ITU-R SF 765-1 FRENCH-2002 Intersection of radio-relay antenna beams with orbits used by space stations in the fixed-satellite service《卫星固定业务中空间站使用轨道和无线电中继天线波束的相交》.pdf

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1、 Rec. UIT-R SF.765-1 1 RECOMMANDATION UIT-R SF.765-1 Intersection des lobes des antennes de faisceaux hertziens avec les orbites des stations spatiales du service fixe par satellite (1992-2002) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que la Recommandation UIT-R SF.406 spcifie la p.i

2、.r.e. maximale des metteurs de faisceaux hertziens en visibilit directe fonctionnant dans les bandes de frquences utilises en partage avec le service fixe par satellite (Terre-espace); b) que, pour vrifier que les stations hertziennes fonctionnant en dessous de 15 GHz sont conformes aux dispositions

3、 de la Recommandation UIT-R SF.406, il faut calculer langle entre la direction du faisceau de lantenne de la station hertzienne et la direction vers lorbite des satellites gostationnaires; c) quil faut tenir compte de leffet de la rfraction atmosphrique dans ce calcul, recommande 1 de prendre en com

4、pte les donnes contenues dans lAnnexe 1 lors de la planification des faisceaux hertziens; 2 dutiliser la mthode dcrite dans lAnnexe 2 pour calculer langle entre la direction du faisceau de lantenne de la station hertzienne et lorbite des satellites gostationnaires. NOTE 1 Par souci de protection, il

5、 faut viter de pointer les antennes des rcepteurs trs sensibles de stations hertziennes fonctionnant dans les bandes de frquences comprises entre 1 et 15 GHz utilises en partage avec les services de radiocommunications spatiales (espace-Terre) en direction de lorbite des satellites gostationnaires (

6、voir la Note 2 de la Recommandation UIT-R SF.406). A cette fin, on peut aussi utiliser la mthode dcrite dans la prsente Recommandation. Annexe 1 Intersections des lobes des antennes de faisceaux hertziens avec les orbites des stations spatiales du service fixe par satellite: considrations gnrales 1

7、Introduction Lexposition des lobes des antennes de faisceaux hertziens au rayonnement des satellites de tlcommunication peut tre estime par des mthodes gomtriques lorsque ces satellites sont sur des orbites circulaires dont les projections sur la surface de la Terre sont rcurrentes mais elle ne peut

8、 tre prvue statistiquement que lorsque les orbites sont circulaires et inclines et ont des priodes arbitraires. On peut faire en sorte quun systme satellites en phase, avec projections rcurrentes, ait une projection unique sur la surface de la Terre; ces systmes prsentent de plus en plus dintrt pour

9、 les radiocommunications. Les satellites gostationnaires constituent un cas particulier, car lquateur reprsente la projection de toutes les orbites quatoriales. 2 Rec. UIT-R SF.765-1 En tout point situ la surface de la Terre, do lon peut voir les satellites dun systme projection unique sur la surfac

10、e de la Terre, les satellites successifs (non stationnaires) suivent un arc fixe qui traverse la vote cleste dun horizon lautre. De plus, sauf dans le cas des orbites inclines, cet arc ne dpend pas de la longitude et est symtrique par rapport la direction nord-sud. Dans les paragraphes suivants de l

11、a prsente Annexe, on examine les conditions dexposition une orbite quatoriale circulaire (y compris le cas particulier des orbites de satellites gostationnaires) ainsi que la probabilit dexposition des satellites non en phase (projection non rcurrente sur la surface de la Terre). Plusieurs administr

12、ations ont fourni des renseignements sur la mesure dans laquelle les antennes de faisceaux hertziens existants sont orientes vers lorbite dun satellite gostationnaire. Ces rensei-gnements indiquent que, si le pourcentage total des faisceaux dantennes qui coupent cette orbite est denviron 2%, il sera

13、 beaucoup plus lev si lon tient compte, dune part, des faisceaux stendant 2 de leur axe et, dautre part, de leffet de la rfraction. En examinant les stations de faisceaux hertziens par rapport aux dispositions de la Recommandation UIT-R SF.406, on constate que la proportion de stations dont le faisc

14、eau dantenne est orient 2 de lorbite des satellites go-stationnaires est, dans certains pays, de lordre de 10%. En outre, on na pas le droit de supposer que des parties importantes de lorbite dun satellite gostationnaire (quelle que soit leur longitude) chappent au rayonnement des antennes de faisce

15、aux hertziens. 2 Quelques caractristiques des faisceaux des antennes de faisceaux hertziens de Terre Les systmes de faisceaux hertziens en visibilit directe utilisent des antennes ayant un gain de lordre de 40 dB et des lobes dont louverture angulaire mi-puissance est de lordre de 2. Les systmes tra

16、nshorizon utilisent gnralement des antennes gain plus lev et des lobes ouverture angulaire plus petite (par exemple, 50 dB et 0,5). Dans les deux cas, le trajet a une inclinaison infrieure 0,5 en moyenne; elle dpasse rarement 5. Lorsque la totalit dun lobe inclinaison ngative frappe la surface de la

17、 Terre, il nest pas expos une orbite. Pour les lobes dont laxe est orient vers lhorizon, seule leur moiti suprieure risque dtre expose une orbite. Lorsquon utilise des rflecteurs passifs, il convient de tenir compte galement de la diffraction. Etant donn que les lobes de rayonnement passent au voisi

18、nage de la surface terrestre et traversent une couche assez paisse de latmosphre, il faut, si lon veut calculer exactement lexposition, tenir compte de la diffraction et de la rfraction. 3 Directions par rapport aux orbites quatoriales circulaires On sait que, daprs des considrations dordre gomtriqu

19、e, lazimut A (mesur dans le sens des aiguilles dune montre partir du nord) et langle de site e dun satellite plac sur une orbite quatoriale circulaire peuvent sexprimer par: A = arctg ( tg /sin ) (1) += coscos21/)1coscos(arcsin2KKKe (2) o: K : rapport rayon de lorbite/rayon terrestre : latitude de l

20、a station de Terre : diffrence de longitude entre la station de Terre et le satellite. Rec. UIT-R SF.765-1 3 Si lon limine entre ces deux quations, on obtient: += tg1)1(tgtgarccos2221KKeKeA (3) En gnralisant cette analyse, on peut, si besoin est, dterminer les azimuts et les angles de site pour nimp

21、orte quel systme orbite incline ayant une seule projection sur la surface de la Terre et dont les satellites voluent une altitude donne; on peut aussi dterminer linclinaison et les points dintersection avec lquateur. Cependant, les directions de lorbite, pour ces systmes, dpendent la fois de la lati

22、tude et de la longitude de la station de Terre. Une antenne oriente vers une orbite quatoriale circulaire de satellite non gostationnaire (ou vers une autre orbite une seule projection sur la surface de la Terre) subira certainement une exposition intermittente. Pour m satellites gravitant sur une o

23、rbite quatoriale circulaire (non gostationnaire), les antennes ayant une largeur de lobe de brouillage de radians subiront le brouillage pendant une fraction de temps dont lexpression approche est: P = m /(2) (4) Dans le cas particulier de lorbite des satellites gostationnaires, P sera gal soit zro

24、soit lunit. 4 Systmes satellites non en phase Dans ce cas, on ne peut tablir quune probabilit moyenne dexposition au rayonnement dun satellite. Ainsi, pour un systme n orbites, toutes de mme hauteur et de mme angle dincli-naison i, la probabilit moyenne dexposition peut sexprimer par: P = m n /(8 co

25、s ) arccos (sin ( /2)/sin i arccos (sin ( + /2)/sin i (5) lorsque (i /2), et o: m : nombre de satellites sur chaque orbite : latitude du point dintersection du lobe de lantenne et de la sphre orbitale. On peut, dans la plupart des cas de la pratique o i , effectuer le calcul au moyen de lquation: =2

26、22sinsin8 inmP (6) Lutilisation de cette quation (6) la place de lquation (5) donne lieu une erreur relative qui ne dpasse pas 0,25%. Dans le cas particulier de lorbite polaire, i = /2 et lexpression ci-dessus se rduit : )cos8/(2= nmP (7) 5 Relations gomtriques entre les orientations des antennes de

27、 faisceaux hertziens et lorbite dun satellite gostationnaire Le cas de lorbite dun satellite gostationnaire est particulirement important non seulement en ce qui concerne lexposition des faisceaux hertziens au rayonnement des satellites, mais galement en raison des restrictions apportes par la Recom

28、mandation UIT-R SF.406 en fonction de la direction des antennes de faisceaux hertziens pour protger la rception dans les satellites gostationnaires. 4 Rec. UIT-R SF.765-1 Lquation (3) peut scrire: )cos(arccostgtgarccos1eeKA= (8) o: A : azimut (ou complment 360) compt partir du sud dans lhmisphre Nor

29、d et partir du nord dans lhmisphre Sud K : rayon de lorbite/rayon terrestre, 6,63 par hypothse e : angle gomtrique de site dun point situ sur lorbite des satellites gostationnaires : latitude de la station de Terre. Pour une latitude de station et un angle de site donns, les valeurs de langle A pour

30、 les deux points de lorbite sont mesures de part et dautre du mridien. 5.1 Effet de la rfraction atmosphrique La rfraction atmosphrique a gnralement pour effet de courber le rayon radiolectrique vers la Terre; le rayonnement dune antenne de faisceau hertzien dangle de site peut atteindre un satellit

31、e dangle de site e o: e = (9) e et tant les valeurs algbriques et la valeur absolue de la correction due la rfraction. Limportance de la courbure est fonction du climat de la rgion o se trouve la station (indice de rfraction, gradient de lindice, etc.), de laltitude de cette station et de langle de

32、site initial ; la variation de en fonction de est particulirement rapide pour les faibles valeurs ngatives de . La valeur de peut dpasser plusieurs diximes de degr, ce qui est particulirement important pour les stations de latitude moyenne ou leve, pour lesquelles une faible modification de langle d

33、e site se traduit par une modification importante de lazimut de chacun des deux points correspondants sur lorbite du satellite gostationnaire. De plus, cette correction est variable au cours du temps avec les conditions atmosphriques. En un point de latitude donn pour un angle de site donn lazimut p

34、oint sur lorbite balaie, au cours du temps, une certaine zone angulaire. Pour appliquer la Recommandation UIT-R SF.406 tandis quune valeur moyenne de la rfraction procure une protection importante, pour obtenir une protection totale, il est souhaitable de considrer les valeurs maximale et minimale d

35、e la courbure due la rfraction de faon dterminer les azimuts des extrmits de cette zone angulaire; ceci peut se faire sur une base statistique. Lquation (8) peut tre utilise pour dterminer les azimuts extrmes de la zone angulaire balaye partir des angles de site extrmes e1et e2. La dtermination de l

36、a courbure en fonction du climat, de laltitude de la station et de langle de site est malaise, car lhypothse dune atmosphre de rfrence de type exponentiel nest pas toujours admissible et la probabilit de formation de conduits atmosphriques est loin dtre ngligeable, surtout dans certaines zones marit

37、imes chaudes. Dans le cas o lhypothse dune atmosphre de type exponentiel est admissible et o lindice au sol N, et le gradient N de lindice entre 0 et 1 000 m sont lis, des courbes donnant la correction en fonction de langle de site peuvent tre calcules. La dtermination des corrections maximale et mi

38、nimale 1et 2se ramne alors lestimation des valeurs maximale et minimale de N (ou de N ) correspondant au cas particulier tudi. Rec. UIT-R SF.765-1 5 Linfluence de laltitude de la station est trs difficile estimer. Pour les angles de site positifs, le rayon radiolectrique sort rapidement de latmosphr

39、e, la courbure est relativement faible et linfluence de laltitude est probablement rduite. Par contre, pour les angles de site ngatifs, un rayon franchissant lhorizon traverse deux fois les couches les plus denses de latmosphre; de ce fait, la courbure est grande et sa variation en fonction de lalti

40、tude, angle de site constant, est vraisemblablement plus importante; cependant, on manque de donnes prcises ce sujet. Provisoirement, et en vue de protger lorbite dans tous les cas, on adoptera les rgles suivantes: 5.1.1 dans les zones gographiques o on dispose de donnes sur la propagation permettan

41、t de dterminer la courbure sur une base statistique, la valeur maximale de la courbure, dfinie comme la valeur non dpasse pendant, par exemple, 99,5% du temps, ainsi que sa valeur minimale devraient tre dduites de ces donnes; 5.1.2 dans les cas o on ne dispose pas de telles donnes, on peut utiliser

42、lapproximation suivante. Si lon suppose une atmosphre de rfrence exponentielle, on peut calculer les limites de lindice de rfraction au moyen de la rfraction radiolectrique au niveau de la mer N0et du gradient N (pris dans les cartes mondiales). Une gamme de valeurs de N0comprises entre 250 et 400 (

43、N au niveau de la mer compris entre 30 et 68 respectivement) est reprsentative des valeurs minimale et maximale pour une grande partie du globe et pour toute lanne. Une fois ces limites tablies, on peut calculer les courbes de 1et 2en fonction de langle de site de lantenne et de laltitude de la stat

44、ion. On procde lintgration suivante pour calculer la correction de rfraction : nrnnnd)(/gcot21=(10) Cette intgration seffectue selon les conditions de la loi de Snell pour des coordonnes polaires, savoir: n(r) r cos = n(r1) r1 cos 1(11) o: n(r) = 1 + a exp b(r r0) r0: rayon de la Terre (6 370 km) 1=

45、 r0+ h (h: altitude de la station) 1: angle de site au niveau de la station n1: indice de rfraction laltitude de la station 2: indice de rfraction au niveau de lorbite a = N0 106b = ln N0/(N0+ N ) N0= 400 et N = 68 pour une courbure maximale 0= 250 et N = 30 pour une courbure minimale. Lintgration a

46、 t faite et les rsultats des calculs sont prsents la Fig. 1. Des formules numriques, donnant une bonne approximation de cette fonction, sont reproduites dans la Note 2 du 4 de lAnnexe 2 la prsente Recommandation. 6 Rec. UIT-R SF.765-1 D01-scRec. UIT-R SF.765-1 7 5.2 Utilisation dune mthode graphique

47、 pour dterminer les azimuts viter Pour dterminer les azimuts viter, on peut utiliser une mthode graphique qui tient compte de linfluence de lhorizon local rel. Les approximations qui y ont t utilises limitent son application aux stations situes au-dessous de 70 de latitude environ. Sa prcision en azimut est denviron 0,1 et est meilleure pour les angles de site faibles. La mthode (Fig. 2) repose sur la considration de lorbite apparente dun satellite gostationnaire,