СИСТЕМЫ СПУТНИКОВ НА НАКЛОННЫХ ОРБИТАХ Российский патент 2018 года по МПК H04B7/19 

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка является заявкой согласно предварительной заявке на патент США № 1/914,766, ʺCOMMUNICATION FOR SATELLITES WITH INCLINED ORBITSʺ («Связь для спутников на наклонных орбитах»), поданной 11 декабря 2013; предварительной заявке на патент США № 61/914,779, ʺGROUND SYSTEM FOR HIGHLY INCLINED GEOSYNCHRONOUS SATELLITESʺ («Наземная система для спутников на орбитах с большими углами наклонения»), поданной 11 декабря 2013; предварительной заявке на патент США № 61/914,778, ʺSYSTEM FOR COORDINATING COMMUNICATIONS WITH HIGHLY INCLINED GEOSYNCHRONOUS SATELLITESʺ («Система для согласования связи с геосинхронными спутниками на орбитах с большими углами наклонения»), поданной 11 декабря 2013; и предварительной заявке на патент США № 61/941,852, ʺSYSTEM FOR SATELLITES WITH INCLINED ORBITSʺ («Система для спутников на наклонных орбитах»), поданной 19 февраля, 2014, полное содержание которых включено в настоящую заявку посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Данное раскрытие сущности изобретения относится, в общем, к системам спутников. Более конкретно, данное раскрытие сущности изобретения относится к системам спутников на орбитах с большими углами наклонения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Термин геосинхронный спутник используют для описания спутника, имеющего период обращения, приблизительно равный периоду вращения Земли вокруг своей оси. Термин геостационарный спутник, или GSO-спутник, используют для описания геосинхронного спутника, имеющего круговую и прямую орбиту, лежащую в плоскости, определяемой экватором Земли. Поскольку GSO-спутник имеет орбиту с периодом, равным, приблизительно, двадцати четырем часам, при наблюдении с поверхности Земли кажется, что GSO-спутник расположен в фиксированном положении на небе, приблизительно, на 35700 км выше экватора Земли.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В настоящее время существует необходимость в обеспечении дополнительных услуг радиосвязи с использованием частот, уже используемых активными GSO-спутниками. Однако, все более ограниченное пространство доступно для развертывания дополнительных GSO-спутников в орбитальных положениях GSO. Таким образом, в то время как существует необходимость в развертывании дополнительных спутников, становится все труднее размещать такие дополнительные спутники в орбитальных положениях GSO.

[0005] Описана система спутников на наклонных орбитах, которая может эффективно обеспечить непрерывную связь с многочисленными областями по всему миру с использованием спутников на наклонных орбитах. Для сосуществования с GSO-спутниками, спутники на наклонных орбитах этой системы спутников могут выключить, приглушить, или ослабить услугу, когда они находится вблизи экватора. Таким образом, для обеспечения непрерывной бесперебойной услуги могут потребоваться многочисленные спутники на наклонных орбитах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0006] Фиг. 1 показывает примеры схем перемещения геосинхронных спутников на наклонных орбитах.

[0007] Фиг. 2 показывает пример перемещения сфокусированного луча спутника во время его перемещения по наклонной орбите.

[0008] Фиг. 3 показывает пример локальных изменений луча спутника во время его перемещения по наклонной орбите.

[0009] Фиг. 4 показывает пример общей схемы системы спутников на наклонных орбитах.

[0010] Фиг. 5А показывает пример системы спутников на наклонных орбитах с двумя спутниками.

[0011] Фиг. 5B показывает пример системы спутников на наклонных орбитах с тремя спутниками.

[0012] Фиг. 6 показывает пример антенной системы пользовательского терминала или шлюза.

[0013] Фиг. 7А показывает пример схемы перемещения основного луча высокоширотной облучающей антенной решетки.

[0014] Фиг. 7В показывает пример схемы перемещения основного луча низкоширотной облучающей антенной решетки.

[0015] Фиг. 8 показывает иллюстративную блок-схему для блока приемника.

[0016] Фиг. 9 показывает иллюстративную блок-схему для блока передатчика.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Здесь описаны системы спутников на наклонных орбитах, которые могут эффективно обеспечивать непрерывную связь с географическими областями по всему миру с использованием спутников на орбитах с большими углами наклонения. Однако, существует некоторое количество системных задач, которые необходимо решить. Эти системные задачи, а также решения этих задач, обеспеченные согласно данному раскрытию сущности изобретения, описаны ниже.

[0018] Термин спутник на орбите с большим углом наклонения, или HIO-спутник (HIO - орбита с большим углом наклонения), используют для описания спутника, который может иметь высоту, подобную высоте GSO-спутника (GSO - геостационарная орбита), но который имеет наклонение орбиты, которое обуславливает его перемещение севернее и южнее экватора на фиксированной долготе, что определяет схему перемещения на протяжении 24-часовой орбиты, которая, при наблюдении с Земли, в общем, похожа на цифру восемь. Таким образом, орбиты с большим углом наклонения считаются геосинхронными, а не геостационарными. Фиг. 1 показывает иллюстративную схему перемещения геосинхронных спутников на наклонных орбитах, при наблюдении с Земли. Спутники и наземные станции, с которыми спутники могут осуществлять связь, могут быть основаны, например, на спутниках и наземных станциях, описанных в заявке на патент США № 13/803,449, озаглавленной ʺSatellite Beamforming Using Split Switchesʺ («Формирование лучей спутников с использованием составных переключателей»), и поданной 14 марта, 2013, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

[0019] Покрытие антенны спутника для конкретной области может изменяться в зависимости от положения HIO-спутника на орбитальной схеме перемещения в виде цифры восемь. Например, большое изменение покрытия может произойти, когда HIO-спутник в северном полушарии обслуживает географическую область в южном полушарии, или наоборот. Фиг. 2 показывает пример перемещения сфокусированного луча спутника во время его перемещения по 24-часовой геосинхронной орбите. Цифра восемь в центре фиг. 2 представляет собой орбиту с большим углом наклонения (highly inclined orbit - HIO) спутника относительно экватора (который показан в виде центральной горизонтальной линии на фиг. 2). Справочная буква А обозначает самое северное положение спутника на его орбитальной траектории. Справочная буква В обозначает самое южное положение спутника на его орбитальной траектории. В этом примере, когда спутник достигает положения В, лучи могут быть смещены севернее, что обеспечивает зону покрытия над африканским континентом (например), подобную зоне покрытия, показанной на левой стороне фиг. 2. Подобным образом, когда спутник достигает положения А, лучи могут быть смещены южнее, что обеспечивает зону покрытия над Африкой, подобную зоне покрытия, показанной на правой стороне фиг. 2.

[0020] В этом примере, как показано на фиг. 2, можно увидеть, что в то время как большинство областей Африки будет иметь покрытие, когда спутник достигает положения А или положения В, может существовать несколько областей, которые будут иметь ограниченное покрытие или не будут иметь никакого покрытия. Кроме того, области, имеющие ограниченное покрытие, или не имеющие никакого покрытия, будут разными, в зависимости от того, находится спутник в положении А или в положении В или в некотором другом положении на орбитальной траектории в виде цифры восемь. Однако, если многочисленные спутники используются согласованно согласно технологиям, описанным здесь, то все области будут иметь покрытие независимо от положения спутников на орбитальной траектории.

[0021] Локальное покрытие луча спутника для конкретной области может изменяться в зависимости от положения HIO-спутника на орбитальной схеме перемещения в виде цифры восемь. Например, покрытие луча спутника может быть растянуто, когда HIO-спутник в северном полушарии обслуживает географическую область в южном полушарии, или наоборот. Фиг. 3 показывает пример того, как локальные лучи могут измениться, когда спутник перемещается по своей HIO. Как и на фиг. 2, цифра восемь в центре фиг. 3 представляет собой орбиту с большим углом наклонения (HIO) спутника относительно экватора. Справочная буква А представляет самое северное положение спутника на его орбитальной траектории, а справочная буква В представляет самое южное положение спутника. Когда спутник достигает положения А, страны (такие как США, например), расположенные в северном полушарии, будут иметь максимальный уровень сигнала от луча, как показано, например, на правой стороне фиг. 3. Когда спутник достигает положения В, уровень сигнала, принимаемого странами северного полушария, будет, относительно, менее оптимальным, вследствие кривизны земной поверхности и большего расстояния между северным полушарием и спутником в положении В (как показано на левой стороне фиг. 3).

[0022] В этом примере можно увидеть, что в то время как все области США могут быть покрыты независимо от того, находится спутник в положении А или в положении В, оптимальное покрытие обеспечивается, когда орбиты спутников находятся над северным полушарием, а не над южным полушарием. Кроме того, качество покрытия будет разным, в зависимости от положения спутника на его орбитальной траектории. Однако, если многочисленные спутники используются согласованно согласно технологиям, описанным в данном раскрытии сущности изобретения, более высокое качество покрытия может быть обеспечено независимо от положения спутников на орбитальной траектории.

[0023] Сфокусированные лучи могут перемещаться относительно положений шлюзов и пользовательских терминалов. Покрытие может быть улучшено посредством снабжения спутника некоторым количеством лучей, большим, чем количество зон обслуживания. Взаимные помехи между пользовательскими терминалами, расположенными в одних и тех же или соседних зонах покрытия сфокусированных лучей, могут быть уменьшены посредством обеспечения информации о распределенных спутниках для шлюза и пользовательских терминалов и/или посредством согласования планов распределения лучей и частот. Когда покрытие луча спутника изменяется вследствие перемещения спутника: (1) пользовательские терминалы, возможно, должны перейти (осуществить хэндовер) на новый луч и частоту/ поляризацию того же спутника, и, возможно, на новый луч/поляризацию и частоту нового спутника; (2) пользовательским терминалам может быть распределен новый шлюз, при осуществлении пользовательским терминалом хэндовера к другому лучу спутника или другому спутнику; (3) шлюзы, возможно, должны быть способны перейти на новый луч линии передачи и, возможно, должны быть способны обеспечить распределение пропускной способности (комбинации распределений луча (передачи и/или приема), поляризации, мощности и частоты), для лучей спутника с активными пользователями; (4) спутник, возможно, должен быть способен переключать пропускную способность для географической области с активными пользователями; и/или (5) пользовательские терминалы и шлюзовые наземные станции, возможно, также должны переключать свои лучи передачи и приема наземных станций на другой спутник.

[0024] HIO-спутник может совместно использовать одни и те же частоты с GSO-спутником и может обслуживать ту же географическую область. Это может быть обеспечено посредством функционирования HIO-спутника за пределами заданной Исключительной области GSO-спутников (GSO Satellite Exclusion Region) около экватора. Два или более HIO-спутников могут быть использованы для оптимизации покрытия конкретной географической области с использованием одних и тех же частот. Посредством выключения, приглушения, или ослабления передач, когда HIO-спутник проходит вблизи экватора, возможно совместное использование ресурсов с геостационарными спутниками. Во время периода выключения первого HIO-спутника, второй HIO-спутник может быть использован для обеспечения непрерывающейся услуги. Два или более HIO-спутников могут быть использованы для покрытия отдельных долгот. Если относительное положение каждого HIO-спутника в пределах его схемы перемещения в виде цифры восемь спроектировано согласно технологиям, описанным здесь, то тогда единственный дополнительный спутник может служить в качестве дублера для многочисленных пар спутников на многочисленных долготах.

[0025] Система HIO-спутников, согласно данному раскрытию сущности изобретения, может состоять из одного или нескольких спутников, развернутых в группировку около постоянной Точки пересечения экватора. Дополнительно, система HIO-спутников данного раскрытия сущности изобретения может быть способна использовать все частоты, разрешенные в GSO-плоскости (C, Ka, Ku, X, и другие). Например, предполагая 6-градусный орбитальный промежуток у точки пересечения экватора, может быть развернуто 60 таких HIO-систем.

[0026] Один пример системы HIO-спутников показан на фиг. 4. В этом примере, три спутника имеют одинаковое пересечение с долготой. Два из этих спутников могут быть активными, и один спутник может быть дублирующим спутником. Эти три спутника могут перемещаться по одной и той же наклонной орбитальной траектории, причем каждый спутник пересекает экватор на одной и той же долготе в Точке пересечения экватора. Эти спутники могут быть позиционированы таким образом, чтобы, в любой заданный момент времени, по меньшей мере один спутник мог быть видимым над зоной покрытия. Пользовательская станция, расположенная в пределах зоны покрытия, может отслеживать HIO-спутник, который идентифицирован в качестве спутника, обеспечивающего услугу для этого пользователя.

[0027] HIO-группировка, которая согласует распределение спутников, лучей, мощности, покрытия, пропускной способности и частот в течение всего орбитального периода, может быть описана следующим образом.

[0028] Со ссылкой на фиг. 5А, описан пример, в котором два спутника на наклонных геосинхронных орбитах могут обеспечить услуги нисходящей связи и/или восходящей связи для многочисленных географически распределенных наземных терминалов. Каждый из этих спутников может выключить, приглушить или ослабить передачи вблизи экватора в исключительной зоне, чтобы не создавать взаимные помехи наземным пользователям геостационарных спутников. В то же время, наземные пользователи HIO-спутников также могут выключить, приглушить, или ослабить услугу, чтобы не создавать взаимные помехи сигналам восходящей связи геостационарных спутников. В предпочтительном варианте осуществления, два HIO-спутника могут быть разделены четырьмя часами таким образом, чтобы один спутник находился над тем же положением в пределах цифры 8 через четыре часа. Широты исключения, как для восходящей связи от наземных терминалов, так и нисходящей связи от спутника, могут быть обеспечены, например, при ½ наклонения. Однако, исключительная зона может быть меньшей или большей, чем ½ наклонения, в зависимости от возможности создания взаимных радиопомех между услугами на HIO-спутниках и GSO-спутниках. Если любой HIO-спутник имеет угол наклонения меньше ½ наклонения, то тогда все сигналы восходящей связи и нисходящей связи к HIO-спутнику и от него могут быть выключены. Таким образом, всегда может существовать один HIO-спутник, который находится за пределами исключительной зоны.

[0029] Со ссылкой на фиг. 5В, описан пример, в котором три спутника на HIO могут обеспечить услуги восходящей связи и/или нисходящей связи для многочисленных географически распределенных наземных терминалов. Относительное положение двух HIO-спутников может быть позиционировано таким образом, чтобы при добавлении третьего HIO-спутника, третий HIO-спутник мог быть позиционирован таким образом, чтобы два HIO-спутника всегда были за пределами исключительной зоны. Таким образом, один из спутников может обеспечить дублирующую связь, или все три спутника могут быть использованы для обеспечения связи для непрерывного покрытия. В этом примере, три спутника могут быть размещены с четырехчасовыми задержками друг относительно друга таким образом, чтобы третий спутник находился в 8 часах за первым спутником, а второй спутник находился в четырех часах за первым спутником. Любой из этих спутников может быть дублирующим спутником.

[0030] Дополнительные HIO-спутники на дополнительных долготах могут быть также использованы для обеспечения услуги для тех же или других географических областей. Кроме того, первый спутник, расположенный на каждой долготе, может находиться в одной и той же инерциальной орбитальной плоскости. Второй спутник в каждой долготе может находиться в общей орбитальной плоскости.

[0031] Поскольку на перемещение спутников в пределах орбитальной плоскости может быть затрачено минимальное количество топлива, одна ракета-носитель может быть использована для запуска первого набора от одного до трех HIO-спутников, а вторая ракета-носитель может быть использована для запуска второго набора HIO-спутников.

[0032] Первый спутник на каждой долготе может быть задержан с использованием Задержки=24*(lon_i)/360 часов, где lon_i является i-ой занятой долготой. Подобным образом, второй спутник на каждой долготе может быть задержан с Задержкой=24*(lon_i)/360 часов+4, где lon_i является i-ой занятой долготой. В орбитальной плоскости может находиться дополнительный спутник, который служит в качестве дублера, для всех спутников на всех долготах. Дублирующие спутники могут быть задержаны с использованием: Задержки=24*(lon_B)/360 часов+8, где lon_B является долготой дублирующего спутника. Это может быть выполнено для обеспечения того, что спутники на разных долготах находятся в одной и той же орбитальной плоскости. В случае неисправности спутника, любой из спутников в той же орбитальной плоскости может продублировать любой другой спутник посредством смещения с орбиты с одной долготой на орбиту с другой долготой. Поддержание спутников в одной и той же плоскости может минимизировать количество топлива, необходимое для выполнения этого маневра для дублирования.

[0033] HIO-спутник, обеспечивающий локальное покрытие, может использовать две или более антенн. Один или несколько спутников могут быть оптимизированы для обеспечения покрытия в северном полушарии, и один или несколько спутников могут быть оптимизированы для обеспечения покрытия в южном полушарии. Спутник может переключаться между антеннами в зависимости от того, которое полушарие он покрывает. Например, это может быть выполнено посредством: (1) отдельных рефлекторов или систем облучателей для двух антенн; (2) единственной антенны спутника, которая отслеживает зону покрытия, когда она перемещается по своей орбите в виде цифры восемь; или (3) единственной системы формирования луча спутника, которая может обеспечить оптимальные покрытия для луча спутника в каждом полушарии.

[0034] Система HIO-спутников, которая не обеспечивает услугу для географических областей, когда спутник расположен вблизи экватора, может устранить взаимные помехи, создаваемые спутником и связанными с ним наземными станциям, направленным антеннам GSO-спутников и направленным антеннам, которые направлены на эти GSO-спутники.

[0035] HIO-спутник, обеспечивающий покрытие сфокусированным лучом, может формировать дополнительные лучи с учетом перемещения HIO-спутника по его 24-часовой геосинхронной орбите. Например, это может быть выполнено посредством: (1) добавления дополнительных спутниковых антенных облучателей, которые учитывают изменение орбиты южных и северных спутников; или (2) системы формирования луча спутника с достаточным количеством облучателей, которая обеспечивает покрытие с учетом изменения орбиты HIO-спутников.

[0036] HIO-спутник может гибко переключать пропускную способность между облучающими элементами или отдельными антеннами. Например, это может быть выполнено посредством: (1) системы частотного канализирования; (2) переключающей матрицы на спутнике; или (3) наземных станций с направленными антеннами, которые могут переключать пропускную способность в пределах лучей одного спутника и между HIO-спутниками.

[0037] Система HIO-спутников может функционировать автономно, или с использованием глобальной системы управления ресурсами (resource management system - GRM), которая функционирует при Сетевом операционном центре и формирует карты возможности связи шлюзов и пользовательских терминалов и распределения частот лучей и поляризации шлюзов и пользователей для каждого спутника. GRM может быть соединена с каждым шлюзом через линию связи с низкой скоростью передачи данных (наземную или спутниковую). Шлюзы могут уведомлять пользователей о конкретных распределениях спутниковых лучей и поляризации, распределениях частот, и хэндоверах к новым шлюзам или спутникам, по спутниковой линии связи. Шлюзы могут уведомлять каждого пользователя, по спутниковой линии связи, о хэндоверах к новым спутникам и лучам, о распределениях новых частот и поляризации, и распределениях для новых шлюзов. Поскольку орбиты повторяются каждые двадцать четыре часа, GRM может сформировать повторяющиеся расписания для каждого HIO-спутника, как для пользователей, так и для шлюзов, которые могут оставаться неизменными до тех пор, пока требования к услуге остаются неизменными.

[0038] Шлюз, спутник, и пользовательские терминалы могут принимать от GRM расписание, которое может описывать зависимые от времени распределения частот, распределения лучей и поляризации, и направления ориентации на лучи наземной станции и спутника. Шлюз, пользовательские терминалы, и спутники могут следовать этому расписанию для обеспечения непрерывной услуги, с использованием многочисленных HIO-спутников и орбитальных положений в пределах одной и той же 24-часовой орбиты в виде цифры восемь с одной и той же точкой пересечения экватора.

[0039] Антенная система пользовательского терминала или шлюза может динамически покрывать различные области, когда HIO-спутник перемещается по своей орбите. Дополнительно или альтернативно, антенна пользовательского терминала или шлюза может одновременно принимать и/или передавать сигналы к/от многочисленных спутников, когда она отслеживает HIO-спутники на их орбитах. Пример антенной системы пользовательского терминала или шлюза показан на фиг. 6.

[0040] Антенная система пользовательского терминала или шлюза может включать в себя рефлектор, решетку облучающих элементов для высокоширотного спутника, решетку облучающих элементов для низкоширотного спутника, блок передатчика и/или блок приемника, и блок управления. Блок передатчика может передавать сигналы к HIO-спутнику, блок приемника может принимать сигналы от HIO-спутника, и блок управления может конфигурировать эти блоки таким образом, чтобы антенны пользовательских терминалов или шлюзов отслеживали HIO-спутник (HIO-спутники).

[0041] Облучающие антенные решетки пользовательских терминалов или шлюзов могут быть выполнены с возможностью покрытия орбиты активного HIO-спутника, видимого с Земли. Фиг. 7А показывает пример основных лучей, формируемых облучающей антенной решеткой, для осуществления связи пользовательского терминала или шлюза с HIO-спутниками в высоких широтах. Фиг. 7В показывает пример основных лучей, формируемых облучающей антенной решеткой, для осуществления связи пользовательского терминала или шлюза с HIO-спутниками, расположенными в низких широтах. Эти схемы перемещения основных лучей могут быть выполнены с возможностью покрытия HIO-спутников во время периодов активной передачи на HIO, когда HIO-спутники перемещаются по своим орбитам.

[0042] Облучающие антенные решетки пользовательских терминалов и шлюзов могут быть также выполнены с возможностью приема и/или передачи сигналов. Каждый из этих облучателей пользовательских терминалов или шлюзов может быть соединен с блоком приемника и блоком передатчика, соответственно. Блок передатчика и/или блок приемника может использовать два таких облучающих элемента в любой момент времени. Дополнительно или альтернативно, также может быть использовано более двух облучающих элементов. Эти два облучающих элемента могут быть выбраны таким образом, чтобы их схемы перемещения основных лучей облучения перекрывали HIO-спутник. Комплексные веса могут быть применены к облучающим элементам для приема и/или передачи, соответственно, и результирующие сигналы, принятые каждым облучающим элементом или переданные от него, могут быть суммированы для создания виртуального луча приемника или передатчика, соответственно, максимальный коэффициент усиления которого сфокусирован на HIO-спутнике.

[0043] Фиг. 8 показывает иллюстративную блок-схему для блока приемника пользовательского терминала или шлюза, согласно данному раскрытию сущности изобретения. В этом примере, высокоширотные и низкоширотные решетки облучающих элементов могут быть сначала усилены и, затем, переключены. Только одна пара каналов соседних элементов может быть выведена из переключателя. Комплексные веса могут управлять амплитудами и фазами принятых сигналов и могут быть применены к каждому из этих каналов элементов. Комплексные веса могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы интеллектуальный контроллер мог сориентировать виртуальный луч на спутник. Сигналы могут быть, затем, суммированы для формирования луча, сфокусированного на HIO-спутнике. Конкретно, сигналы, принятые в каждой решетке облучающих элементов, могут быть усилены и сдвинуты по фазе, согласно конкретному алгоритму, для обеспечения виртуального луча с максимальным коэффициентом усиления, сфокусированным на HIO-спутнике. Приемник может, затем, детектировать и обработать принятые сигналы. Более одного HIO-спутника может быть одновременно обслужено с использованием разных облучающих элементов посредством переключающей матрицы и отдельного приемника в пользовательском терминале или шлюзе. Такой операционный режим показан пунктирной линией с пометкой «необязательно» на фиг. 8.

[0044] Фиг. 9 показывает иллюстративную блок-схему для блока передатчика для пользовательского терминала или шлюза, согласно данному раскрытию сущности изобретения. В этом примере, сигнал от передатчика может быть разделен на два канала. Конфигурируемое ослабление комплексной амплитуды и сдвиг фазы могут быть применены к каждому соответствующему сигнальному каналу перед усилением каждого сигнального канала. Эти два канала могут быть, затем, поданы через переключающую матрицу на два соседних передающих облучающих элемента. Энергия, передаваемая от этих двух облучающих элементов, может быть объединена в пространстве для формирования виртуального луча, максимальный коэффициент усиления которого сфокусирован на HIO-спутнике. Более одного HIO-спутника может быть одновременно обслужено с использованием разных облучающих элементов посредством переключающей матрицы, отдельного набора ослабителей амплитуды, фазосдвигающих устройств, и передатчиков. Такой операционный режим показан пунктирной линией с пометкой «необязательно» на фиг. 9.

[0045] Блок управления может обеспечить интеллектуальные возможности для системы пользовательских терминалов или шлюзов. Блок управления может отслеживать расписание, которое повторяется с периодом 24-часовой орбиты. Блок управления может вычислить, с использованием конкретного алгоритма, какие передающие и принимающие элементы являются активными в любое заданное время для осуществления связи с HIO-спутником (HIO-спутниками). Блок управления может также непрерывно изменять ослабители амплитуды и фазосдвигающие устройства приема и передачи для поддержания максимального коэффициента усиления и фокуса виртуального луча на HIO-спутнике, когда он перемещается по своей орбите.

[0046] Специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть использованы многочисленные возможные модификации и комбинации описанных вариантов осуществления, при использовании, однако, одних и тех же основных механизмов и методологий. Предшествующее описание, в целях разъяснения, было написано со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако, вышеупомянутое иллюстративное описание не претендует на исчерпывающий характер и не предназначено для ограничения данного раскрытия сущности изобретения описанными точными формами. С учетом приведенного выше описания, возможны многочисленные модификации и варианты приведенных выше примеров. Варианты осуществления были выбраны и описаны для разъяснения принципов данного раскрытия сущности изобретения и их практических применений, а также для обеспечения специалистам в данной области техники возможности наилучшего использования данного раскрытия сущности изобретения и различных вариантов осуществления с различными модификациями, подходящими для конкретного предполагаемого применения.

[0047] Дополнительно, в то время как данное описание изобретения содержит много подробностей, они должны толковаться не в качестве ограничений заявленного объема изобретения или заявленного возможного объема изобретения, а в качестве описания признаков, специфических для конкретных вариантов осуществления. Некоторые признаки, которые описаны в данном описании изобретения в контексте отдельных вариантов осуществления, могут быть также реализованы в комбинации в единственном варианте осуществления. Напротив, различные признаки, которые описаны в контексте единственного варианта осуществления, могут быть также реализованы в многочисленных вариантах осуществления отдельно или в любой подходящей подкомбинации. Кроме того, несмотря на то, что выше может быть описано, что признаки действуют в некоторых комбинациях и даже могут быть исходно заявлены соответствующим образом, один или несколько признаков из заявленной комбинации могут быть, в некоторых случаях, исключены из комбинации, и заявленная комбинация может быть отнесена к подкомбинации или варианту подкомбинации.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах спутниковой связи. Технический результат состоит в повышении эффективности обеспечения непрерывной связи с многочисленными географическими областями по всему миру с использованием спутников на наклонных геосинхронных орбитальных траекториях, имеющих пересечение с экватором и обеспечивающих возможность повторного использования частот, распределенных в пределах орбитальных положений GSO. Для этого система спутников на наклонных орбитах включает в себя многочисленные спутники на наклонных орбитах, которые способны сосуществовать с геостационарными спутниками, для обеспечения непрерывной бесперебойной услуги. 5 н. и 24 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ передачи сигналов спутниковой связи, содержащий этапы, на которых осуществляют:

обеспечение первого спутника, выполненного с возможностью перемещаться по наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором;

когда первый спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

предотвращение передач между первым спутником и наземными станциями, когда передачи между первым спутником и наземными станциями могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешение передач между первым спутником и наземными станциями, когда передачи между первым спутником и наземными станциями не могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешение передач между первым спутником и наземными станциями, когда первый спутник перемещается по меньшей мере по второму участку траектории, причем первый участок траектории находится относительно ближе к пересечению экватора, чем второй участок траектории.

2. Способ по п. 1, содержащий этапы, на которых осуществляют:

обеспечение второго спутника, выполненного с возможностью перемещаться по наклонной геосинхронной орбитальной траектории,

когда второй спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

предотвращение передач между вторым спутником и наземными станциями, когда передачи между вторым спутником и наземными станциями могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешение передач между вторым спутником и наземными станциями, когда передачи между вторым спутником и наземными станциями не могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешение передач между вторым спутником и наземными станциями, когда второй спутник перемещается по меньшей мере по второму участку траектории.

3. Способ по п. 2, содержащий этапы, на которых осуществляют:

установление относительного промежутка между первым и вторым спутниками, который обеспечивает возможность передач между по меньшей мере одним из первого и второго спутников и наземными станциями в любое время.

4. Способ по п. 2, содержащий этапы, на которых осуществляют:

обеспечение третьего спутника, выполненного с возможностью перемещаться по наклонной геосинхронной орбитальной траектории,

когда третий спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

предотвращение передач между третьим спутником и наземными станциями, когда передачи между третьим спутником и наземными станциями могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешение передач между третьим спутником и наземными станциями, когда передачи между третьим спутником и наземными станциями не могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешение передач между третьим спутником и наземными станциями, когда третий спутник перемещается по меньшей мере по второму участку траектории.

5. Способ по п. 4, содержащий этапы, на которых осуществляют:

установление относительного промежутка между первым, вторым и третьим спутниками, который обеспечивает возможность передач между по меньшей мере двумя из первого, второго и третьего спутников и наземными станциями в любое время.

6. Способ по п. 4, в котором по меньшей мере один из первого, второго и третьего спутников выполнен с возможностью функционирования в качестве дублирующего спутника для любого другого спутника в той же орбитальной плоскости, в которой находятся первый, второй и третий спутники.

7. Система передачи сигналов спутниковой связи, содержащая:

первый спутник, выполненный с возможностью перемещаться по наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором,

передатчик в первом спутнике, выполненный с возможностью, когда первый спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

ослаблять передачи между первым спутником и наземными станциями когда неослабленные передачи между первым спутником и наземными станциями могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями, причем ослабленные передачи предотвращают взаимные помехи передач между геостационарными спутниками и наземными станциями; и

разрешать неослабленные передачи между первым спутником и наземными станциями, когда неослабленные передачи между первым спутником и наземными станциями не могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями,

причем передатчик в первом спутнике выполнен с возможностью разрешать неослабленные передачи между первым спутником и наземными станциями, когда первый спутник перемещается по меньшей мере по второму участку траектории, причем первый участок траектории находится относительно ближе к пересечению экватора, чем второй участок траектории.

8. Система по п. 7, содержащая:

второй спутник, выполненный с возможностью перемещаться по наклонной геосинхронной орбитальной траектории,

передатчик во втором спутнике, выполненный с возможностью, когда второй спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

ослаблять передачи между вторым спутником и наземными станциями, когда неослабленные передачи между вторым спутником и наземными станциями могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешать неослабленные передачи между вторым спутником и наземными станциями, когда неослабленные передачи между вторым спутником и наземными станциями не могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями,

причем передатчик во втором спутнике выполнен с возможностью разрешать неослабленные передачи между вторым спутником и наземными станциями, когда второй спутник перемещается по меньшей мере по второму участку траектории.

9. Система по п. 8, в которой первый и второй спутники относительно разнесены для обеспечения возможности передач между по меньшей мере одним из первого и второго спутников и наземными станциями в любое время.

10. Система по п. 8, содержащая:

третий спутник, выполненный с возможностью перемещаться по наклонной геосинхронной орбитальной траектории,

передатчик в третьем спутнике, выполненный с возможностью, когда третий спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

ослаблять передачи между третьим спутником и наземными станциями, когда неослабленные передачи между третьим спутником и наземными станциями могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешать неослабленные передачи между третьим спутником и наземными станциями, когда неослабленные передачи между третьим спутником и наземными станциями не могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями,

причем передатчик в третьем спутнике, выполнен с возможностью разрешать неослабленные передачи между третьим спутником и наземными станциями, когда третий спутник перемещается по меньшей мере по второму участку траектории.

11. Система по п. 10, в которой первый, второй и третий спутники относительно разнесены для обеспечения возможности передач между по меньшей мере двумя из первого, второго и третьего спутников и наземными станциями в любое время.

12. Система по п. 10, в которой по меньшей мере один из первого, второго и третьего спутников выполнен с возможностью функционирования в качестве дублирующего спутника для любого другого спутника в той же орбитальной плоскости, в которой находятся первый, второй и третий спутники.

13. Система передачи сигналов спутниковой связи, содержащая:

первый спутник, выполненный с возможностью перемещаться по наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором,

передатчик в наземной станции, выполненный с возможностью, когда первый спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

ослаблять передачи между наземной станцией и первым спутником, когда неослабленные передачи между первым спутником и наземной станцией могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями, причем ослабленные передачи предотвращают взаимные помехи передач между геостационарными спутниками и наземными станциями; и

разрешать неослабленные передачи между первым спутником и наземной станцией, когда передачи между первым спутником и наземной станцией не могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями,

причем передатчик в наземной станции, выполнен с возможностью разрешать неослабленные передачи между наземной станцией и первым спутником, когда первый спутник перемещается по меньшей мере по второму участку траектории, причем первый участок траектории находится относительно ближе к пересечению экватора, чем второй участок траектории.

14. Система по п. 13, содержащая:

второй спутник, выполненный с возможностью перемещаться по наклонной геосинхронной орбитальной траектории,

передатчик в наземной станции, выполненный с возможностью, когда второй спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

ослаблять передачи между наземной станцией и вторым спутником, когда неослабленные передачи между вторым спутником и наземной станцией могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешать неослабленные передачи между вторым спутником и наземной станцией, когда передачи между вторым спутником и наземной станцией не могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями,

причем передатчик в наземной станции, выполнен с возможностью разрешать неослабленные передачи между наземной станцией и вторым спутником, когда второй спутник перемещается по меньшей мере по второму участку траектории.

15. Система по п. 14, в которой первый и второй спутники относительно разнесены для обеспечения возможности передач между по меньшей мере одним из первого и второго спутников и наземными станциями в любое время.

16. Система по п. 14, содержащая:

третий спутник, выполненный с возможностью перемещаться по наклонной геосинхронной орбитальной траектории,

передатчик в наземной станции, выполненный с возможностью, когда третий спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

ослаблять передачи между наземной станцией и третьим спутником, когда неослабленные передачи между третьим спутником и наземной станцией могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями; и

разрешать неослабленные передачи между третьим спутником и наземной станцией, когда передачи между третьим спутником и наземной станцией не могут вызвать взаимные помехи с передачами между другими спутниками и наземными станциями,

причем передатчик в наземной станции выполнен с возможностью разрешать неослабленные передачи между наземной станцией и третьим спутником, когда третий спутник перемещается по меньшей мере по второму участку траектории.

17. Система по п. 16, в которой первый, второй и третий спутники относительно разнесены для обеспечения возможности передач между по меньшей мере двумя из первого, второго и третьего спутников и наземными станциями в любое время.

18. Система по п. 16, в которой по меньшей мере один из первого, второго и третьего спутников выполнен с возможностью функционирования в качестве дублирующего спутника для любого другого спутника в той же орбитальной плоскости, в которой находятся первый, второй и третий спутники.

19. Способ приема сигналов спутниковой связи, содержащий этапы, на которых осуществляют:

обеспечение первого спутника, который перемещается по наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором,

когда первый спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

прием передачи, исходящей от первого спутника, когда передача, исходящая от первого спутника не может вызвать взаимные помехи с передачами, исходящими от других спутников; и

не-прием передачи, исходящей от первого спутника, когда передача, исходящая от первого спутника может вызвать взаимные помехи с передачами, исходящими от других спутников,

прием передачи, исходящей от первого спутника, когда первый спутник перемещается по меньшей мере по второму участку наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором, причем первый участок траектории находится относительно ближе к пересечению экватора, чем второй участок траектории.

20. Способ по п. 19, содержащий этапы, на которых осуществляют:

обеспечение второго спутника, который перемещается по наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором,

когда второй спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

прием передачи, исходящей от второго спутника, когда передача, исходящая от второго спутника, не может вызвать взаимные помехи с передачами, исходящими от других спутников; и

не-прием передачи, исходящей от второго спутника, когда передача, исходящая от второго спутника может вызвать взаимные помехи с передачами, исходящими от других спутников,

прием передачи, исходящей от второго спутника, когда второй спутник перемещается по меньшей мере по второму участку наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором.

21. Способ по п. 20, в котором первый и второй спутники относительно разнесены для обеспечения возможности приема передачи по меньшей мере от одного из первого и второго спутников в любое время.

22. Способ по п. 20, содержащий этапы, на которых осуществляют:

обеспечение третьего спутника, который перемещается по наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором,

когда третий спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории:

прием передачи, исходящей от третьего спутника, когда передача, исходящая от третьего спутника не может вызвать взаимные помехи с передачами, исходящими от других спутников; и

не-прием передачи, исходящей от третьего спутника, когда передача, исходящая от третьего спутника может вызвать взаимные помехи с передачами, исходящими от других спутников,

прием передачи, исходящей от третьего спутника, когда третий спутник перемещается по меньшей мере по второму участку наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором.

23. Способ по п. 22, в котором первый, второй и третий спутники относительно разнесены для обеспечения возможности приема передачи по меньшей мере от двух из первого, второго и третьего спутников в любое время.

24. Способ по п. 22, в котором по меньшей мере один из первого, второго и третьего спутников выполнен с возможностью функционирования в качестве дублирующего спутника для любого другого спутника в той же орбитальной плоскости, в которой находятся первый, второй и третий спутники.

25. Антенная система, содержащая:

рефлектор, выполненный с возможностью отражения сигналов к и от спутника, перемещающегося по наклонной геосинхронной орбитальной траектории, имеющей пересечение с экватором,

по меньшей мере одну решетку облучающих элементов, выполненную с возможностью приема сигналов от рефлектора и передачи сигналов к рефлектору,

блок передатчика, соединенный по меньшей мере с одной решеткой облучающих элементов, выполненный с возможностью передачи сигналов для осуществления связи со спутником по меньшей мере к одной облучающей антенной решетке,

блок приемника, соединенный по меньшей мере с одной решеткой облучающих элементов, выполненный с возможностью приема и обработки сигналов по меньшей мере от одной решетки облучающих элементов,

причем антенная система выполнена с возможностью осуществления связи со спутником, когда спутник перемещается по меньшей мере по первому участку траектории, который находится относительно дальше от пересечения с экватором, чем второй участок траектории.

26. Система по п. 25, дополнительно содержащая блок управления, выполненный с возможностью управления рефлектором, по меньшей мере одной решеткой облучающих элементов, блоком приемника, и блоком передатчика, для отслеживания спутника на его наклонной геосинхронной орбитальной траектории.

27. Система по п. 25, в которой по меньшей мере одна решетка облучающих элементов содержит высокоширотную решетку облучающих элементов и низкоширотную решетку облучающих элементов.

28. Система по п. 25, в которой антенная система выполнена с возможностью установления непрерывной связи по меньшей мере с одним из многочисленных спутников, перемещающихся по наклонной геосинхронной орбитальной траектории.

29. Система по п. 25, в которой антенная система выполнена с возможностью установления непрерывной связи по меньшей мере с двумя из многочисленных спутников, перемещающихся по наклонной геосинхронной орбитальной траектории.