Δορυφορικές Επικοινωνίες Δρ. Α.Βλησίδης. Πληροφορίες Ιστοσελίδα Μαθήματος: https://eclass.teicrete.gr/courses/TP173/ G. Maral, M. Bousquet, «Δορυφορικές.

Παρουσίαση με θέμα: "Δορυφορικές Επικοινωνίες Δρ. Α.Βλησίδης. Πληροφορίες Ιστοσελίδα Μαθήματος: https://eclass.teicrete.gr/courses/TP173/ G. Maral, M. Bousquet, «Δορυφορικές."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Δορυφορικές Επικοινωνίες Δρ. Α.Βλησίδης

2 Πληροφορίες Ιστοσελίδα Μαθήματος: https://eclass.teicrete.gr/courses/TP173/ G. Maral, M. Bousquet, «Δορυφορικές Επικοινωνίες, Συστήματα Τεχνικές και Τεχνολογία» Χ.Καψάλης, Π.Κώττης «Δορυφορικές Επικοινίες» ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ Τεχν. Επιμελεια Αθ. Κανάτας - ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ

3 Περίγραμμα Ύλης Εισαγωγή Ιστορική αναδρομή Ανάλυση Ράδιο-ζεύξεων Τεχνικές Εκπομπής Πολλαπλή πρόσβαση

4 Ιστορική αναδρομή (1) Konstantin Tsiolkovsky (1857-1935), Ρώσος οραματιστής που πρώτος περιέγραψε έναν πύραυλο µε πολλαπλά στάδια ως µέσο εκτόξευσης και τοποθέτησης σε τροχιά. Hermann Noordung (1892-1929), επινόησε τη γεωστατική τροχιά, “The Problem of Space Travel : The Rocket Motor”. 1955: John R. Pierce (Bell Labs), “Orbital Radio Relays”,Σύγκριση χωρητικότητας τηλεπικοινωνιακού δορυφόρου (1000 τηλεφωνικές κλήσεις) και του 1ου υπερατλαντικού καλωδίου ΤΑΤ-1 (36 τηλεφωνικές κλήσεις µε κόστος $30-50 εκατομμύρια).

5 Ιστορική αναδρομή (2) 1957 04 Oct First satellite, first Russian satellite, Russia becomes the 1st space power: Sputnik 01Sputnik 01 03 Nov First living creature in space: Sputnik 02Sputnik 02 1958 01 Feb First American satellite, America becomes the 2nd space power: Explorer 01Explorer 01 18 Dec First telecommunication satellite: ScoreScore μετάδοση Χριστουγεννιάτικου μηνύματος Eisenhower (Δορυφόρος SCORE – Καθυστερημένη Αναμετάδοση μηνυμάτων). 1960 Λειτουργία Δορυφόρου – Ανακλαστήρα ECHO Ι (δοκιμές διάδοσης και τεχνικών μετάδοσης). Παθητικοί Δορυφόροι

6 1962 24 Φεβ. Πρώτη φωνητική επικοινωνία& TV μετάδοση μέσω satellite: Echo 1 26 Απριλ. Πρώτος Αγγλικός Δορυφόρος: Ariel 1 10 Jul Πρώτος ενεργός Τηλεπικοινωνιακός Δορυφόρος : Telstar 1 της AT&T (δορυφόρος σε τροχιά μέσου ύψους 7.200Km).Echo 1Ariel 1Telstar 1 29 Sep Πρώτος Καναδικός Δορυφόρος: Alouette 1Alouette 1 1960 : Κατασκευή πρώτου πυραύλου εκτόξευσης δορυφόρων DELTA από τις ΗΠΑ

7 Ιστορική αναδρομή (3) 1962 : Ακολουθούν οι RELAY και TELSTAR II µε παρόμοια χαρακτηριστικά (ελλειπτικές τροχιές μέσου ύψους µε ορατότητα στον Ατλαντικό 1963 : Εκτοξεύτηκε ο πρώτος δορυφόρος σε σχεδόν γεωστατική τροχιά (SYNCOM II).

8 Ιστορική αναδρομή (4) 1964 : Ιδρύεται ο πρώτος Διεθνής Οργανισμός για την Συντονισμένη Εκμετάλλευση του Διαστήματος, INTELSAT (International Telecommunication Satellite Organization). 19 Aug: First Γεωστατικός Δορυφόρος, first geostationary telecommunication satellite: Syncom 3 15 Dec First Italian satellite: San Marco 1Syncom 3San Marco 1 1965 : Εκτόξευση από το Ακρωτήριο Κανάβεραλ του πρώτου εμπορικού τηλεπικοινωνιακού γεωστατικού δορυφόρου της εταιρείας COMSAT, με ονόμα Early Bird. 1965 : Ο Early Bird περιέχεται στον INTELSAT και ονομάζεται INTELSAT I. Περιείχε 480 τηλεφωνικά κανάλια και ήταν ο πρώτος δορυφόρος που έδωσε τη δυνατότητα υπερατλαντικής μετάδοσης τηλεοπτικών προγραμμάτων.

9 Ιστορική αναδρομή (5) 1965: Οι Ρώσοι απαντούν µε τον πρώτο τηλεπικοινωνιακό δορυφόρο σε τροχιά MOLNYA και δημιουργούν το πρώτο σύστημα τοπικών επικοινωνιών µε δορυφόρους. 1967-68: INTELSAT II και αργότερα ο INTELSAT III, ο πρώτος δορυφόρος που παρείχε κάλυψη σε 3 Ωκεανούς. 17 May First European satellite: ESRO 2BESRO 2B

10 Ιστορική αναδρομή(6) 1977: Ιδρύεται ο Οργανισμός EUTELSAT 1983: Εκτόξευση του πρώτου Ευρωπαϊκού Δορυφόρου ECS (EUTELSAT 1). Εξολοκλήρου Ευρωπαϊκή κατασκευή υπό την επίβλεψη της ESA (European Space Agency) 2001: Η Ελλάδα μέλος της ESA 2002: Ο πρώτος Ελληνικός Δορυφόρος σε τροχιά (ενοικίαση δορυφόρου Kopernikous). 2003: Ο πρώτος Ελληνικός Δορυφόρος (HELLAS- SAT) σε τροχιά.

11 To 2003, Μεταφέρθηκε στο διάστημα από τον πύραυλο Atlas 5 ο πρώτος δορυφόρος Ελλάδας – Κύπρου O Hellas-Sat Κατασκευαστική εταιρεία Astrium Προσφέρει πλοήγηση στο διαδίκτυο, Δορυφορικό Internet, μετάδοση ήχου και ψηφιακής τ ηλεόρασης, διαδραστικές υπηρεσίες. Αναμένεται ότι θα έχει διάρκεια ζωής 15 χρόνων και έχει προσφέρει κάλυψη στους Ολυμπιακούς αγώνες του 2004. Θέση του 39 0 East 30 high power Ku-Band transponders κατανεμημένους σε σταθερές δέσμες πάνω από την Ευρώπη. Frequency: 10.95 - 12.75 GHz (Ku band) Amplifier type TWTA 105 Wats http://www.tbs- satellite.com/tse/online/sat_hellas_sat_2.html http://gr.kingofsat.net/pos-39E.php

12 Ο δορυφόρος είναι από τους πιο ισχυρούς στην αγορά, και έχει ευρεία γεωγραφική κάλυψη: τοποθετημένος στις 39 μοίρες ανατολικά, σε γεωστατική τροχιά από τις 28 Μαϊου 2003 - δηλαδή ο δορυφόρος βρίσκεται μονίμως πάνω από ένα σταθερό σημείο της Γης (Κένυα)- διαθέτει δύο σταθερές δέσμες με 18 αναμεταδότες για την κάλυψη της Ευρώπης και δύο κινητές δέσμες με 12 αναμεταδότες για την κάλυψη της Μέσης Ανατολής, της Αφρικής, και της Νοτιοανατολικής - Κεντρικής Ασίας. Ιδιαίτερα σημαντικό θεωρείται το γεγονός ότι ο δορυφόρος μπορεί να αναμεταδώσει ψηφιακό τηλεοπτικό πρόγραμμα σε όλη την Ευρώπη, σε οικιακές κεραίες μόλις 60 εκατοστών, χάρις στο πολύ ισχυρό του σήμα (52 dBW). Ο δορυφόρος έχει ύψος 4.9 μέτρα, μήκος 1.7 μέτρα και πλάτος 2.5 μέτρα, ενώ το άνοιγμα των ηλιοσυλλεκτών του είναι 32 μέτρα. Οσον αφορά το ωφέλιμο φορτίο (payload), η ισχύς ανέρχεται σε 5.600W, οι ζώνες συχνοτήτων είναι :13,75-14,50 GHz uplink και 10,95-12,75 GHz downlink. Όπως προαναφέρθηκε ο αριθμός αναμεταδοτών, ανέρχεται σε 30 αναμεταδότες Ku band και το εύρος ζώνης των αναμεταδοτών είναι 36 ΜHz, ενώ η ισχύς εξόδου είναι 105 W.

13 Δέσμη Hellas Sat footprint (F1-beam)

14 NOVA CHANNELS

15 https://en.wikipedia.org/wiki/ESTCube-1 ESTCube-1 http://www.esa.int/spaceinvideos/Videos/2016/01/ESA_Euronews_CubeSa t_a_satellite_in_a_shoe_box/(lang)/gr

16 TI EINAI TO ARDUSAT Το ArduSat αποτελεί κατασκευή μικρό – διαστημικής τεχνολογίας βασισμένη σε πλατφόρμα ανοικτού λογισμικού όπως για παράδειγμα το Arduino. Οριζέται ως ο συνδυασμός του Arduino και και του CubeSat, δίδοντας περισσότερες δυνατότητες προς όλους για την χρήση του. Η λογική του πειράματος είναι η προσομοίωση ενός πειραματικού δορυφόρου ελαχιστοποιώντας τόσο το μέγεθος του υλικού μέρους όσο και την απλοποίηση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

17 DEPLOYING A SET OF CUBESATS FROM THE INTERNATIONAL SPACE STATION http://www.nasa.gov/content/cubesats-and-robotics-on- station-thursday

18 Οργάνωση δορυφορικού συστήματος Down Link Up Link

19 http://www.ieee.li/pdf/viewgraphs/fundamentals_satellite_communication_part_2.pdf Bent-Pipe: to support point-to-multipoint communications

20 A CPE device is telecommunications hardware located at the home or business of a customer. Very Small Aperture Terminal (VSAT) refers to a earth station linked to satellite using RF link and usually will have different diameter antennas. VSATs provide the important communication link to set up a satellite based communication network. VSATs can be used for voice, data, or video transmission and reception

21 DIGITAL SATELLITE UPLINK DOWNLINK CHAIN http://www.inetdaemon.com/tutorials/teleco m/satellite/uplink_chain.shtml http://www.inetdaemon.com/t utorials/index.shtml http://www.inetdaemon.com/t utorials/index.shtml ΕΠΙΔΕΙΞΗ +ERGASIA

22 Διαστημικό τμήμα (1) O Δορυφόρος περιέχει δύο βασικά μέρη: 1. Ωφέλιµο Φορτίο (Payload) : κεραίες, ηλεκτρονικός εξοπλισμός μεταδόσεων και λήψης 2. Πλατφόρμα (Platform or Bus) Μηχανική Κατασκευή Παροχή Ηλεκτρικής Ενέργειας Έλεγχος Θερμοκρασίας Έλεγχος Θέσης και Τροχιάς Εξοπλισμός Πρόωσης Εξοπλισμός Παρακολούθησης Τηλεμετρίας & Ελέγχου, (από επίγειες Εγκαταστάσεις Ελέγχου), Τηλεμετρίας & Παρακολούθησης Δορυφόρου (Tracking Telemetry & Control TT&C)

23 Διαστημικό τμήμα (2) Ρόλος δορυφόρου Ενίσχυση λαμβανομένων σημάτων (Uplink) και επανεκπομπή (Downlink) σε προκαθορισμένες συχνότητες Μετατροπή συχνότητας: 1. με μετατροπέα συχνότητας (transparent satellites) 2. με χρήση αποδιαμορφωτών (regenerative satellites) Τεχνικά Χαρακτηριστικά Δορυφόρου Λαμβανόμενη ισχύς φέροντος κύματος στην είσοδο του δέκτη (λήψη από γή) είναι 100pW έως 1nW Εκπεμπόμενη ισχύς φέροντος στην έξοδο του δέκτη (πομπός) 10W έως 100W Απολαβή ισχύος είναι της τάξης από 100 – 130 dB Αξιοπιστία (reliability) – διάρκεια ζωής – διαθεσιμότητα

24

25

26 http://www.esa.int/Our_Activities/La unchers/Launch_vehicles/Ariane_5_ ECA2 http://www.esa.int/Our_Activities/ Launchers/building_a_launcher_a nimationhttp://www.esa.int/Our_Activities/ Launchers/building_a_launcher_a nimation Συνθεση

27 Επίγειο Τμήμα (1) Ο Πομπός και ο ∆έκτης είναι μέρη του Επίγειου Σταθμού Οι επίγειοι σταθμοί είναι είτε Σταθεροί είτε Κινητοί Οι Σταθεροί Επίγειοι Σταθμοί περιλαμβάνουν Σταθμούς Δρομολόγησης της τηλεπικοινωνιακής κίνησης που συλλέγεται από επίγεια συστήματα. Σταθμούς στις εγκαταστάσεις του χρήστη. Οι Κινητοί Σταθμοί περιλαμβάνουν σταθμούς σε Ξηρά, Θάλασσα και Αέρα.

28 Επίγειο Τμήμα (2) Τα Δορυφορικά Συστήματα Επικοινωνιών εμπλέκουν πολλούς επίγειους σταθμούς που εκπέμπουν και ζητούν ταυτόχρονη πρόσβαση σε ΕΝΑ δορυφόρο. (Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης). Τα Δορυφορικά Συστήματα Ευρείας Μετάδοσης εμπλέκουν έναν Επίγειο Σταθμό που εκπέμπει, και πολλαπλούς επίγειους σταθμούς δέκτες μόνο (RCVO).

29 Οργάνωση Επίγειου Τμήματος

30 ORBITS -ΤΡΟΧΙΕΣ SATELLITES

31 Κυκλική με κέντρο, το κέντρο της Γης Ελλειπτική με το ένα κέντρο, στο κέντρο της Γης Τροχιά γύρω από τη Γη σε διαφορετικά επίπεδα Ισημερινή τροχιά πάνω από τον Ισημερινό της Γης Πολική τροχιά που περνάει πάνω από τους πόλους Άλλες τροχιές που αναφέρονται σαν κεκλιμένες τροχιές Τροχιά – Υψόμετρο των δορυφόρων (1) Κυκλική ή ελλειπτική τροχιά

32 Τροχιά – Υψόμετρο των δορυφόρων (2) Τροχιά : H Πορεία Δορυφόρου, H θέση του Δορυφόρου ως προς την γη. Σε μεγάλο ύψος ποιο σταθερή θέση αλλά, μεγαλύτερη καθυστέρηση στην επικοινωνία Η ταχύτητα του δορυφόρου είναι αντίστροφα ανάλογη µε την απόσταση από τη γη (επόμενη διαφάνεια). Συνήθεις τροχιές GEO (Geostationary Earth Orbits - 24h period) ΗΕΟ (Highly Elliptical Orbits) LEO (Low Earth Orbits) MEO (Medium Earth Orbits)

33 Τροχιά – Υψόμετρο των δορυφόρων (3) Ταχύτητες των δορυφόρων Γεωστατικής Τροχιάς – Geostationary orbit (GEO) @ 11000 km/h Μεσαίας Τροχιάς - Medium earth orbit (MEO) @ 19000 km/h Χαμηλής Τροχιάς - Low earth orbit (LEO) @  7.8km/sec Εξίσωση τροχιάς M*ω 2* r = k*m*M/r2 => T ~ r^{3/2} όπου Τ είναι η περίοδος του δορυφόρου r η απόσταση του από την γη, Μ μάζα γης, m μάζα Δορυφόρου Spead of the Earth :1669.8 km/h). Orbit DistanceMilesKm 1-way Delay Low Earth Orbit (LEO)100-500160 - 1,40050 ms Medium Earth Orbit (MEO)6,000 - 12,00010 -15,000100 ms Geostationary Earth Orbit (GEO) ~22,30036,000250 ms High Earth Orbit (HEO)Above 22,300Faster than 36,000300 ms or more http://www.inetdaemon.com/tutorials/satellite/orbits/ index.shtml

34

35 What this equations tells us is that : in order for a satellite to orbit at a certain distance from the earth, it must have a certain speed. The closer the satellite is to the earth (the smaller r is) the quicker the satellite has to move. The further away the satellite is from the earth (the larger r is) the slower it will move. ¨This should make sense because the acceleration of gravity gets smaller as you move further from the earth and gets larger the closer you get to the earth.

36 Satelite orbit – Kepler Laws 1. Kepler Laws Johannes Kepler (1571-1630 AD) παρατήρησε την κίνηση των πλανητών και διατύπωσε νόμους που διέπουν την κίνησή τους. Είναι γενικά γνωστοί ως Kepler’s Laws of Motion. Αυτοί ε ίναι, First Law: - The planets move around the Sun in elliptical orbits with Sun at one of the focal points of the ellipse.

37 Satelite orbit – Kepler Laws Second Law: - A planet moves around the sun in such a way that it sweeps (σαρώνει) equal areas in equal intervals of time. Visit the following site for an animation of Kepler laws. http://www.youtube.com/watch?v=54fnbJ1hZik

38 Satellites orbit – Kepler Laws Third Law: - The ratio of the square of the orbital period (T) to the third power of the semi-major axis(ημιβασικό άξονα) (a) is a constant. T 2 = k*a 3 k= T 2 /a 3 k is decided by the gravitational constant of the sun. Kepler laws, though derived by observing the planetary motion, are applicable to the satellites’ motion as well. In case of the satellites moving around the earth, the earth is at one of the local points of the ellipse.

39 Satellites orbit – Kepler Laws 2. Orbital Elements: Προκειμένου να καθοριστούν μεμονωμένα η θέση και η ταχύτητα ενός δορυφόρου σε οποιαδήποτε στιγμή του χρόνου, απαιτούνται έξι παράμετροι. Μπορούν να είναι : τρία τμήματα θέσης και τρία τμήματα ταχύτητας. Εκτός από αυτά, υπάρχουν και άλλες μορφές αντιπροσώπευσης της τροχιάς που έχουν περισσότερη γεωμετρική σημασία. Μια τέτοια αντιπροσώπευση είναι : Kepler Elements. Οι έξη παραμετροι Kepler Elements are : Semi-major axis (a) (κύριος ημιάξονας), Eccentricity (b) (εκκεντρικότητα), Inclination (i) (εγκλίση), Argument of Perigee (ω) (Όρισμα περί- γειου), Right Ascension of ascending node (Ω) Mean Anomaly (M) ( defines the position of the orbiting body along the ellipse). Ανοδικός Κόμβος(σημείο τομής επιφανειών)

40 Satellites orbit – Kepler Laws Από τον καθορισμό των τροχιακών στοιχείων που παρουσιάζονται στην εικόνα, μπορεί να παρατηρηθεί: (1) Ω και i καθορίζουν τον προσανατολισμό του επίπεδου τροχιάς μέσα σε ECI (Earth Centered Inertial) frame. (2) ω καθορίζει τη θέση του περίγειου στο επίπεδο τροχιάς σε σχέση με τον ανερχόμενο κόμβο. (3) a and b καθορίζουν την μορφή της τροχιάς. Εάν b = 0, η τροχιά είναι κυκλική ; Εαν 0 < b < 1 η τροχιά είναι ελλειπτική.

41 Χαρακτηριστικά τροχιάς,ως προς το Ισημερινό επίπεδο Περίγειο Απόγειο

42 Χαρακτηριστικά θέσης Δορυφόρου ως προς το οριζόντιο επίπεδο του τόπου που βρισκόμαστε

43 E A so called footprint can be defined as the area on earth where the signals of the satellite can be received.

44 Χαρακτηριστικά τροχιάς,ως προς το Ισημερινό επίπεδο

45 Orbit dinstance Miles Km 1-way Delate (καθυστέρηση σήματος) Low Earth Orbit (LEO)100-500160 - 1,400 50ms Medium Earth Orbit (MEO)6,000 - 12,00010 -15,000 100 ms Geostationary Earth Orbit (GEO ~22,300 36,000 250 ms Sattellite Orbits and Applications LOW EARTH (LEO) [ Satellite phone, Military, Observation ] MIDDLE EARTH (MEO) [ Weather Satellites, Observation ] GEOSTATIONARY/GEOSYNCHRONOUS (GEO) [ Television, Communications ] http://www.radio-electronics.com/info/satellite/satellite-orbits/satellites-orbit-definitions.php

46 This image depicts the geostationary equatorial orbit in which most communications and weather satellites are located. http://www.space.com/29222-geosynchronous-orbit.html

47

48 SATELLITE ORBIT DEFINITIONS ORBIT NAMEORBIT INITIALS ORBIT ALTITUDE (KM ABOVE EARTH'S SURFACE) DETAILS / COMMENTS Low Earth OrbitLEO200 - 1200 Read more Medium Earth Orbit MEO1200 - 35790 Geosynchronous Orbit GSO35790Orbits once a day, but not necessarily in the same direction as the rotation of the Earth - not necessarily stationary Read more Geostationary Orbit GEO35790Orbits once a day and moves in the same direction as the Earth and therefore appears stationary above the same point on the Earth's surface. Can only be above the Equator. Read more High Earth OrbitHEOAbove 35790 Read more

49

50

51 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΡΟΧΙΩΝ ΔΟΡΥΦΟΡΩΝ

52 GEO ( Geosynchronous) Orbits (1) Κυκλικές τροχιές με μηδενική κλίση (ισημερινές τροχιές - 0° latitude (λ ).latitude Ύψος 35.786 Km Περιστροφή με την ίδια ταχύτητα και φορά με τη γη (T=23 hrs, 56 mins, 4.09 secs). Συνεχής κάλυψη της περιοχής ορατότητάς του. (Geostationary satellites provide a "big picture" view, enabling coverage of weather events. This is especially useful for monitoring severe local storms and tropical cyclones). Περιοχή ορατότητας, 42.4% της επιφάνειας της γης. 3 δορυφόροι είναι αρκετοί για την πλήρη κάλυψη της γης (εκτός από τις περιοχές των πόλων). http://en.wikipedia.org/wiki/Geostationary A satellite in a geosynchronous orbit returns to exactly the same place in the sky at exactly the same time each day.satellite The special case of a geosynchronous orbit that is circular and directly above the equator is called a geostationary orbit.equatorgeostationary orbit

53 GEO Orbits (2) GEOs support voice, data, and video services, most often providing fixed services to a particular region. For example, GEO satellites provide back-up voice capacity for the majority of the U.S. and E.U. long distance telephone companies and carry the bulk of nation-wide television broadcasts, which commonly are distributed via from a central point to affiliate stations throughout the country. Πλεονεκτήματα: Η ανίχνευση της θέσης του δορυφόρου είναι απλή διαδικασία. Μεγάλη περιοχή κάλυψης. Οι αλλαγές σταθμού βάσης κατά τη διάρκεια μιας κλήσης /επικοινωνίας (handoff) είναι εξαιρετικά σπάνιες

54 GEO Orbits (3) Disadvantages of GEO: Northern or southern regions of the Earth (poles) have more problems receiving these satellites due to the low elevation above a latitude of 60°, i.e., larger antennas are needed in this case. Shading of the signals is seen in cities due to high buildings and the low elevation further away from the equator limit transmission quality. The transmit power needed is relatively high which causes problems for battery powered devices. These satellites cannot be used for small mobile phones. The biggest problem for voice and also data communication is the high latency as without having any handovers, the signal has to at least travel 72,000 kms. Due to the large footprint, either frequencies cannot be reused or the GEO satellite needs special antennas focusing on a smaller footprint. Transferring a GEO into orbit is very expensive

55

56 Παραδείγματα GEO

57 HEO ( High Earth Orbit/ High Elliptical Orbit) Ελλειπτικές τροχιές με γωνία κλίσης περίπου 64 0 ως προς το ισημερινό επίπεδο και περίοδο μεγαλύτερη από μια αστρική ημέρα Κάλυψη περιοχών με μεγάλο γεωγραφικό πλάτος στο απόγειο (apogee : το κέντρο της έλλειψης απέναντι από την γή). Μεγάλο κλάσμα της περιόδου περιστροφής στο απόγειο π.χ. τροχιά MOLNYA με 8 από τις 12 ώρες της περιόδου. Για τροχιά TUNDRA(elliptical geosynchronous orbit ) η περίοδος περιστροφής είναι περίπου 24 ώρες, inclination 63.4 0ellipticalgeosynchronous orbit Παγκόσμια κάλυψη με 3 δορυφόρους σε 3 τροχιές και με διαφορά φάσης. Κάλυψη με μεγάλες γωνίες ανύψωσης. Μέσο ύψος τροχιάς 35850 Km All the Apollo missions were technically HEO orbits

58 HEO ( High Earth Orbit/ High Elliptical Orbit) Ground track of three satellites of the Sirius Satellite RadiosatellitesSirius Satellite Radio

59 High-elliptical Orbits Satellite (HEO) System « Αrctica» Russian Federal Space Agency Parameter of the spacecraft orbits: - apogee altitude (α) ~ 40000 km; - perigee altitude (π) ~ 1000 km; - inclination (i) ~ 63 о ; - orbital period - 12 hours Positional relationship of the spacecraft orbits: coincidence of ascending node (Ω) of the spacecraft No.1 orbit and descending node ( ) of the spacecraft No.2 orbit

60 Main Tasks and Applications of Arctica Utilization for analysis and forecasting : - weather in the regional (Arctic) and global scales; - ice coverage in Arctic; - aircrafts flight conditions (cloudiness, wind, streams and etc.); - snow cover; - heliogeophysical conditions Monitoring of extremal phenomena (natural and antropogenic origin) Climate changes monitoring Data collection and retransmission from data collection platforms (ground-, sea- and air-based platforms) Dissemination of the satellite data, meteorological and heliogeophysical data

61 Παράδειγμα HEO http://web.cc.uoa.gr/~lunarsat/education/troxies_1_gr.htm το σημείο 7 είναι το απόγειο της τροχιάς του σώματος 3 Ελλειπτικές Τροχιές μη Μηδενικής Έγκλισης

62 Πλεονεκτήματα. Μεγάλη γωνία ανύψωσης Μεγάλος χρόνος ορατότητας Κάλυψη περιοχών μεγάλου γεωγραφικού πάτους Ελασχιτοποίηση θορύβου και παρεμβολών Μικρό κόστος επίγειου σταθμού Μειονεκτήματα Ισχυρό φαινόμενο Doppler Μεταβαλλόμενος χρόνος διάδοσης Μειωμένο χρόνο ζωής Δορυφόρων Χρήση κεραιών μεγάλης ενεργούς επιφάνειας Απαιτούνται περισσότεροι από ένας Δορυφόροι Διατάραξη τροχιάς λόγω ασύμμετρου βαρυτικού πεδίου

63 LEO Orbits Κυκλικές τροχιές μικρού ύψους (700-1000Km), και περίοδο περίπου 1.5 ώρες. Τροχιακό επίπεδο με κλίση ως προς τον ισημερινό. Πολικές Τροχιές. Οι πολικές εγγυώνται ότι ο δορυφόρος θα περάσει πάνω από κάθε περιοχή της γης They have an inclination between 0 degrees (equatorial orbit) and 90 degrees (polar orbit).. Αστερισμοί δορυφόρων (π.χ. 11 τροχιακά επίπεδα με 6 δορυφόρους ανά επίπεδο στο Irridium, ή 8 επίπεδα με 8 δορυφόρους ανά επίπεδο στο Globalstar) παρέχουν παγκόσμια κάλυψη, παρέχονταs κυρίως mobile data services A typical LEO satellite takes less than two hours to orbit the Earth, which means that a single satellite is "in view" of ground equipment for a only a few minutes. http://www.compassroseintl.com/pubs/Intro_to_sats.html http://www.cellular.co.za/satellite-orbits.htm

64 Polar orbit is an orbit where the satellite travels in a North to South or South to North direction (NOOA) instead of the common West to East orbit. Because the earth spins in an Easterly direction, a polar orbit will eventually cover every possible combination of latitude and longitude. This makes polar orbits very useful for satellites which monitor the earth, such as weather satellites and geographical survey satellites We say that a polar orbit has an inclination, or angle, of 90 degrees. It is perpendicular to an imaginary line that slices through Earth at the equator. One complete orbit may take as little as 3 or 4 hrs

65 Polar Orbiting Satellites These satellites follow the Polar Orbits. An infinite number of polar orbits cover north and south polar regions. Weather (ultraviolet sensor also measure ozone level) satellites between 800 and 900 km National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) operate a weather satellite system Satellite period is 102 minutes and earth rotated 25 degree. Estimate the sub-satellite point at the following times after the equator 90 degree E North-South crossing: a)10 minutes, 87.5 degree E and 36 degree S; b)b) 102 minutes, 65 degree E and equator; c) 120 minutes, 60 degree E and 72 degree S. The system uses both geostationary operational environment satellite (GOES) and polar operational environment satellite (POES) Sun synchronous: they across the equator at the same local time each day The morning orbit, at an altitude of 830 km, crosses the equator from south to north at 7:30 AM, and the afternoon orbit, at an altitude of 870 km, at 1:40 PM. Search and rescue (SAR) satellite: Cospas-Sarsat.

66 Παράδειγμα LEO

67 MEO ( MEDIUM EARTH ORBIT) Κυκλικές Τροχιές, μέσου ύψους (10.000Km), περίοδο περίπου 6 ώρες και κλίση τροχιακού επιπέδου 50 μοίρες. Εφαρμογές και ελλειπτικές τροχιές Ονομάζονται και ICO (Intermediate Circular Orbits). Με 2 τροχιακά επίπεδα και 6 δορυφόρους ανά επίπεδο επιτυγχάνεται παγκόσμια κάλυψη. http://www.compassroseintl.com/pubs/Intro_to_sats.html Η τροχιά τους βρίσκεται μεταξύ LEO and GEO Κύρια χρήση σε GPS εφαρμογές

68 Παράδειγμα MEO A GPS SYTEM

69 Iridium The Iridium satellite constellation is a system of 66 active communication satellites with spares in orbit and on the ground. It allows worldwide voice and data communications using handheld satellite phones. The Iridium network is unique in that it covers the whole earth, including poles, oceans and airwayssatellite constellation satellites satellite phones

70 Στατιστική χρήσης τροχιών

71 Συγκριτικά Στοιχεία Δορυφορικών Τροχιών

72 Επιλογή τροχιάς Έκταση της προς κάλυψη περιοχής, και γεωγραφικό Πλάτος της περιοχής Επιθυμητή Γωνία Ανύψωσης Επιθυμητή διάρκεια εκπομπής Μέγιστη Ανεκτή καθυστέρηση εκπομπής Ανοχή στις παρεμβολές Απόδοση εκτοξευτών Κόστος Γωνία Ανύψωσης

73 Εξέλιξη των Δορυφορικών Επικοινωνιών IntelSat I: Τηλεφωνία και τηλεόραση Χωρική απομόνωση Πολλαπλή πρόσβαση FDMA Πολλαπλή πρόσβαση ΤDMA Δορυφόροι με πολλαπλές δέσμες Μεταγωγή δορυφόρου

74 Υπηρεσίες Μαζικές τηλεφωνικές συνδέσεις Συστήματα πολλαπλών υπηρεσιών Τερματικά συστήματα πολύ μικρής επιφάνειας Κινητές-προσωπικές τηλεπικοινωνίες Πολυμέσα

75 Συμπεράσματα Οι δορυφορικές επικοινωνίες είναι πια μέρος του περιβάλλοντος μας Οι δορυφορικές επικοινωνίες ανταγωνίζονται τα επίγεια δίκτυα Οι δορυφορικές επικοινωνίες παρέχουν εξειδικευμένες υπηρεσίες

76  Το κόστος της επικοινωνίας είναι ανεξάρτητο της απόστασης των τελικών σημείων.  Χρήσιμη για επικοινωνία σε απομακρυσμένες περιοχές ή περιοχές που έχουν αντιμετωπίσει κάποια έκτακτη κατάσταση.  Δυνατότητα ταυτόχρονης εκπομπής σε πολλαπλά σημεία.  Μεγάλο εύρος συχνοτήτων που εξασφαλίζει και μεγάλες ταχύτητες επικοινωνίας  Υψηλή καθυστέρηση διάδοσης του σήματος που οφείλεται στην μεγάλη απόσταση που πρέπει να διανύσει το σήμα. Στις περιπτώσεις που χρησιμοποιούνται περισσότεροι από ένας δορυφόροι, η καθυστέρηση διάδοσης μεταξύ επίγειου πομπού και δέκτη αυξάνεται.  Το σήμα μπορεί να επηρεαστεί από την κατάσταση της ατμόσφαιρας της γης. Πλεονεκτήματα Δορυφορικών επικοινωνιών Μειονεκτήματα Δ.Ε

77

78 In a satellite network, Round Trip Time (RTT) : is the time required for a signal to travel from a terrestrial system up to the satellite and back, or for a signal to travel from a satellite down to a terrestrial system and back up to the satellite again. Round Trip Time is limited by the speed of light. Round Trip Time will be shortest for a Low Earth Orbit (LEO) satellite and longest for a geostationary satellite.Low Earth Orbit (LEO)geostationary satellite