin, ressource trs importante pour de nombreux utilisateurs, la fonction de collecte de donnes doit pouvoir tre facilement couple un systme de localisation charg de dterminer les coordonne

12、s des plates-formes de transmission. Un SCD a plusieurs champs dapplication: mtorologie, ressources terrestres, hydrographie, observation sismique, vulcanologie, godsie et godynamique, boues ocanographiques fixes ou drivantes, recherche ptrolire, poursuite danimaux sauvages, etc. 2 Conception dun sy

13、stme satellites On peut utiliser deux types dorbites: lorbite des satellites gostationnaires (OSG) ou lorbite terrestre basse (LEO, low-Earth orbits). 2.1 Systmes satellites LEO Les satellites LEO sont gnralement placs sur des orbites circulaires des altitudes comprises entre 600 et 1 800 km, avec u

14、ne priode de rvolution dapproximativement 2 h. Toute la Terre, y compris les ples, peut tre illumine par un seul satellite, mais le nombre de passages est relativement faible (de 3 4 environ par jour au-dessus de lquateur); on peut laugmenter en utilisant plusieurs satellites: par exemple, une douza

15、ine de passages par jour au-dessus de lquateur peuvent tre obtenus avec trois satellites. Les passages sont beaucoup plus frquents proximit des ples. Un seul satellite sur orbite quatoriale pourrait couvrir la rgion tropicale de la Terre en raison dune douzaine de passages par jour. Une constellatio

16、n de satellites avec une faible inclinaison pourrait tendre considrablement la zone couverte de la Terre et complter le systme polaire. Les plates-formes des systmes satellites LEO sont gnralement simples, leur bilan radiolectrique tant meilleur que celui des satellites OSG. La fonction de localisat

17、ion est plus facile raliser grce leffet Doppler-Fizeau. Cependant, ils disposent dune zone limite de couverture instantane; le demi-angle gocentrique type de leur champ de vision est de lordre de 30 et la visibilit mutuelle entre le satellite et une balise donne ne dure gnralement que de 10 15 min.

18、Par ailleurs, il est ncessaire denregistrer des informations bord du satellite si lon veut raliser une couverture mondiale. Un exemple type de systme satellites LEO est celui de lAdministration nationale des ocans et de latmosphre (NOAA, National Oceanographic and Atmospheric Administration) des Eta

19、ts-Unis dAmrique qui utilise deux satellites mtorologiques sur des orbites hliosynchrones. Les plans des deux orbites circulaires sont orthogonaux, linclinaison denviron 98, les altitudes de 830 Rec. UIT-R SA.1627 3 et 870 km et la priode orbitale denviron 102 min. Le SCD brsilien, qui utilise des s

20、atellites en orbite de faible inclinaison (25) placs une altitude de 750 km et qui complte le systme satellites de la NOAA, est un autre exemple de systmes satellites LEO. Les satellites de la srie METOP dEUMETSAT, dont le premier devrait tre lanc en 2003, sont aussi un exemple de systmes satellites

21、 LEO. Ces satellites hliosynchrones sont placs une altitude de 820 km. 2.2 Systmes satellites OSG La zone de couverture gomtrique dun satellite gostationnaire est une calotte sphrique dun demi-angle gocentrique dapproximativement 81. Le satellite OSG permet dobtenir une visibilit permanente sur une

22、vaste zone, de la taille quasiment dun hmisphre. Linformation est transmise en continu et parvient trs rapidement lutilisateur. Toutefois, quatre satellites au moins sont ncessaires pour obtenir une couverture mondiale, lexclusion des rgions polaires. Les plates-formes doivent tre quipes dantennes d

23、irectives et/ou dmetteurs de plus forte puissance que ceux utiliss pour des LEO. Enfin, la fonction de localisation est difficile raliser. Lorsquon veut obtenir une transmission instantane, quelle soit permanente ou des moments dtermins, il est indispensable de recourir un systme satellites OSG. Eta

24、nt donn que de nombreuses plates-formes sont visibles depuis un satellite OSG, les transmissions des plates-formes de collecte de donnes (PCD) doivent occuper au maximum plusieurs centaines de canaux dans la bande 401-403 MHz, le nombre exact de canaux dpendant du systme considr. 3 Localisation de p

25、lates-formes Des plates-formes mobiles (arostats, boues drivantes, animaux sauvages, etc.) sont utilises pour de trs nombreuses applications et leurs dplacements, imprvisibles, doivent tre suivis si lon veut mener bien la mission (dtermination du vent, tude des courants marins, tude des migrations,

26、etc.). Dans pareils cas, les fonctions de localisation et de collecte de donnes sont ralises simultanment. On peut mesurer soit la distance, soit la vitesse radiale (effet Doppler), soit les deux la fois. On ralise un certain nombre de mesures que lon traite de manire localiser la plate-forme dmissi

27、on avec une prcision variant de quelques mtres quelques kilomtres. La mthode Doppler de localisation nest pas applicable aux satellites OSG. La localisation depuis des satellites OSG peut tre thoriquement ralise par interfromtrie partir dun seul satellite ou par mesure de distance dans la zone de re

28、couvrement de deux satellites. 4 Modes de fonctionnement des plates-formes 4.1 Plates-formes interroges 4.1.1 Plates-formes interroges dans les systmes satellite OSG Chaque plate-forme est pourvue dun metteur et dun rcepteur. Le centre de gestion du systme transmet au satellite un programme de trava

29、il contenant les adresses des plates-formes interroger et lheure laquelle cette opration doit tre ralise. Les plates-formes ne peuvent mettre que si elles sont interroges. Cependant, elles peuvent tre conues de telle sorte quelles peuvent demander tre interroges, comme par exemple les systmes dalert

30、e gophysiques. Ce mode de 4 Rec. UIT-R SA.1627 fonctionnement est trs fiable et il ny a aucun risque de brouillage mutuel; la plate-forme doit toutefois tre quipe dun rcepteur ce qui en augmente le cot. 4.1.2 Plates-formes interroges dans les systmes satellites LEO Une liaison de service est actuell

31、ement installe dans des systmes satellites LEO afin quune communication soit possible des centres de gestion vers les PCD. Il sagit dune liaison de service polyvalente qui peut simplement tre utilise pour activer ou dsactiver les principaux composants consommateurs de puissance dune PCD, ou avoir un

32、e action plus complique consistant par exemple reconfigurer les capteurs de la PCD. Elle peut aussi servir augmenter le dbit de collecte des donnes en accusant rception des messages correctement reus et en vitant ainsi une rptition inutile. Cette nouvelle liaison est actuellement mise en place sur l

33、e satellite ADEOS-II, et devra tre installe sur les satellites des sries METOP et NPOESS. 4.2 Plates-formes fonctionnant selon un mode daccs alatoire Dans les SCD OSG, des plates-formes accs alatoire sont utilises pour la transmission de messages dalerte. Normalement, la plate-forme nenvoie de messa

34、ge que lorsquun seuil fixe li au phnomne mesur est atteint ou dpass. Par exemple, une plate-forme contrlant lactivit sismique nenvoie de signal que lorsque lactivit sismique est suprieure la normale. Dans la pratique, on rserve des canaux spars dans la bande attribue aux plates-formes accs alatoire

35、de manire rduire la probabilit de brouillage avec les autres types de plate-forme. Dans les SCD LEO, chaque plate-forme rpte son message sparment et des intervalles donns. Des brouillages peuvent donc se produire entre des plates-formes se trouvant en visibilit directe du satellite au mme moment. En

36、 consquence, le satellite ne peut travailler quavec un nombre limit de ces plates-formes en visibilit au mme moment. 4.3 Plates-formes autoprogrammes Les SCD OSG utilisent principalement des plates-formes autoprogrammes. Chaque plate-forme transmet automatiquement ses messages dans des dlais prdterm

37、ins. Les intervalles de transmission sont dtermins par une horloge interne la plate-forme. Chaque plate-forme est identifie par son adresse et la frquence (correspondant au canal assign) laquelle elle transmet son message. Dans la pratique, les exploitants des satellites grent lassignation des crnea

38、ux temporels et les canaux dmission des plates-formes. 5 Caractristiques types de lmetteur dune plate-forme 5.1 Plates-formes des systmes LEO Les caractristiques types de plates-formes LEO de collecte de donnes et de localisation indiques ci-aprs sont celles des SCD ARGOS, brsilien et MOS. Chaque pl

39、ate-forme met de faon sporadique. Chaque mission se compose de deux parties successives: une porteuse pure est transmise pendant la premire alors que dans la seconde le signal est modul par le message transmettre. Les trois types de SCD ARGOS: MDP/MP, MDP-4 mixte et modulation dplacement minimal fil

40、tre gaussien (MDMG) sont prsentes ci-dessous. Les plates-formes MDP/MP sont aussi utilises par les SCD brsiliens et les SCD MOS. Outre ces trois types de plates-formes, chaque plate-forme ARGOS peut tre quipe dun rcepteur de liaison descendante. Rec. UIT-R SA.1627 5 5.1.1 Plates-formes MDP/MP Partie

41、 non module: dure de lordre de 160 ms. Partie module: elle comprend 48 bits de service suivis des donnes provenant des capteurs. Selon le nombre de capteurs, la dure totale de la partie module varie de 200 760 ms. Priode de rptition: plates-formes localiser: choisie entre 60 et 100 s; plates-formes

42、utiliser seulement pour la collecte de donnes: choisie au-dessus de 200 s. Codage des donnes: codage biphase, un dbit binaire de 400 bit/s. Porteuse et modulateur: plates-formes MOS actuelles = 401,50 MHz; plates-formes ARGOS = 401,65 MHz 30 kHz; plates-formes SCD brsiliens = 401,635 MHz 30 kHz; mod

43、ulation: MDP/MP avec un indice de modulation de 1,1 0,1 rad. Puissance mise: moins de ou proche de 3 W. Stabilit de frquence (de manire obtenir une prcision de localisation infrieure 1 km): la drive moyen terme (15 min) ne doit pas dpasser 0,5 109/min; stabilit court terme (100 ms): 1 109. La prcisi

44、on de localisation est fonction dans une certaine mesure de la stabilit de loscillateur de la plate-forme; cette spcification peut varier selon lobjectif recherch. 5.1.2 Plates-formes MDP-4 mixte Partie non module: dure de lordre de 80 ms. Partie module: elle comprend 48 bits de service suivis des d

45、onnes provenant des capteurs. Selon le nombre de capteurs, la dure totale de la partie module varie de 200 760 ms. Priode de rptition: plates-formes localiser: choisie entre 60 et 100 s; plates-formes utiliser uniquement pour la collecte de donnes: choisie au-dessus de 200 s. Codage de canal: le tra

46、in de bits dentre, qui a un dbit binaire de 400 bit/s, est cod par convolution laide dun code (7, 1/2); modulateur; modulation: MDP-4. 6 Rec. UIT-R SA.1627 Codage des donnes: le train de bits codage de canal a un dbit binaire de 800 bit/s. Etant donn que la modulation MDP-4 sexprime en termes de I e

47、t Q, le train de bits est scind en deux axes I et Q. Sur laxe I, les symboles sont cods sans retour zro (NRZ), et sur laxe Q, ils sont cods biphase. Porteuse: plates-formes ARGOS: 401,65 MHz 30 kHz. Puissance mise: moins de ou proche de 3W. Stabilit de frquence (de manire obtenir une prcision de localisation infrieure 1 km): la drive moyen terme (15 min) ne doit pas dpasser 0,5 109/min; stabilit court terme (100 ms): 1 109. La prcision de loca