ITU-R SA 364-5 FRENCH-1992 PREFERRED FREQUENCIES AND BANDWIDTHS FOR MANNED AND UNMANNED NEAR-EARTH RESEARCH SATELLITES《有人驾驶和无人驾驶的近地研究卫星的首选频率和带宽 第2E部分 空间研究》.pdf

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1、 Rec. UIT-R SA.364-5 1 RECOMMANDATION UIT-R SA.364-5*FRQUENCES ET LARGEURS DE BANDES PRFRES POUR LES SATELLITES HABITS OU NON DU SERVICE DE RECHERCHE SPATIALE, PROCHES DE LA TERRE (Question 132/7) (1963-1966-1970-1978-1986-1992) Rec. UIT-R SA.364-5 Le CCIR, considrant a) que les frquences de fonctio

2、nnement appropries et les largeurs de bande de frquences radiolectriques requises pour les missions de la recherche spatiale au voisinage de la Terre sont dtermines par les facteurs de propagation et les considrations techniques; b) que des radiocommunications dans les deux sens doivent tre assures

3、pour de nombreuses missions proximit de la Terre et sont dune importance vitale dans les missions faisant appel des engins spatiaux habits; c) que les caractristiques de fiabilit des tlcommunications doivent tre respectes lorsque les conditions atmosphriques sont dfavorables; d) quil est pratique et

4、 souhaitable dutiliser une seule liaison pour les fonctions de tlcommunications; e) que, pour la prcision de la poursuite, il est ncessaire dutiliser une paire de frquences Terre-espace et espace-Terre en relation cohrente; f) que, pour les oprations simultanes dmission-rception avec une seule anten

5、ne, les frquences Terre-espace et espace-Terre appropries doivent tre espaces dau moins 7%; g) quil est ncessaire de recourir aux systmes de tlcommunications par satellite avec relais espace-espace et Terre-espace pour rpondre la croissance et lvolution des recherches au voisinage de la Terre du ser

6、vice de recherche spatiale; h) quil faudra peut-tre utiliser des techniques particulires de modulation et de codage des voies pour certaines liaisons, afin de ne pas dpasser les limites de puissance surfacique ou de se prmunir contre les effets dus aux trajets multiples ou aux brouillages, recommand

7、e 1. que, compte dment tenu de lobjet de la liaison et de la faisabilit du partage, les bandes de frquences utilisables par les missions au voisinage de la Terre du service de recherche spatiale soient situes dans les gammes de frquences prfres indiques au Tableau 1; 2. que la largeur des bandes att

8、ribues correspondant des frquences prfres rponde aux diffrents besoins de largeur de bande numrs au Tableau 2 pour permettre dassurer les tlcommunications actuelles et futures au voisinage de la Terre avec plusieurs engins spatiaux et dans le cadre de missions multiples, au sein du service de recher

9、che spatiale. _ *Cette Recommandation doit tre porte lattention des Commissions dtudes 1, 4, 7, 8, 9, 10 et 11. 2 Rec. UIT-R SA.364-5 ANNEXE 1*Mthode de slection des bandes de frquences prfres pour les missions destination et en provenance dengins spatiaux habits ou non du service de recherche spati

10、ale au voisinage de la Terre 1. Historique Effets de propagation La prsente Annexe traite de la mthode de slection des frquences prfres pour les missions au voisinage de la Terre. Cette mthode repose sur les facteurs de propagation et les considrations techniques propres aux frquences comprises entr

11、e 100 MHz et 350 GHz. La qualit de la liaison dpend, de faon cruciale des conditions de propagation qui sont elles-mmes dtermines avant tout par les gaz atmosphriques et les prcipitations. Les paramtres caractrisant ces effets sont issus des documents de la Commission dtudes 5. On a calcul les valeu

12、rs types de laffaiblissement et du bruit de ciel par ciel clair et pour des intensits de pluie de 20, 50, 100 et 140 mm/h avec des angles de site de 5 et 20. Les effets ionosphriques sont le rsultat de linteraction entre londe radiolectrique mise, la densit dlectrons libres autour de la Terre (qui v

13、arie en fonction de la latitude gomagntique, du cycle journalier, du cycle annuel et du cycle solaire, etc.) et le champ magntique terrestre. Au-dessus de 10 GHz, les effets ionosphriques sont gnralement faibles et considrs comme ngligeables. En labsence de prcipitation, les effets troposphriques ne

14、ngendreront pas vraisemblablement des vanouissements profonds dans les systmes de tlcommunications spatiales fonctionnant des frquences infrieures 10 GHz environ. Laffaiblissement des signaux imputable labsorption par loxygne molculaire et la vapeur deau et labsorption et la diffusion par la pluie p

15、eut avoir une influence trs dfavorable sur la qualit de transmission de la liaison et, par voie de consquence, sur le choix des frquences. 2. Considrations dordre technique et relatives lexploitation Les considrations dordre technique peuvent se diviser en deux catgories: exigences relatives aux mis

16、sions et facteurs lis aux quipements. 2.1 Exigences pour le soutien aux missions 2.1.1 Tlcommande et tlmesure de maintenance Lexigence fondamentale de toute mission est sa scurit et son succs. Pour satisfaire cette exigence, la liaison de tlcommande et de tlmesure de maintenance doit fonctionner que

17、lle que soit lorientation de lengin spatial. Ce rsultat ne peut tre obtenu quavec une antenne de satellite large faisceau, du type quidirectif; il faut donc envisager lutilisation dune telle antenne lorsquon choisit les frquences. Des largeurs de bande de tlcommande de 10 50 kHz suffisent pour la pl

18、upart des missions, mais des engins spatiaux plus perfectionns peuvent exiger des largeurs de bande de lordre de 500 kHz ou davantage. Pour les liaisons de tlmesure de maintenance, les largeurs de bande schelonnent entre plusieurs kHz et plusieurs centaines de kHz. 2.1.2 Tlmesure de mission Dans de

19、nombreuses missions, les donnes de tlmesure sont recueillies et mises en mmoire en vue dune retransmission ultrieure vers la Terre. Pour certaines de ces missions, il risque de ny avoir quune seule occasion de retransmettre les donnes enregistres; ces missions doivent donc tre oprationnelles quelles

20、 que soient les conditions mtorologiques. Dans le cas des missions qui ne sont pas soumises ces contraintes, on peut choisir une frquence propre maximiser le dbit des donnes par atmosphre claire. Les largeurs de bande des liaisons dpendent du degr de complexit de lengin spatial. Pour les liaisons di

21、rectes engin spatial vers station terrienne, on peut prvoir des largeurs de bande de 100 kHz 100 MHz. Pour les satellites relais, les largeurs de bande des liaisons espace-Terre sont comprises actuellement entre 225 MHz et 650 MHz; on prvoit cependant quelles devront passer des valeurs suprieures 1

22、GHz pour rpondre aux besoins futurs. _ *Note du Directeur du CCIR Cette Annexe est une version abrge du Rapport 984 (Dsseldorf, 1990). Rec. UIT-R SA.364-5 3 A lheure actuelle, les largeurs de bande des liaisons espace-espace sont comprise entre 5 et 225 MHz pour les communications dun satellite util

23、isateur direct vers un satellite relais. Elles seront beaucoup plus grandes, suprieures par exemple 1 GHz, pour les communications intersatellites relais. 2.1.3 Poursuite Le service de recherche spatiale au voisinage de la Terre fait intervenir plusieurs mthodes pour obtenir des informations sur lor

24、bite des engins spatiaux. Dans les oprations de poursuite du type interfromtrique, la prise en compte dun certain nombre de facteurs (antenne quidirective de bonne qualit sur le satellite, rendement de lmetteur et ouverture du faisceau dantenne de la station terrienne) conduit gnralement accorder la

25、 prfrence une frquence infrieure 1 GHz. Pour les frquences suprieures 5 GHz, on a construit des interfromtres plus complexes antennes mobiles, mais leur application est gnralement limite aux frquences suprieures 6 GHz, en raison de laffaiblissement atmosphrique et du bruit. Les valeurs types de la l

26、argeur de bande sont comprises entre plusieurs centaines de Hz et plusieurs kHz. Les systmes appliquant la mesure des distances et la mesure de la vitesse de variation des distances doivent subir un minimum de perturbations par les effets ionosphriques et transatmosphriques; ces systmes fonctionnent

27、 dans la gamme de frquences de 1 8 GHz pour la poursuite de prcision. Le facteur le plus important dont dpend la largeur de bande maximale ncessaire par voie unidirectionnelle est la valeur requise du pouvoir de rsolution en distance. On peut obtenir des pouvoirs de rsolution de quelques mtres en ap

28、pliquant une modulation approprie avec des largeurs de bande de lordre de 1 3 MHz. On a aussi recours la poursuite par radar; signaler cependant que laffaiblissement atmosphrique a gnralement pour effet de limiter lutilisation des frquences des valeurs suprieures 6 GHz environ pour la poursuite par

29、radar primaire. Pour beaucoup de ces systmes, on peut, en gnral, se contenter dune largeur de bande comprise entre 1 et 10 MHz. On utilise la mesure de distance par bilatration pour obtenir des renseignements prcis sur la position dun satellite relais, afin de pouvoir tenir compte de son mouvement q

30、uand on dterminera les paramtres orbitaux du satellite utilisateur. Les liaisons types doivent fonctionner quelles que soient les conditions mtorologiques et avoir des largeurs de bande de lordre de 5 6 MHz. 2.2. Facteurs lis aux quipements Ces facteurs, qui ont une influence sur la qualit de foncti

31、onnement des liaisons et dont les caractristiques dpendent jusqu un certain point de la frquence, sont la puissance dmission, le gain dantenne (pour une antenne de diamtre dtermin) et la temprature de bruit des rcepteurs. Le gain dantenne est une fonction du carr de la frquence, tandis que la puissa

32、nce dmission et le bruit du rcepteur nont quune relation indirecte avec la frquence de fonctionnement. On considre, par consquent, que leur comportement est uniforme dans une large gamme de frquences. Il faut aussi prendre en considration lexistence dquipements et de systmes spatiaux existants et pr

33、ouvs lorsquon fait le choix de bandes de frquences, afin dassurer la stabilit de lexploitation. En raison des limitations imposes dans la pratique aux diplexeurs, les paires de bandes de frquences Terre-espace et espace-Terre devraient prsenter une sparation dau moins 7% pour permettre lmission et l

34、a rception simultanes sur une mme antenne. 3. Qualit de fonctionnement des liaisons Dans la prsente Annexe, on a considr linfluence de la propagation sur lintensit du signal et le bruit du systme, dans une quation de base de la liaison; on a aussi tabli, comme critre de slection des frquences, un in

35、dice de qualit de fonctionnement dune liaison, dfini comme le rapport de la puissance du signal reu la densit spectrale du bruit (Pr/ N0). Les analyses de liaison qui suivent sont faites sur la base dune antenne de station terrienne de diamtre fixe et concernent une antenne de station spatiale de di

36、amtre fixe ou ouverture de faisceau fixe. Par ailleurs, on a considr une antenne de station spatiale de diamtre fixe pour tenir compte des cas o lon utilise une grande antenne sur lengin spatial, sans restrictions de pointage. Quant lantenne ouverture de faisceau fixe, elle a t considre pour tenir c

37、ompte des situations dans lesquelles la prcision de pointage dtermine louverture de faisceau minimale, ou dans lesquelles une antenne doit assurer une vaste couverture pour permettre des communications quelle que soit lorientation de lengin spatial: cest le cas, par exemple, dune liaison de tlmesure

38、 ou de tlcommande de secours. 4 Rec. UIT-R SA.364-5 Dans les analyses, on considre les effets des prcipitations seulement pour les frquences infrieures environ 22 GHz. Les effets de prcipitations au-dessus de 22 GHz ne sont pas pris en considration car, mme avec de faibles intensits de pluie, ils pe

39、uvent fortement dgrader les communications sur les liaisons transatmosphriques. Cest la raison pour laquelle, on se fonde, par hypothse, sur la seule utilisation par atmosphre claire au-dessus de 22 GHz. Les rsultats sappliquent un angle de site de 5 qui correspond au cas le plus dfavorable. On obti

40、ent le dbit de donnes maximal en utilisant les bandes de frquences dans lesquelles Pr/ N0est maximal compte tenu des conditions mtorologiques et des limitations propres aux antennes des stations spatiales. Les bandes de frquences prfres sont indiques sous forme concise dans le Tableau 1. Elles sont

41、dduites des courbes normalises Pr/ N0donnes dans la prsente Recommandation. On a dtermin la largeur gnrale des bandes en notant les frquences qui correspondent des niveaux situs 1 dB en dessous environ des crtes des courbes. On a pris pour hypothse une forte intensit de pluie pour dterminer la large

42、ur des bandes de frquences tout temps indiques dans le Tableau 1 afin que les rsultats puissent sappliquer dans le monde entier. Les bandes extrieures cette gamme de frquences pourraient convenir dans des zones o les intensits de pluie sont plus faibles. 3.1 Calcul de la qualit de la liaison en fonc

43、tion de la frquence Lindice de qualit de fonctionnement de la liaison, savoir le rapport de la puissance spectrale du signal reu la densit de bruit, est donn par lquation fondamentale: Error!mmmmmmdB (1) o: Pr: puissance reue (W) N0: densit spectrale de bruit (W/Hz) Pt: puissance dmission (W) Gt: ga

44、in de lantenne dmission Ls : affaiblissement en espace libre La: affaiblissement de transmission d lattnuation atmosphrique par temps clair Lr: affaiblissement de transmission d lattnuation par la pluie Gr: gain de lantenne de rception (dBi) k : constante de Boltzmann (J/K) T : temprature de bruit t

45、otale du systme (K). Si lon admet quil ny a aucune perte du guide dondes, T est donn par: T = Tr+ Ts+ Tgo: Tr: temprature de bruit du rcepteur (K) Ts: contribution du ciel (effets atmosphriques et effets des prcipitations) la temprature de bruit de lantenne (K) Tg: contribution du sol la temprature

46、de bruit de lantenne (K). En isolant dans lquation (1) les termes fonction de la frquence, pour une distance donne entre la station spatiale et la station terrienne, on peut crire cette quation comme suit: Cas N 1: Diamtres fixes des antennes de la station terrienne et de la station spatiale: Error!

47、mmmmmmdB (2) Rec. UIT-R SA.364-5 5 Cas N 2: Diamtre fixe pour lantenne de la station terrienne. Ouverture de faisceau fixe pour lantenne de la station spatiale: Error!mmmmmmdB (3) Dans les quations (2) et (3), C et C1sont des constantes exprimes en dB et les termes entre les accolades sont les termes fonction de la frquence. Une variation des constantes aura seulement pour effet de translater les courbes Pr/ N0vers le haut ou vers le bas, sans modifier lallure gnrale de ces courbes. 3.2 Application aux missions de la recherche spatiale au voisinage de la Terre Les