Измерения на контрольной станции в Лихейме 8–9 июня 2010 года

Станция космического радиоконтроля в Лихейме расположена приблизительно в 35 км к юго-западу от Франкфурта-на-Майне. Станция в Лихейме оборудована комплектом спутниковых антенн, включая 12‑метровую антенну № 1 с параболическим отражателем, предназначенную для охвата диапазона частот 1–13 ГГц, при помощи которой проводился мониторинг. Высокоточное угловое наведение позволило осуществлять точное слежение за движущимися спутниками.

Основная измерительная кампания в Лихейме проводилась совместно MPIfR, ASTRON и BNetzA в период 8 и 9 июня 2010 года на спутниках "IRIDIUM". В процессе измерений показания снимались один раз в секунду в каналах шириной 6,1 кГц в диапазоне 1610,6–1613,8 МГц на основе 28 прохождений спутников группировки IRIDIUM, видимых между 08:30 и 17:30 (по местному времени), на протяжении двух дней.

Для подавления сильных излучений от спутников в полосе 1613,8–1626,5 МГц до приемника был установлен полосно-заграждающий фильтр на 70 дБ. Это позволило избежать влияния нелинейности приемной системы в то время, когда антенна отслеживала активный спутник.

Калибровка проводилась непосредственно по радиоисточникам Cas-A и Cyg-A в тот же день с использованием той же конфигурации, которая применялась для спутниковых измерений. Таким образом была обеспечена калибровка абсолютной плотности потока всех каналов спектрометра.

Типичный пример полученных спектров показан на Рисунке 6.10. Наблюдаемая помеха в полосе РАС обладает пиковыми характеристиками, аналогичными приведенным в Рекомендации МСЭ‑R SM.1633 от 1998 года. Пиковые уровни излучения, полученные при измерениях на контрольной станции в Лихейме, сравнимы с теми уровнями, которые были получены путем теоретического прогнозирования для условий полной загрузки, где значение –214 дБ(Вт(м²/Гц)) преобразуется в 40 кЯн.

 

 

РИСУНОК 6.10

Калиброванная спектрограмма (слева) и усредненный спектр (справа)
нежелательных излучений спутника "IRIDIUM-97" в полосе частот 1610,6–1613,8 МГц

 

Анализ измерений в Лихейме показал, что каждое отдельное прохождение спутника "IRIDIUM" вызывает поверхностные помехи, превышающие пороговые уровни по времени и по ширине полосы, установленные в Рекомендации МСЭ-R RA.769 для полосы частот 1610,6–1613,8 МГц, более чем на 20 дБ на любой временной шкале в диапазоне от 1 с до 800 с. Потери в полосе пропускания, превышающие 30% во всех усредненных спектрах (среднее значение 76%) и минимум 11% (со средним значением 47%) всех односекундных спектров, должны отбрасываться в связи с засорением спектра внеполосными излучениями системы IRIDIUM. Измерения в Лихейме также подтверждают выводы, приведенные в ранее упомянутом отчете о помехах Эффельсберга от 1 марта 2006 года.

Следует отметить, что измерения, проведенные NRAO на отдельных спутниках в искусственно созданных условиях полной загрузки в 1998 году, показали результаты, аналогичные данному статистическому анализу. В целях повышения совместимости со службой РАС после проведенных NRAO испытаний (примерно в 2003 году) был изменен ряд эксплуатационных параметров системы IRIDIUM.

Последующий анализ ЭППМ, проведенный согласно предписанию Рекомендации МСЭ-R RA.1513, показал значительные колебания потери данных в этой полосе частот. С учетом времени интеграции в 2000 с потери составили 93,2%. Для соответствия критерию 2% уровень мощности помех должен быть снижен на 13 дБ. Потери данных по всему небосводу для частоты 1613,7878 МГц на верхней границе полосы частот РАС оказались равными 100% с учетом времени интеграции в 2000 с. Для соответствия критерию 2% уровень мощности помех должен быть снижен на 20 дБ. Для коротких периодов интеграции, равных 30 с, значения колебались от 4,7% на нижней границе полосы частот РАС до 43,5% ближе к верхней границе полосы, распределенной службе РАС. Для соответствия критерию 2% уровень мощности помех должен быть снижен на 11 дБ.

Представители компании IRIDIUM участвовали во всех этапах измерений, а также в формировании Отчета ECC, послужившего основой для данного раздела.

Выводы

Изучение проблем помех, создаваемых радиоастрономии от передатчиков, дало возможность сделать несколько выводов, из которых особенно важны следующие.

–   Радиоастрономические приемники требуют пристального внимания к фильтрации в РЧ- и ПЧ‑каскадах, с тем чтобы свести к минимуму проблемы, связанные с соседними полосами, и это обычно достаточно легко сделать.

–   Передатчики, работающие в полосах, которые не соседствуют с радиоастрономическими полосами, могут создавать помехи радиоастрономии за счет излучения гармоник, явлений взаимной модуляции и нефильтрованной широкополосной модуляции.

–   Передатчики на спутниках или воздушных судах могут создавать определенные трудности, поскольку обычно существуют условия распространения в пределах прямой видимости и вероятность приема в боковых лепестках вблизи главного лепестка (а не в удаленных боковых лепестках) больше, чем для наземных передач.

–   В общем случае распределение полос, соседних с радиоастрономическими полосами, для служб, использующих наземные передачи с большой мощностью или передатчики на спутниках, может создавать сложные и дорогостоящие технические проблемы.

–   Широкополосные излучения спутников типа сигналов, использующих модуляцию с расширением спектра по методу прямой последовательности, могут создавать особенно серьезные проблемы для радиоастрономии, если такие передачи должным образом не фильтруются. Такие нежелательные излучения можно существенно сократить с помощью применения методов модуляции с формированием импульсов.

 

 

ССЫЛКИ

DALY, P. [1988] Aspects of the Soviet Union’s Glonass satellite navigation system.
J. of Navigation, Vol. 41, p. 186‑198.

GALT, J. [1990] Contamination from satellites. Nature, Vol. 345, p. 483.

MUROTA, K. and HIRADE, K. [1981] GMSK modulation for digital mobile radio telephony.
IEEE Trans. Commun., Vol. COM‑29, p. 1044‑1050.

OTTER, M. A. [June 1994] A comparison of QPSK, OQPSK, BPSK and GMSK modulation schemes. Report of the European Space Agency, European Space Operations Center, Darmstadt, Germany.

PONSONBY, J. E. B. [July 1991] Spectrum management and the impact of the GLONASS and GPS satellite systems on Radioastronomy. J. of Navigation, Vol. 44, p. 392‑398.

PONSONBY, J. E. B. [July 1994] Impact of the direct sequence spread spectrum signals from the Global Satellite Navigation System GLONASS on radio astronomy: problem and proposed solution. Proc. of the IEEE Spread Spectrum Symposium, Oulu, Finland.

 

ГЛАВА 7

Специальные технологии, их применение
и места проведения наблюдений

 

Введение

В данной главе рассматриваются технологии и места проведения наблюдений, которые не охвачены в полной мере в предыдущих главах в рамках более общего обсуждения. В частности, некоторые применения радиоастрономии включают наблюдения с помощью одной или нескольких антенн в космосе, которые иногда называют космической радиоастрономией. Антенна в космосе необходима по следующим соображениям.

–       В VLBI корреляция сигналов от наземных антенн с сигналами космической антенны дает более длинные базовые линии, а следовательно, более высокое угловое разрешение, которого можно добиться, используя только наземные антенны. Перемещение космической антенны по орбите вокруг Земли обеспечивает изменение направления базы, образуемой с наземными антеннами, что важно для получения двухмерного изображения.

–       Для наблюдения и измерения структуры космического микроволнового фонового (СМВ) излучения требуется очень высокая чувствительность на частотах около 30 ГГц и выше. Исключение поглощения в атмосфере и, в частности, изменения силы сигнала за счет неоднородностей в атмосфере очень важно, особенно для измерений с помощью одной антенны (общей мощности).

–       Для частот, близких к интенсивным линиям H₂O и O₂ в атмосфере Земли (см. Рисунок 3.1), необходимы наблюдения из космоса.

–       Для наблюдений на низких частотах, при которых радиоволны не могут проникать через ионосферу или сильно затухают, также необходимы наблюдения из космоса.

Наиболее важные места установки антенн для космической радиоастрономии следующие:

–      околоземная орбита, особенно удобная для VLBI (см. п. 7.2);

–      точка либрации Солнце-Земля L₂ (см. п. 7.3), находящаяся на расстоянии около 1,5 ´ 10⁶ км от Земли и поэтому обеспечивающая некоторую защиту от наземных помех;

–      орбита, следующая за движением Земли, на которой спутник оказывается вблизи орбиты Земли вокруг Солнца, но следует за Землей на расстоянии порядка 10⁶–10⁷ км, опять же обеспечивая некоторую защиту от наземных помех;

–      экранированная зона Луны (см. п. 7.4), которая обеспечивает наиболее эффективную защиту от наземных помех, но пока не используется.

Точка L₂, экранированная зона Луны и большинство планируемых земных орбит находятся в радиусе 2 ´ 10⁶ км. Это расстояние определяет границу между околоземным пространством и дальним космосом. Околоземные орбиты и точку L₂ используют для наблюдения структуры СМВ-излучения. Наземные пункты, выбранные из-за крайне низкого содержания паров воды в атмосфере у Южного полюса и в пустыне Атакама, также используются для СМВ-наблюдения (см. п. 7.5).

Другие специальные технологии и применения, обсуждаемые в данной главе, включают геодезические измерения с помощью VLBI (см. п. 7.2.2), наблюдения пульсаров, которые могут найти применение для службы точного времени (см. п. 7.6), и наблюдения Солнца и его влияния на космическую метеорологию (см. п. 7.7).