Kommunikationsfenster für LEO berechnen

Danke für die Klarstellung. Dein Problem besteht aus zwei Teilen. 1) Wie ist die räumliche Beziehung zwischen der Bodenstation und dem Satelliten und 2) bei einer räumlichen Beziehung zwischen zwei Funkgeräten, wie „gut“ ist die Verbindung zwischen ihnen?

Problem 1: Den einfachen , effizienten Weg gehen

Die räumliche Beziehung zwischen einem Satelliten und einem Empfänger kann von Hand berechnet werden (eine übliche Hausaufgabe im Luft- und Raumfahrtunterricht und eine weitere Diskussion für sich), aber der schnellste Weg, Satellitenabdeckungsfenster zu finden, ist die Verwendung eines Computers. Es gibt viele kostenlose Software, die dies tun kann, aber ich empfehle die kostenlose Version von STK. Folgendes können Sie mit der kostenlosen Version tun, und hier können Sie sie herunterladen.

Problem 2: Höhenwinkel

Das System könnte auf verschiedene Arten gestaltet werden. Daten werden oft in Pakete aufgeteilt, die einzeln übertragen werden können. Der Satellit muss wissen, welche Pakete die Bodenstation erfolgreich empfangen hat und umgekehrt. Der erfolgreiche Empfang eines Pakets wird mit einer 'ACK'-Übertragung bestätigt. Für die Abwärtsverbindung könnte dem Satelliten befohlen werden, ein Paket wiederholt zu übertragen, bis es erfolgreich empfangen wird, und dann befohlen werden, das nächste Paket zu übertragen. Um Daten aufzuwärts zu übertragen, würde die Bodenstation einen Befehl oder ein Paket senden und auf eine ACK warten und dann ein weiteres Paket senden. Diese Verfahren sind unabhängig von Kommunikationswinkel und Pfadverlust. Sie starten einfach, wenn sich der Satellit dem Fenster nähert.

Problem 3: Beziehung von SNR und Pfadverlust zum Elevationswinkel

Erstens, Macht. Free Space Path Loss (FSPL) wird in Verbindung mit der Friss-Übertragungsgleichung verwendet , um die Signalleistung am Eingang des Empfängers (nicht der Empfängerantenne, des eigentlichen Empfängers) zu berechnen. Angesichts der Position der Funkgeräte und einiger Informationen über die Empfänger ist dies einfach. Atmosphärische und andere Effekte können hinzugefügt werden, wenn Sie ein realistischeres Modell wünschen (lassen Sie es mich wissen, wenn Sie neugierig sind).

Als nächstes Lärm. Rauschen ist etwas kompliziert, da es das tatsächliche Rauschen des Senders und des Empfängers sowie externes Rauschen beinhaltet. Lassen Sie uns das externe Rauschen ignorieren und uns das thermische Rauschen ansehen. Elektrisches Rauschen wird oft in Temperatur gemessen, da thermische Energie in Elektronenbewegung übersetzt wird, was elektrisches Rauschen ist. Die Rauschleistungsdichte (Rauschleistung pro Bandbreiteneinheit) wird als gefunden$N_0=kT$wo$N_0$ist in Watt,$k$ist die Boltzmann-Konstante in Joule/Kelvin, und$T$ist die Rauschtemperatur des Empfängersystems in Kelvin. Eine einfache Annäherung an$T$auf der Erde ist 290 K. (Dabei werden ein paar Dinge ignoriert, aber es ist ein erster Versuch in Ordnung).

Die Rauschleistungsspektraldichte wird als gefunden$\frac{E_b}{N_0}=\frac{S/R}{N_0}=\frac{S}{kTR}$(nicht in dB) wo$S$ist Signalleistung, und$R$ist die Bitrate. Dies ist die Energie pro Bit über der Rauschdichte oder das SNR pro Bit. Wenn wir dies in Bits definieren, können wir es mit der Datenrate in Beziehung setzen. Weiter,$SNR = \frac{S}{R}=\frac{E_bR}{N_0B}$wo$B$ist die Bandbreite des Signals. Wenn Sie Ihre Codierung ändern, ergeben sich andere Beziehungen zwischen Rauschen und Bitfehlerrate.

eine Erhöhung des SNR erfordert eine Erhöhung der übertragenen Leistung

Denken Sie daran, dass eine Verringerung des Systemrauschens auch das SNR erhöht.

Letzter Gedanke: Datenrate

Das Shannon-Hartley-Theorem definiert die maximal mögliche Informationsrate über jeden (AWGN) Kanal.$I<B \log_2{\left(1+\frac{S}{N}\right)}$.

Sie können jetzt den Höhenwinkel mit Pfaddämpfung, SNR und sogar maximaler Datenrate in Beziehung setzen. Hurra!

Ich bin mir nicht sicher, ob ich es verstehe, aber ich werde versuchen, es zu erklären. Ich bin Raumfahrtingenieur, also werde ich das in Orbitalmechanik statt in Elektronik erklären. Ich hoffe es hilft!

Grundsätzlich gehen wir in der Orbitalmechanik davon aus, dass Sie mit Ihrem Sat zwischen dem Zeitpunkt, zu dem er in den Horizont von G / S eintritt, und dem Zeitpunkt, zu dem er ihn verlässt, kommunizieren können. Sie kennen Ihre Höhe und den Erdradius, sodass Sie den Mittelpunktswinkel in Bezug auf Ihre Umlaufbahn mit einfachen trigonometrischen Berechnungen auswerten können. Dann kannst du deine Periode in dieser Höhe berechnen. Jetzt kennen Sie Ihre Kommunikationszeit.

Für die weitere Analyse hängt die Kommunikationszeit von der Lagefähigkeit des Satelliten ab. Außerdem müssen Sie eine Orbitalanalyse durchführen, um zu wissen, ob der Satellit direkt über GS oder in einem Winkel vorbeifliegt und wann er über GS vorbeifliegt.

Viel Glück.