ITU-R SM 1681 FRENCH-2004 Measuring of low-level emissions from space stations at monitoring earth stations using noise reduction techniques《使用噪声消减技术的监测地球站对空间站低水平发射的测量》.pdf

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1、 Rec. UIT-R SM.1681 1 RECOMMANDATION UIT-R SM.1681 Mesure des missions de faible niveau en provenance de stations spatiales par des stations terriennes de contrle utilisant des techniques de rduction du bruit (Question UIT-R 202/1) (2004) Domaine de comptence Pour protger les services passifs, et en

2、 particulier le service de radioastronomie (SRA), contre les brouillages, il est trs important que les stations terriennes de contrle puissent mesurer les missions de faible niveau provenant des stations spatiales, en recourant des techniques de rduction du bruit de fond. Outre les conditions gnrale

3、s applicables au contrle des missions, la prsente Recommandation dfinit le concept de rduction du bruit de fond laide du traitement numrique du signal. LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) quil est ncessaire de protger le service de radioastronomie (SRA) contre les brouillages; b

4、) que les rayonnements des objets de lunivers observs sur certaines frquences par le SRA parviennent en principe la surface de la Terre avec de faibles niveaux de puissance surfacique. c) que pour ces observations on a mis au point des techniques de rception suffisamment sensibles pour identifier de

5、s signaux de niveaux bien infrieurs au bruit de fond; d) que lune des tches des stations terriennes de contrle consiste mesurer les niveaux des missions non dsires provenant des stations spatiales, comme spcifi dans le Rglement des radiocommunications; e) quil peut tre ncessaire dchanger les rsultat

6、s des mesures avec dautres parties intresses, recommande 1 que les stations terriennes de contrle mesurent les missions non dsires de satellite compte tenu: 1.1 des conditions gnrales applicables au contrle des missions, dcrites dans lAnnexe 1; 1.2 du concept de rduction du bruit de fond par traitem

7、ent numrique du signal, dcrit dans lAnnexe 2; 2 de prsenter les rsultats comme indiqu dans lAnnexe 3. 2 Rec. UIT-R SM.1681 Annexe 1 Conditions gnrales applicables au contrle des missions 1 Introduction Pour mesurer les missions hors bande et les rayonnements non essentiels de faible niveau en vue de

8、 protger le SRA, les exploitants des installations de contrle des missions spatiales doivent tenir compte des conditions gnrales suivantes. 2 Conditions pralables 2.1 Avoir connaissance des niveaux de puissance surfacique du SRA protger. 2.2 Disposer dune capacit technique permettant dassurer le con

9、trle des missions de faible niveau. 2.3 Connatre lordre de grandeur de la rduction du bruit de fond par rapport aux critres normaux de contrle des missions spatiales pour le contrle de communications spatiales des services fixe et de radiodiffusion. 3 Paramtres contrler 3.1 Pour le contrle normal de

10、s missions spatiales, indiquer les valeurs des paramtres permettant de caractriser les sources dmission, savoir: frquence, position orbitale, lments, temps, densit de puissance, polarisation, largeur de bande, modulation, caractristiques spectrales, mthode daccs et transmission par rafales/onde entr

11、etenue. 3.2 La densit de puissance des missions doit tre enregistre en tant que puissance surfacique et puissance surfacique spectrale. 4 Procdure de contrle des missions (voir aussi le Manuel de lUIT-R Contrle du spectre) 4.1 Acquisition de la source brouilleuse. 4.2 Mesure de la frquence. 4.3 Dter

12、mination de la polarisation. 4.4 Mesure de la largeur de bande. 4.5 Mesure de la puissance surfacique laide de la mthode de rduction du bruit dcrite dans lAnnexe 2. 5 Confirmation des rsultats des mesures Chaque fois que cela est possible, les rsultats doivent tre confirms par une autre station terr

13、ienne de contrle des missions figurant dans la Nomenclature des stations de contrle international des missions de lUIT. Rec. UIT-R SM.1681 3 Annexe 2 Concept de rduction du bruit de fond par traitement numrique du signal 1 Introduction Pour la protection du SRA, on a spcifi des limites de puissance

14、surfacique infrieures au niveau du bruit de fond des installations de contrle habituelles. Il existe diffrentes mthodes de rduction du bruit de fond, notamment le traitement numrique du signal dcrit dans la prsente Annexe. 2 Principe technique Le signal RF examiner est reu par une antenne directive,

15、 puis ramen par conversion au niveau de la FI. Le signal FI analogique est converti en chantillons numriques. Ce signal numris est ensuite converti en bande de base numrique. On lui applique alors la transforme de Fourier rapide (TFR) qui le fait passer du domaine temps au domaine frquence. En gnral

16、, cette mesure est rpte 10 000 fois en vue denregistrer 10 000 spectres. On rpte toute la procdure pour enregistrer des signaux de comparaison. Pour les satellites non gostationnaires, les mesures sont faites le long de la trajectoire du satellite en son absence. Pour les satellites gostationnaires,

17、 lantenne de contrle des missions doit scarter lgrement de la position orbitale. Dans les deux cas, les signaux de comparaison sont enregistrs dans le mme environnement, y compris le bruit de la station proprement dite, mais sans le satellite utile. Les 10 000 spectres enregistrs pour la comparaison

18、 contiennent le bruit mais pas les signaux mis par le satellite. A ce stade, on peut effectuer un traitement supplmentaire pour liminer, sil y a lieu, leffet Doppler. Ensuite, on calcule les moyennes du spectre des signaux utiles et du spectre des signaux de comparaison et on soustrait de ces moyenn

19、es les valeurs linaires. On obtient un spectre de la puissance surfacique de lmission du satellite concern, dans lequel le bruit est gnralement abaiss de 10 20 dB. Cette mthode utilise le fait que le signal utile contribue lallure de chacun des trs nombreux spectres, alors que le bruit sannule en ra

20、ison de ses proprits statistiques. On soustrait les spectres de comparaison des spectres du satellite pour liminer aussi les sources de brouillage enregistres avec le bruit dans les deux sries de spectres. Une mthode de corrlation vraie permettrait damliorer encore la rduction du niveau du bruit. 3

21、Matriel et logiciel Le diagramme synoptique dune installation de contrle des missions dont le niveau est infrieur au bruit de fond est prsent la Fig. 1. 4 Rec. UIT-R SM.1681 3.1 Matriel FIGURE 1Diagramme synoptique dune installation de contrle des missions dont le niveau est infrieur au bruit de fon

22、dA/N: analogique/numriqueRAM: mmoire viveConvertisseurA/NLa diffrence entre les deux solutions matrielles prsentes sur la Fig. 1 tient la sparation des quipements. En effet, dans la solution 1, les diffrentes implantations sont connectes aprs la conversion TFR, alors que dans la solution 2, elles so

23、nt connectes avant. Le type de connexion entre les implantations peut donc tre un critre pour choisir lune ou lautre solution. On peut retenir dautres critres: disponibilit des quipements sur le march ou bande de frquences maximale contrler. 3.2 Logiciel Le logiciel dpend en grande partie de la solu

24、tion matrielle choisie, comme le montre lexemple suivant: Supposons que nous utilisions un convertisseur A/N avec une FI de 70 MHz, un taux dchantillonnage de 95 Mchantillons/s et une dcimation mi-bande, on obtiendrait, sans dcimation, une largeur de bande de: 0,4 95 M chantillons/s = 38 MHz Avec dc

25、imation par 4, on obtient un taux dchantillonnage de 95/4 = 23,75 Mchantillons/s et une largeur de bande de 38/4 = 9,5 MHz. ce qui donne, avec un chantillonnage dun signal dentre pendant 10 min: 10 60 23,75 = 14 250 Mchantillons Lutilisation dune TFR de 16 384 points permet dobtenir 869 750 spectres

26、 distincts qui peuvent sajouter pour calculer la moyenne. Dans cet exemple, on suppose que la capacit de la mmoire vive est suffisante pour stocker le grand volume de donnes chantillonnes ou que le traitement du signal est suffisamment rapide pour travailler en temps rel. Si cette capacit nest pas s

27、uffisante ou si le traitement rapide nest pas possible, lintervalle de 10 min peut tre numris en plusieurs paquets de donnes et de pauses. 4 Stratgie de contrle des missions Normalement, le signal brouilleur est une mission brouilleuse produite sur une frquence assigne. Il est donc indispensable de

28、connatre les proprits de cette mission. Rec. UIT-R SM.1681 5 La stratgie de contrle des missions dpend en grande partie des dtails techniques associs aux tches excuter. Pour obtenir les rsultats voulus, il faut observer les critres suivants: Avant chaque campagne de contrle des missions, il faut tal

29、onner le systme de mesure. Ltalonnage porte sur: la RF; le gain du systme; et la rponse en frquence du systme. Pour cela, on utilise un signal de porteuse, une source de bruit et, ventuellement, une source radioastronomique, en veillant ce que les amplitudes soient adaptes. Il est ncessaire de chois

30、ir les paramtres appropris: la dynamique: il faut viter toute distorsion; il peut tre appropri dutiliser un filtre sur les liaisons RF ou FI pour supprimer les signaux proches intenses; les heures de dbut et de fin du contrle des missions; la plage de valeurs afficher; la rsolution en frquence; le n

31、ombre de spectres moyenns; llimination de leffet Doppler; le chronogramme de la transmission en rafales, dans le cas, par exemple, des transmissions AMRT. Ces paramtres doivent pouvoir tre ajusts par logiciel. Dans le cas dun satellite non gostationnaire, il faut choisir des trajectoires orbitales q

32、ui ne soient pas trop affectes par le soleil, lorbite des satellites gostationnaires (OSG) ou les trajectoires dautres satellites. Dautres mesures peuvent tre envisages en vue damliorer la sensibilit, savoir: enregistrement des spectres utiliss pour la comparaison avec la mme lvation pour des raison

33、s de bruit atmosphrique; contrle des missions, la nuit, pour viter le brouillage solaire; utilisation dintervalles de temps plus courts entre lenregistrement des spectres brouilleurs et des spectres servant aux comparaisons en vue de rduire le bruit; dans le cas des transmissions AMRT, enregistremen

34、t des spectres utiliss pour les comparaisons pendant les intervalles entre les rafales. 6 Rec. UIT-R SM.1681 Annexe 3 Prsentation des rsultats Contrle des missions brouilleuses en provenance de stations spatiales, en vue de protger le SRA Station de contrle des missions nom Administration nom Positi

35、on (latitude longitude systme de projection) coordonnes Nom de la personne responsable des mesures nom Date des mesures (UTC) jour/mois/anne Contacts (tlphone, tlcopie, e-mail) tl: . / tlcopie: / e-mail: . Caractristique de qualit de la station facteur de qualit de la station terrienne de contrle de

36、s missions Rfrences Rsultats des mesures (et incertitudes associes) pfdRBW(dB(W/m2) en kHz ou MHz) valeur Incertitude de mesure largie exemple: 2 ou 3 dB Frquence (MHz) valeur Incertitude de mesure largie exemple: 107Position orbitale des sources brouilleuses ou autres lments Satellite OSG (azimuth

37、() et lvation ()/longitude ( Ouest/Est) Satellite non OSG (azimuth () et lvation (), au dbut, pour une lvation maximale et la fin) valeurs Incertitude de mesure largie exemple: . Polarisation type Non applicable Autres indications (par exemple: A/N Estimation du type de modulation Mthode daccs Compo

38、rtement du signal) Rec. UIT-R SM.1681 7 Spectres Trois tracs de spectres sont recommands: signal utile bruit signal + bruit invers FIGURE 2SpectresFrquenceDonnes fournir: Frquence centrale = . MHz Plage de valeurs = . MHz TFR: nombre de points Rsolution: . kHz Moyenne: nombre d chantillons Temps (UT

39、C) de dbut et de fin du signal utile de dbut et de fin du signal de comparaison intervalles entre le signal utile et le signal de comparaison: mode de compensation Doppler: Observations Identit suppose des satellites 8 Rec. UIT-R SM.1681 Glossaire A/N: analogique/numrique AMRT: accs multiple par rpartition dans le temps FI: frquence intermdiaire O/E: ouest/est OSG: orbite des satellites gostationnaires pfd: puissance surfacique RAM: mmoire vive RF: frquence radiolectrique SRA: service de radioastronomie TFR: transforme de Fourier rapide UTC: temps universel coordonn .