Wojciech NAPIÓRKOWSKI, Marian KOPCZEWSKI Zastosowanie

Wojciech NAPIÓRKOWSKI
Marian KOPCZEWSKI
Politechnika KoszaliĔska
ZASTOSOWANIE SATELITARNYCH
SYSTEMÓW TELEKOMUNIKACYJNYCH
W STEROWANIU OBIEKTAMI
1. WstĊp
W dobie XXI wieku wspóáczesne wymagania cywilizacyjne zmuszają nas do
zapewnienia moĪliwoĞci przesyáania informacji pomiĊdzy dowolnie poáoĪonymi
punktami. Wywoáuje to ogromny wzrost znaczenia telekomunikacji bezprzewodowej, opartej na zasadzie áącznoĞci satelitarnej. Zastosowanie satelitów jako
stacji poĞredniczących w procesie transmisji informacji wpáywa na zwiĊkszenie
dostĊpnoĞci do usáug telekomunikacyjnych. Szczególne znaczenie ma to w miejscach, gdzie charakter obszaru ogranicza lub niekiedy uniemoĪliwia stosowanie
naziemnych systemów telekomunikacyjnych. WystĊpuje to zwáaszcza na obszarach pozbawionych infrastruktury telekomunikacyjnej, np. terenach pustynnych,
na morzach, sáabo zurbanizowanych obszarach wiejskich oraz miastach bądĨ
paĔstwach o nie w peáni rozwiniĊtej strukturze gospodarczo-ekonomicznoprzemysáowej, a niestety, wszĊdzie tam czymĞ sterujemy.
Telekomunikacja satelitarna stanowi obecnie intensywnie rozwijającą siĊ
dziedzinĊ wiedzy i techniki. DuĪa grupa ludzi jest zainteresowana korzystaniem
z tzw. usáug multimedialnych sterowania, czyli moĪliwoĞci áącznej prezentacji
róĪnych Ĩródeá danych, z których najbardziej rozpowszechnione są: tekst,
dĨwiĊk oraz obraz nieruchomy i ruchomy. Doprowadziá do tego rozwój Internetu i technik umoĪliwiających kompresjĊ obrazu i dĨwiĊku. Analizy dotyczące
rozwoju rynku usáug telekomunikacyjnych wskazują, Īe w przyszáoĞci usáugi
związane z transmisją danych bĊdą siĊ rozwijaü szybciej niĪ standardowe usáugi
telefoniczne.
2. Wykorzystanie systemów satelitarnych
Dotychczas dostĊp do multimedialnych usáug związanych ze sterowaniem byá
realizowany przy uĪyciu naziemnych stacjonarnych sieci teletransmisyjnych.
Wzrastający postĊp technologiczny dowodzi, iĪ transmisja satelitarna w znacznym stopniu uáatwi dojĞcie do usáug multimedialnych. Transmisja satelitarna
charakteryzuje siĊ duĪą przepáywnoĞcią i szerokim zasiĊgiem geograficznym.
Wykracza poza ograniczenia tradycyjnych infrastruktur naziemnych i jest ideal-
54
Wojciech Napiórkowski, Marian Kopczewski
nym medium transmisyjnym dla dostarczania nowych usáug szerokopasmowych.
Charakterystyczną cechą transmisji satelitarnej jest zdolnoĞü docierania do obszarów niedostĊpnych dla innych technik áącznoĞci.
DostĊp do multimedialnych usáug sterowania wyznaczają dwa parametry:
obszar i czas. WyróĪnia siĊ systemy satelitarne zapewniające:
– globalny dostĊp, tzn. caáa powierzchnia Ziemi znajduje siĊ w zasiĊgu dziaáania systemu,
– nie w peáni globalny dostĊp, gdy niektóre obszary - ze wzglĊdu na przewidywane maáe zapotrzebowanie - nie zostaáy objĊte zasiĊgiem systemu,
– dostĊp regionalny, obejmujący okreĞlone obszary o duĪym zapotrzebowaniu
na okreĞlone rodzaje usáug i uwzglĊdniający kontynentalną lub regionalną
specyfikĊ tych usáug.
W zaleĪnoĞci od potrzeby i przeznaczenia moĪemy wyodrĊbniü trzy grupy
wykorzystania systemów satelitarnych:
– realizacja okresowych poáączeĔ z obiektami staáymi i ruchomymi na powierzchni Ziemi przy niewielkim ich zapotrzebowaniu na ruch telekomunikacyjny.
– transmisja i radiodyfuzja programów telewizyjnych i radiofonicznych.
– rozgaáĊzione systemy áącznoĞci satelitarnej charakteryzujące siĊ bardzo duĪą
szerokoĞcią kanaáów transmisyjnych ze szczególnym przeznaczeniem dla
sieci internetowej i usáug multimedialnych. .
3. Rodzaje orbit, na których umieszczane są satelity
Orbity niskie (LEO) to orbity koáowe lub eliptyczne o wysokoĞci nad powierzchnią Ziemi od 500 do 2000 km. Satelity umieszczone na tego typu orbitach mają okres obiegu z przedziaáu 90-120 min, a czas widocznoĞci satelity
ponad horyzontem nie przekracza 20 min. PromieĔ obszaru, który satelita moĪe
obsáuĪyü, jest nie wiĊkszy niĪ 3000-4000 km.
Orbity Ğrednie (MEO, ICO) to orbity koáowe o wysokoĞci w przedziale
8000-12000 km. Okres obiegu satelity na takiej orbicie wynosi okoáo 6 h, a czas
widocznoĞci satelity ponad horyzontem jest liczony w godzinach.
Orbity silnie eliptyczne (HEO) mają perygeum na wysokoĞci okoáo 500 km
nad powierzchnią Ziemi, a apogeum na wysokoĞci do 50000 km. Okres obiegu
satelity wynosi od 8 do 24 h. Orbity te byáy stosowane w systemach Moánia
(okres obiegu 12 h) i Tundra (24 h).
Orbita geostacjonarna (GEO) jest stosowana przez wiĊkszoĞü dziaáających
obecnie systemów satelitarnych. Jest to orbita koáowa, leĪąca w páaszczyĨnie
równika, o okresie obiegu satelity równym okresowi obrotu Ziemi. WysokoĞü
orbity wynosi 35786 km. Istnieje tylko jedna taka orbita. Satelita umieszczony
na niej pozostaje pozornie nieruchomy w stosunku do punktów na powierzchni
Zastosowanie satelitarnych systemów telekomunikacyjnych
55
Ziemi. Zaletą orbity geostacjonarnej jest moĪliwoĞü zapewnienia áącznoĞci
w skali globalnej za pomocą niewielkiej liczby satelitów. Natomiast wadĊ stanowi duĪe táumienie oraz duĪe opóĨnienie sygnaáu na trasach Ziemia – satelita
i satelita – Ziemia.
Rys.1. Rodzaje Orbit
4. Globalny system pozycjonowania GPS
System GPS zacząá powstawaü pod koniec lat 70. Stopniowo byá uzupeániany
przez umieszczanie na orbicie kolejnych satelitów i udostĊpniany autoryzowanym uĪytkownikom wojskowym. Po wprowadzeniu na orbity wszystkich 24
satelitów, w lipcu 1995 roku ogáoszono system GPS jako w peáni operacyjny,
a rok póĨniej dziaáanie zakoĔczyá poprzednik GPS – system TRANSIT. Pomimo
olbrzymich kosztów budowy systemu (ok. 12 mld USD) jego wáaĞciciel, rząd
Stanów Zjednoczonych, nie pobiera Īadnych opáat za uĪytkowanie GPS.
Zastosowania systemu GPS:
– w lotnictwie w celu wyznaczania tras przelotu, równieĪ jako system nawigacyjny statków powietrznych oraz samolotów bezzaáogowych,
– w geofizyce w celu wyznaczania z milimetrową dokáadnoĞcią, wielkoĞci
przesuniĊü tektonicznych,
– w pracach geodezyjnych,
– w kartografii do tworzenia map,
56
Wojciech Napiórkowski, Marian Kopczewski
– w geodynamice do badania zaburzeĔ ruchu wirowego Ziemi, zmian poáoĪenia biegunów, przemieszczeĔ kontynentów oraz lokalnych obsuniĊü gruntów,
– w motoryzacji do pozyskiwania aktualnych informacji o rozmieszczeniu
poszczególnych pojazdów naleĪących do okreĞlonego przedsiĊbiorstwa
transportowego, wytyczania trasy przejazdu przez miasto czy teĪ automatycznego informowania o aktualnej pozycji uczestnika wypadku drogowego,
wzywającego pomocy za poĞrednictwem telefonu komórkowego,
– w nawigacji morskiej do planowania optymalnej trasy z punktu widzenia
warunków meteorologicznych oraz przy wprowadzaniu statku do portu,
– w budownictwie, np. przy niwelacji terenu.
DokáadnoĞü systemu GPS:
– w wersji darmowej system GPS pracowaá z dokáadnoĞcią 10-30 metrów do
roku 2000, na skutek celowego zakáócenia sygnaáu, lecz w roku 2000 ówczesny prezydent USA Bill Clinton nakazaá usuniĊcie zakáócenia sygnaáu, dziĊki
czemu dokáadnoĞü okreĞlania pozycji dla zwykáych uĪytkowników wzrosáa
do okoáo 4-12 metrów.
– w wersji páatnej wykorzystywanej najczĊĞciej w wojsku czy teĪ przy badaniach naukowych system moĪe pracowaü z dokáadnoĞcią poniĪej 1 metra.
5. Globalny satelitarny system multimedialny
SKYBRIDGE
W ramach projektu Skybridge powstaje sieü satelitów komunikacyjnych o bardzo wysokiej przepustowoĞci. Wedáug zaáoĪeĔ system bĊdzie sáuĪyá wyáącznie
do przesyáania danych i jest przewidziany do obsáugi wysokiej jakoĞci usáug
interaktywnych. Twórcy systemu szacują, Īe obsáuĪy on 20 mln klientów, zapewniając kaĪdemu z nich transfer na poziomie 60 Mb/s.
Budowa systemu Skybridge
Segment kosmiczny systemu bĊdzie skáadaá siĊ z 80 aktywnych satelitów (plus
4 satelity zapasowe na Ziemi) rozmieszczonych na 20 orbitach, po 4 satelity na
kaĪdej orbicie. W systemie zastosowano orbity koáowe o wysokoĞci 1469 km.
Segment naziemny bĊdzie obejmowaá centralne stacje sterująco-kontrolne,
stacje poĞredniczące do poáączenia z sieciami ziemskimi oraz róĪnego typu koĔcowe stacje naziemne dla uĪytkowników zbiorowych i indywidualnych.
7. Podsumowanie
Zgodnie z zaáoĪeniami strukturalno-systemowymi i przewidywanymi potrzebami,
satelity telekomunikacyjne bĊdą stanowiáy integralną i nierozáączną czĊĞü skáa-
Zastosowanie satelitarnych systemów telekomunikacyjnych
57
dową globalnych systemów áącznoĞci. Wzrastający postĊp techniczny przynosząc nowe rozwiązania sprawia, Īe wzrasta i tak szeroki wachlarz zastosowaĔ
systemów satelitarnych. Rozwój multimedialnych systemów satelitarnych sprawiá, Īe dziĞ moĪemy mieü áącznoĞü z miejscami, gdzie charakter obszaru ogranicza lub niekiedy uniemoĪliwia stosowanie naziemnych systemów telekomunikacyjnych. àącznoĞü satelitarna aktualnie pozwala nam korzystaü z takich usáug,
jak: dostĊp do Internetu i sieci WWW, elektroniczny transfer dokumentów, poczta elektroniczna i przesyáanie wiadomoĞci, dystrybucja danych, telewizja do
domu i telewizja na Īądanie, dystrybucja programów muzycznych, telewizja
rozsiewcza, wideokonferencja, usáugi bankowe, elektroniczne transakcje, elektroniczne sklepy, usáugi reporterskie SNG (Satellite News Gathering), bezprzewodowe LAN i rozszerzenie sieci LAN, a tym samym skuteczniejsze efekty
sterowania.
Systemy satelitarne znalazáy równieĪ zastosowanie w wojsku. JednakĪe naleĪy mieü na uwadze to, Īe ze wzglĊdu na áatwoĞü zniszczenia zawieszonego na
orbicie satelity kaĪdy satelitarny system áącznoĞci jest otwarty na destrukcyjne
dziaáanie przeciwnika. Stąd bezpieczna áącznoĞü wojskowa, szczególnie w warunkach prowadzenia dziaáaĔ wojennych, nie moĪe opieraü siĊ wyáącznie na
technice satelitarnej. Jednak w warunkach pokojowych áącznoĞü satelitarna bez
obawy moĪe byü stosowana w wojskowych systemach áącznoĞci, tym bardziej,
Īe gdy nie ma bezpoĞredniego zagroĪenia, Siáy Zbrojne obok przygotowania siĊ
do zadaĔ wojskowych peánią równieĪ zadania o charakterze cywilnym, takie jak.
np. wspieranie akcji humanitarnych i ekologicznych oraz udziaá w miĊdzynarodowych misjach i akcjach pokojowych, których znaczenie i zakres ciągle wzrasta. NiezbĊdnym czynnikiem, warunkującym sprawne speánianie wymaganych
zadaĔ, realizowanych czĊsto na obszarach o ubogiej lub nieistniejącej infrastrukturze telekomunikacyjnej, jest odpowiedni pod wzglĊdem funkcjonalnym system
áącznoĞci.