Δορυφορικές Επικοινωνίες

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ Ενότητα 2 η Δορυφορικές Τροχιές Επίκουρος Καθηγητής Νικόλαος Χ. Σαγιάς Webpage: nsagias@uop.g

2 Περιεχόμενα Εισαγωγικά Τροχιές Ανάλυση ραδιοζεύξεων Τεχνικές εκπομπής/λήψης Πολλαπλή πρόσβαση Δορυφορικά δίκτυα Ειδικά θέματα 2

3 Δορυφορικές Τροχιές Τροχιές: Γεωστατική (Geostationay Eath Obit (GEO)) Έντονα ελλειπτική (Highly inclined Eath Obit (HEO)) Μέσου ύψους (Medium Eath Obit (MEO)) Χαμηλού ύψους (Low Eath Obit (LEO)) GEO LEO/MEO HEO 3

4 Δορυφορικές Τροχιές Παράγοντες επιλογής τροχιάς: Γεωγραφικό πλάτος προς κάλυψη Γεωγραφική έκταση προς κάλυψη Διάρκεια και καθυστέρηση διάδοσης Χρόνος ορατότητας Γωνία ανύψωσης GEO LEO/MEO HEO 4

5 Δορυφορικές Τροχιές Με βάση την έγκλιση Με βάση το σχήμα Ισημερινή τροχιά πολική τροχιά Τροχιά μη μηδενικής έγκλισης κυκλική τροχιά ελλειπτική τροχιά Με βάση το ύψος τροχιά χαμηλού ύψους (LEO) τροχιά μέσου ύψους (MEO) γεωστατική τροχιά (GEO) 5

6 Δορυφορικές Τροχιές Νόμοι Keple 1. Οι πλανήτες (δορυφόροι) κινούνται σε ένα επίπεδο. Οι τροχιές τους είναι ελλείψεις των οποίων στη μία εστία βρίσκεται ο Ήλιος (η Γη). 2. Το διάνυσμα που περιγράφει την απόσταση μεταξύ πλανήτη (δορυφόρου) και Ήλιου (Γης) καλύπτει ίσες επιφάνειες σε ίσους χρόνους (Νόμος ίσων εμβαδών E 1 = E 2 ). 3. Ο λόγος του τετραγώνου της περιόδου Ττης περιστροφής ενός πλανήτη (δορυφόρου) γύρω από τον Ήλιο (τη Γη) προς τον κύβο του μεγάλου ημιάξοναατης έλλειψης είναι ίδιος για όλους τους πλανήτες (δορυφόρους)(τανάλογο του α 3/2 ). πλανήτης (δορυφόρος) Δτ 1 E 1 Αν Δτ 1 = Δτ 2, τότε E 1 = E 2 εστία 2 α E 2 Ήλιος (Γη) Δτ 2 6

7 Δορυφορικές Τροχιές Νόμοι Newton 1. Ένα σώμα συνεχίζει να παραμένει ακίνητο ή να κινείται με σταθερή ταχύτητα εφόσον η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό είναι μηδέν å i F i = 0 Û u=σταθερή 2. Αν το διανυσματικό άθροισμα των δυνάμεων που ασκούνται σε ένα σώμα είναι διάφορο του μηδενός, τότε το διανυσματικό άθροισμα των δυνάμεων ισούται με το γινόμενο της μάζας (m) του σώματος αυτού επί την επιτάχυνση της κίνησης που αναγκάζεται να εκτελέσει å 3. Αν ένα σώμα Α ασκεί μία δράση σε ένα σώμα Β, τότε και το σώμα Β θα ασκήσει μία αντίδραση στο Α ίση κατά μέτρο και αντίθετη i F i = ma Philosophiæ Natualis Pincipia Mathematica,

8 Δορυφορικές Τροχιές Νόμος παγκόσμιας έλξης Η δύναμη F που αναπτύσσεται μεταξύ δύο σωμάτων με μάζες m και M που βρίσκονται σε μεταξύ τους απόσταση είναι: Ελκτική Ανάλογη των μαζών mκαι M Αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης m M F =-G 3 Υποθέσεις: M Κεντρικές δυνάμεις Σημειακές μάζες m - F F G: η σταθερά παγκόσμιας έλξης, G = X m 3 kg -1 s -2 (ΤΕ10) 8

9 Εξίσωση Τροχιάς Καθορίζουν τα χαρακτηριστικά της κίνησης: ü Αρχή διατήρησης της ενέργειας ü Αρχή διατήρησης της ορμής ü Αρχή διατήρησης της στροφορμής Υποθέσεις: üμάζες Γης (M)και δορυφόρου (m), σφαιρικές, ομογενείς και M >> m ü Κλειστό σύστημα δύο σωμάτων y O q ut Γεωκεντρικό σύστημα συντεταγμένων u A u x Κλειστό σύστημα 2 σωμάτων Ροπή: M Επαλήθευση του 1 ου νόμου του Keple Στροφορμή H = u = ut + u H 2 dq = m dt = σταθερό Επαλήθευση 2 ου νόμου του Keple dθ d H = = 0Û u dt mu dz = E= z ; qû 2 2 de 1 2 dq = dt 2 dt 2 d d d 9

10 Εξίσωση Τροχιάς y 2 ος d Νόμος Newton: F + B= m 2 d F 2 = mw m M =-G B d H G M - = dt m d d dq = dt dq dt και 1 y= 2 d y dq + y= G M m H 2 2 Επίλυση κανονικής διαφορικής εξίσωσης 2 ου βαθμού O B q Γεωκεντρικό σύστημα συντεταγμένων F A x Εξίσωση τροχιάς σε πολικό διάγραμμα αξόνων ( q) = p 1 + ecos - ( q q ) 2 2 p: σταθερά της κίνησης p= H / G M m e: η εκκεντρότητα e= p 0 ρ 0 και θ 0 : καθορίζονται από τις αρχικές συνθήκες 0 ( ) 10

11 Εξίσωση Τροχιάς ( q) p = 1 + ecos - ( q q ) 0 2 p V q = q0þ ( q0) = 0 = e= e G M M 0 V 0 m 0 : η ελάχιστη απόσταση μεταξύ σώματος και Γης V 0 : η αρχική ταχύτητα του σώματος σε απόσταση 0 2G M Αν e= 1, τότε V0 =, τροχιά: παραβολή 2G M Αν e> 1, τότε V0 >, τροχιά: υπερβολή G M Αν e= 0, τότε V0 =, τροχιά: κύκλος Αν e< 1, τότε V < G M, τροχιά: έλλειψη Παραβολή Έλλειψη Υπερβολή Κωνικές τομές Ευσταθείς δορυφορικές τροχιές (0 e < 1) 11

12 Εξίσωση Τροχιάς V V 0 = G M 0, τροχιά: κύκλος V V 0 < 2G M 0, τροχιά: έλλειψη V V 0 = 2G M 0, τροχιά: παραβολή V 0 > 2G M 0, τροχιά: υπερβολή 12

13 Εξίσωση Τροχιάς Απόσταση δορυφόρου-κέντρο Γης: ( n) 2 a ( ) ( 1-e ) n = 1+ ecos ( n) ν: αληθής ανωμαλία ì í î = a = a( 1-e) ( 1+ e), o 0 = min, ανn = 0 = o max ανn = 180 Απόγειο εστία a O V( ) A (ν) εστία K ν Περίγειο e = max max - + min min = ìέλλειψη, í îκύκλος, αν αν max max > = min min max min Περίοδος τροχιάς: T =2p Η περίοδος της τροχιάς εξαρτάται μόνο από το α (Επαλήθευση του 3 ου νόμου του Keple) 3 a m Γραμμική ταχύτητα: a: το μήκος του μεγάλου ημιάξονα e: η εκκεντρότητα της έλλειψης μ = G M = 3, m 3 /s 2 V 2 1 a æ ö ( ) = mç - è ø 13

14 Εξίσωση Τροχιάς 2 a ( ) ( 1-e ) n = 1+ ecos ( n) Παράμετροι a =1000 e = 0, 0.4, 0.7,

15 Εξίσωση Τροχιάς Κυκλική τροχιά Φυγόκεντρος δύναμη: Βάρος δορυφόρου: F B=-g m 2 = mw R e 3 Γη B V F Συνθήκη ισορροπίας: F+ B= 0 w 2 2 T R = = 3 e hgeo g -R 2 e 2p Û T 4p km Ευσταθές ύψος γεωστατικών δορυφόρων ω: γωνιακή ταχύτητα του δορυφόρου T: η περίοδος περιστροφής, T = (23 h x 60 min + 56 min) x 60 sec + 4.1sec m: μάζα του δορυφόρου : απόσταση μεταξύ του κέντρου της Γης και του δορυφόρου R e : ακτίνα της γης, R e = km h geo : Ύψος τηςγεωστατικής τροχιάς του δορυφόρου, h geo = - R e g: επιτάχυνση της βαρύτητας στην επιφάνεια της γης, g = m/s 2» 15

16 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών καθοδικός κόμβος Ισημερινό Επίπεδο i Κοιτάζοντας τη Γη στο σχήμα, βλέπουμε το βόρειο πόλο Επίπεδο Τροχιάς ανοδικός κόμβος Ισημερινό επίπεδο i Έγκλιση, i, (inclination) είναι η γωνία μεταξύ των επιπέδων της τροχιάς του δορυφόρου και του ισημερινού Κόμβοι (nodes) τα σημεία τομής του ισημερινού επιπέδου με την τροχιά Ανοδικός κόμβος: Το σημείο από το οποίο περνάει ο δορυφόρος από Ν àβ ημισφαίριο Καθοδικός κόμβος: Το σημείο από το οποίο περνάει ο δορυφόρος από Β àν ημισφαίριο 16

17 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών καθοδικός κόμβος καθοδικός κόμβος καθοδικός κόμβος Μηδενική έγκλιση Μηδενική έγκλιση Μη μηδενική έγκλιση Έγκλιση, i, (inclination) είναι η γωνία μεταξύ των επιπέδων της τροχιάς του δορυφόρου και του ισημερινού Για έγκλιση < 90 ο, ο δορυφόρος περιστρέφεται δεξιόστροφα σε σχέση με τη Γη Για έγκλιση > 90 ο, ο δορυφόρος περιστρέφεται αριστερόστροφα σε σχέση με τη Γη 17

18 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών Ισημερινό Επίπεδο Περίγειο Γραμμή των Κόμβων καθοδικός κόμβος ανοδικός κόμβος Διεύθυνση αναφοράς Ήλιος 21Μαρτίου Απόγειο Διεύθυνση αναφοράς,είναι η διεύθυνση στην οποία βρίσκεται ο Ήλιος κατά την εαρινή ισημερία (21 Μαρτίου) Όρισμα του περιγείου, ω, (agument of peigee) είναι η γωνία μεταξύ της διεύθυνσης του περιγείου και της γραμμής των κόμβων 18

19 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών καθοδικός κόμβος καθοδικός κόμβος Μη μηδενική γωνία Περιγείου Μηδενική έγκλιση Μη μηδενική γωνία Περιγείου Μη μηδενική έγκλιση καθοδικός κόμβος Μηδενική γωνία Περιγείου 19

20 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών Ισημερινό Επίπεδο ανοδικός κόμβος Διεύθυνση Αναφοράς Ήλιος 21 Μαρτίου καθοδικός κόμβος Ορθή άνοδος του ανοδικού κόμβου, Ω, (ight ascension of the ascending node RAAN) είναι η γωνία μεταξύ της διεύθυνσης αναφοράς και της διεύθυνσης του ανοδικού κόμβου Αληθής ανωμαλία,ν, (tue anomaly) είναι η γωνία μεταξύ της διεύθυνσης του περιγείου και της ευθείας που περνάει από το κέντρο της Γης και το δορυφόρο 20

21 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών καθοδικός κόμβος Ω 0 Μηδενική έγκλιση καθοδικός κόμβος Ω 0 Μη μηδενική έγκλιση καθοδικός κόμβος Ω = 0 Μηδενική έγκλιση 21

22 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών S Γη P Ε Γωνίες Σκόπευσης Κεραίας Επίγειου Σταθμού Γωνία ανύψωσης, E, (elevation angle) είναι η γωνία μεταξύτου ορίζοντα στο υπό θεώρηση σημείο και του δορυφόρου Γωνία αζιμούθιου, A, (azimuth angle) είναι η γωνία που διαγράφεται με τη φορά του ρολογιού ξεκινώντας από το βορρά μέχρι να συναντήσουμε την προβολή του δορυφόρου στο επίπεδο που βρισκόμαστε 22

23 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών Κάθετος Άξονας E Επίγειος Σταθμός Βορράς Στροφή με τη φορά του ρολογιού Γωνίες Σκόπευσης Κεραίας Επίγειου Σταθμού Γωνία ανύψωσης, E, (elevation angle) είναι η γωνία μεταξύτου ορίζοντα στο υπό θεώρηση σημείο και του δορυφόρου Γωνία αζιμούθιου, A, (azimuth angle) είναι η γωνία που διαγράφεται με τη φορά του ρολογιού ξεκινώντας από το βορρά μέχρι να συναντήσουμε την προβολή του δορυφόρου στο επίπεδο που βρισκόμαστε 23

24 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών βορράς N R e P S Ο T A ΓΗ B νότος Ύψος του δορυφόρου είναι η απόσταση μεταξύ της επιφάνειας της Γης και του δορυφόρου (TS) στην ευθεία που σχηματίζεται μεταξύ του κέντρου της Γης και του δορυφόρου Υποδορυφορικόσημείο (subsatellite point)είναι το σημείο στην επιφάνεια της Γης από το οποίο διέρχεται η ευθεία μεταξύ του κέντρου Γης και του δορυφόρου (σημείο Τ) Ίχνος (gound tace) είναιτο αποτύπωμα του υποδορυφορικούσημείου στην επιφάνεια της Γης κατά τη σχετική κίνηση Γης και δορυφόρου 24

25 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών Το μέγιστο γεωγραφικό πλάτος του ίχνους ισούται με τη γωνία ανύψωσης 25

26 Χαρακτηριστικές Παράμετροι Τροχιών βόρειος πόλος πρώτος μεσημβρινός βόρειος πόλος δύση ανατολή ισημερινός νότιος πόλος νότιος πόλος Γεωγραφικό μήκος Γεωγραφικό πλάτος 26

27 Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Πλεονεκτήματα Μεγάλη γωνία ανύψωσης Μεγάλος χρόνος ορατότητας Κάλυψη περιοχών μεγάλου γεωγραφικού πλάτους Περιορισμός φαινομένων πολυδιόδευσης Ελαχιστοποίηση θορύβου και παρεμβολών Μικρή πολυπλοκότητα κόστος επίγειου σταθμού Σπάνια εμφάνιση εκλείψεων και συζυγίας ηλίου δορυφόρου 27

28 Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Μειονεκτήματα Ισχυρό φαινόμενο Dopple Μεταβαλλόμενος χρόνος διάδοσης Μεταβαλλόμενα επίπεδα ισχύος λήψης Μειωμένο χρόνο ζωής των δορυφόρων Απαιτούνται κεραίες μεγάλης ενεργούς επιφάνειας Απαιτούνται περισσότεροι από έναν δορυφόροι για συνεχή κάλυψη Διαταράξεις της τροχιάς λόγω ασύμμετρου βαρυτικού πεδίου Χαρακτηριστικές τροχιές MOLNIYA TUNDRA Ζώνες Van Allen 28

29 Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) MOLNIYA 29

30 Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Τροχιές τύπου MOLNIYA Περίοδος 12 h Απαιτούμενοι δορυφόροι 3 Μεγάλος ημιάξονας Έγκλιση km 63.4 o Εκκεντρότητα 0.6 έως 0.75 Γωνία Περιγείου Ύψος περιγείου (e = 0.71) Ύψος απογείου (e = 0.71) -90 ο 1250 km km 30

31 Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Τροχιές τύπου TUNDRA Περίοδος 24 h Απαιτούμενοι δορυφόροι 2 Μεγάλος ημιάξονας Έγκλιση km 63.4 o Εκκεντρότητα 0.25 έως 0.4 Ύψος περιγείου (e = 0.71) Ύψος απογείου (e = 0.71) km km Ίχνος δορυφόρων του δορυφορικού ραδιοφώνου Siius 31

32 Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Ίχνος δορυφόρων του δορυφορικού ραδιοφώνου Siius 32

33 Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) Δορυφόρος στη Θέση S v φ: γεωγραφικό πλάτος, j= Tˆ OA v λ: γεωγραφικό μήκος (σε σχέση με μεσημβρινό αναφοράς) i: έγκλιση ω: όρισμα περιγείου ν: αληθής ανωμαλία [ sin( i) ( w n) ] l = acsin sin + Επίγειος Σταθμός στη Θέση P v l: γεωγραφικό πλάτος, v ψ: γεωγραφικό μήκος (σε σχέση με μεσημβρινό αναφοράς) ΓΗ βορράς N R e Ο P l B T A δορυφόρος S νόμος συνημίτονων στο τρίγωνο (POS) cos Απόσταση δορυφόρου από επίγειο σταθμό 2 2 ( PS) = R + ( OS) -2( OS) R cos( POT ˆ ) e ( POT ˆ ) = cos( g ) = cos( j) cos( L) cos( l) + sin( j) sin( l) e νότος Γωνία Αζιμούθιου (στο σημείο P) cos ( ) E = ( OS) ( PS) sin ( g) L: σχετικό γεωγραφικό μήκος, L = ψ -λ 33

34 Ελλειπτικές Τροχιές (HEO) q u v u v u v t u v q u v u v u v t Ολίσθηση συχνότητας: f D = f f c : η φέρουσα συχνότητα c: η ταχύτητα του φωτός στο κενό c u c = f c u c cos ( q) Γη Ταχύτητα μεταβολής της συχνότητας: df dt D = du dt d d dq GM u x = = = e dt dq dt a - x f c c 2 ( 1 e ) ( ) sinn f c -f D f c f c +f D συχνότητα Για ν = 0 ο και 180 ο, u x = 0 Για ν = 90 ο και 270 ο, η u x μεγιστοποιείται Αν e = 0 (κυκλική τροχιά), u = 0 Δορυφόρος εκπέμπει σε συχνότητα f c καιεπίγειος σταθμός λαμβάνει σε συχνότητα f c ± f D,ανάλογα με το αν πλησιάζει ή απομακρύνεται ως προς αυτόν 34

35 Γεωστατική Τροχιά (GEO) Χαρακτηριστικά Κυκλική τροχιά (e = 0) Ίδια περίοδο περιστροφής Γης και δορυφόρου Σταθερή γραμμική ταχύτητα και σταθερό ύψος Κίνηση δορυφόρου στο επίπεδο του ισημερινού Ο δορυφόρος παραμένει μόνιμα πάνω από συγκεκριμένο τόπο Γη Χαρακτηριστικά γεωστατικής τροχιάς (GEO) Μεγάλος ημιάξονας km Ταχύτητα δορυφόρου 3075 m/s Ύψος δορυφόρου km Απαιτούμενοι δορυφόροι 3 (1/120 o ) Κάλυψη 24 h 35

36 Γεωστατική Τροχιά (GEO) Πλεονεκτήματα Κάλυψη μεγάλης γεωγραφικής έκτασης Απλός τρόπος παρακολούθησης του δορυφόρου Συνεχής κάλυψη Καλής ποιότητας επικοινωνίες Μειονεκτήματα Μεγάλη καθυστέρηση διάδοσης Μεγάλη εξασθένιση Αδυναμία κάλυψης μεγάλων γεωγραφικών πλατών Υψηλό κόστος εκτόξευσης Συνωστισμός στην γεωστατική τροχιά 36

37 Γεωστατική Τροχιά (GEO) Μέγιστη συχνότητα Dopple για κυκλική ισημερινή τροχιά: f D = ± m f c [Hz] m: αριθμός περιστροφών του δορυφόρου σε σχέση με σταθερό σημείο στη γη ανά 24ωρο u v u v Περίοδος περιστροφής T 24 = m+ 1 [h] u v u v u v t Γη u v u v t π.χ.: για m = 3 και f c = 6 GHz, f D = 18 khz 37

38 Γεωστατική Τροχιά (GEO) Έλεγχος Ορατότητας Η απόσταση του δορυφόρου από το κέντρο της Γης πρέπει να είναι R ³ s R cos e ( g) S R s Το τόξο μεταξύ του υποδορυφορικούσημείου και του επίγειου σταθμού θα πρέπει να είναι æ R g accosç è R Για δορυφόρους GEO, όπου R s = R e + h geo» 42.2 km, η μέγιστη γωνία είναι γ max = 81.3 o e s ö ø P i R e T γ O R ³ s R cos e ( g) h geo = km, R e = 6378 km 38

39 Γεωστατική Τροχιά (GEO) Γεωστατικός δορυφόρος στη θέση S vφ: γεωγραφικό πλάτος,φ= 0 ο v λ: γεωγραφικό μήκος (σε σχέση με μεσημβρινό αναφοράς) Επίγειος σταθμός στη θέση P v l: γεωγραφικό πλάτος v ψ: γεωγραφικό μήκος (σε σχέση με μεσημβρινό αναφοράς) Γωνία ανύψωσης, E: ï ìé E = actaníêcos ïî êë ( g) - R e R e + h geo ù ú úû cos ï ü ý ( g)ï þ ΓΗ βορράς N R e Ο P l T Β ( ) ( ) ( ) δορυφόρος h geo = km cos g =cosl cosl νότος L: σχετικό γεωγραφικό μήκος, L = ψ -λ S Αζιμούθιο, A: ï ì a = acsiní ïî 1- sin ( L) 2 cos ï ü ý ( g)ï þ Ημισφαίριο του σταθμού Θέση δορυφόρου σε σχέση με σταθμό Αζιμούθιο Βόρειο Ανατολικά Α = 180 ο -α Βόρειο Δυτικά Α = 180 ο + α Νότιο Ανατολικά Α = α Νότιο Δυτικά Α = 360 ο -α 39

40 Γεωστατική Τροχιά (GEO) Γεωστατικός δορυφόρος στη θέση S vφ: γεωγραφικό πλάτος,φ= 0 ο v λ: γεωγραφικό μήκος (σε σχέση με μεσημβρινό αναφοράς) Επίγειος σταθμός στη θέση P v l: γεωγραφικό πλάτος v ψ: γεωγραφικό μήκος (σε σχέση με μεσημβρινό αναφοράς) βορράς N R e Ο P l T δορυφόρος h geo = km S ΓΗ Β Απόσταση δορυφόρου από επίγειο παρατηρητή (στο σημείο P): 2 2 ( PS) = R + h -2R h cos( g) e geo e geo ( ) ( ) ( ) cos g =cosl cosl νότος L: σχετικό γεωγραφικό μήκος, L = ψ - λ νόμος συνημίτονων στο τρίγωνο (POS) ( PS) h geo = [ 1 cos( g) ] h geo = km, R e = 6378 km 40

41 Γεωστατική Τροχιά (GEO) βορράς N é ê êë ( PS) h geo ù ú úû 2 = [ 1-cos( g) ] R e Ο P l T δορυφόρος h geo = km S ΓΗ Β νότος Χρόνος διάδοσης μεταξύ δορυφόρου S και επίγειου σταθμού P: t = (PS)/c 1 c 1 c o geo t = ( PS) = ( PS) L= 0 278ms t = ( PS) = 238ms max max» o l= 81.3 c: η ταχύτητα του φωτός στο κενό, c = 3x10 8 m/sec 1 c h min min» c 41

42 Γεωστατική Τροχιά (GEO) εαρινή ισημερία εαρινό ηλιοστάσιο φθινοπωρινό ηλιοστάσιο φθινοπωρινή ισημερία 42

43 Γεωστατική Τροχιά (GEO) Εαρινή Ισημερία 21 Μαρτίου 21 Αυγούστου 43

44 Γεωστατική Τροχιά (GEO) Μέγιστη διάρκεια 70 min κατά την ισημερία ισημερίες t 42 ημέρες Γωνία σκίασης: æ R ö 2 max = ç = Re h è + geo ø h geo = km, R e = 6378 km e o q 2acsin Διάρκεια εκλείψεων: o 17.4 max =» o 360 ( 23h 60min+ 56min) 70min 44

45 Γεωστατική Τροχιά (GEO) Προβλήματα προερχόμενες από εκλείψεις Ηλίου και συζυγίες Η-Δ: Απαιτούνται φορτισμένες μπαταρίες (Η-Γ-Δ) Αύξηση θερμοκρασίας θορύβου στην κεραία (Η-Δ-Γ) Θερμικό σοκ στον δορυφόρο (Η-Δ-Γ) π.χ.: Η-Γ-Δ = Ήλιος-Γη-Δορυφόρος 45

46 Τροχιές Χαμηλού Ύψους (LEO) Πλεονεκτήματα Μπορούν να παράσχουν κάλυψη σε οποιαδήποτε περιοχή της Γης Μικρός χρόνος διάδοσης Μικρές απώλειες διάδοσης Επίγεια τερματικά με ισχύ εκπομπής 1 watt Απλούστερη τεχνολογία σε σχέση με δορυφόρους GEO Σχετικά φθηνή λύση για παγκόσμιες τηλεπικοινωνίες Μειονεκτήματα Κυκλώματα εύρεσης της θέσης του δορυφόρου Συχνές μεταγωγές Υψηλή ολίσθηση συχνότητας λόγω φαινομένου Dopple Μικρή περιοχή γεωγραφική κάλυψης ανά δορυφόρο 46

47 Τροχιές Χαμηλού Ύψους (LEO) Ύψος δορυφόρων (km) Τροχιές τύπου LEO Ύψος δορυφόρων (km) Τροχιά Περίοδος περιστροφής Ταχύτητα περιστροφής Ύψος Χρόνος κάλυψης Κυκλική 1.5 h 7.1 km/s 1.5 km 10 min 47

48 Σύγκριση Δορυφόρων Διαφορετικών Τροχιών LEO MEO GEO HEO Κόστος δορυφόρου Μέγιστο Ελάχιστο Μέσο Μέσο Χρόνος ζωής δορυφόρου 3-7 y y y 7 10 y Δυνατότητα τερματικού χειρός Ναι Ναι Όχι Όχι Καθυστέρηση διάδοσης Μικρή Μέση Μεγάλη Μεγάλη Εξασθένιση σήματος Μικρή Μέση Μεγάλη Μεγάλη Πολυπλοκότητα δικτύου Υψηλή Μέση Μικρή Μέση Συχνότητα μεταγωγής Μεγάλη Μέση - Μικρή 48

49 Σύγκριση Δορυφόρων Διαφορετικών Τροχιών LEO ΜEO GEO HEO Τυπικά συστήματα Iidium Odyssey Immasat Molniya Τροχιά Κυκλική Κυκλική Κυκλική Ελλειπτική Αριθμός τροχιών Ύψος 785 km km km - Απόγειο km Περίγειο km Περίοδος περιστροφής 1 h 40 min 5 h 59.5 min 24 h 12 h Βάρος 700 kg 1226 kg 1500 kg 1000 kg Αριθμός δορυφόρων 66 (11/τροχιά) 12 (4/τροχιά) 3 12 (3/τροχιά) Ελάχιστη γωνία ανύψωσης 8 o 8 o 5 o 80 o Διάρκεια ορατότητας 10 min 94.5 min 24 h 8 h 49

50 Τροχιακές Διαταράξεις Ανομοιογενές γήινο βαρυτικό πεδίο Βαρυτικό πεδίο Ήλιου και Σελήνης Πίεση Ηλιακής ακτινοβολίας Αεροδυναμική οπισθέλκουσα Ώθηση κινητήρων 50