ITU-R S 1339-1 SPANISH-1999 SHARING BETWEEN SPACEBORNE PASSIVE SENSORS OF THE EARTH EXPLORATION-SATELLITE SERVICE AND INTER-SATELLITE LINKS OF GEOSTATIONARY-SATELLITE NETWORKS IN T.pdf

1、 Rec. UIT-R S.1339-1 1 RECOMENDACIN UIT-R S.1339-1*COMPARTICIN ENTRE SENSORES PASIVOS A BORDO DE VEHCULOS ESPACIALES, DEL SERVICIO DE EXPLORACIN DE LA TIERRA POR SATLITE Y ENLACES ENTRE SATLITES DE REDES DE SATLITES GEOESTACIONARIOS EN LA GAMA DE 54,25 a 59,3 GHz (Cuestin UIT-R 246/4) (1997-1999) Re

2、c. UIT-R S.1339-1 La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que en la Resolucin 643 (CMR-95) de la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones (Ginebra, 1995) (CMR-95) se encarg al UIT-R que efectuara los estudios necesarios para identificar las bandas ms idneas para el servicio e

3、ntre satlites (SES) en la gama de frecuencias de 50 a 70 GHz para que la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones (Ginebra, 1997) (CMR-97) pueda proceder a las atribuciones apropiadas a dicho servicio; b) que la CMR-97 consider la atribuicin de bandas de frecuencias por encima de 50 GHz al servici

4、o de exploracin de la Tierra por satlite (SETS) (pasivo); c) que como resultado de las decisiones de la CMR-97 las bandas de frecuencias 54,25-58,2 GHz y 59-59,3 GHz estn actualmente atribuidas a ttulo primario compartido al SETS (pasivo), al servicio de investigacin espacial (SIE) (pasivo) y al SES

5、; d) que esta banda nica es importante para las mediciones pasivas y que se ha de considerar la comparticin entre las estaciones espaciales con sensores pasivos y las estaciones espaciales del SES; e) que la utilizacin planeada del SES en las bandas de frecuencias prximas a 60 GHz ha aumentado signi

6、ficati-vamente; f) que las caractersticas tcnicas y los requisitos operacionales del SES en esas bandas se identifican en la Recomendacin UIT-R S.1327; g) que la Recomendacin UIT-R SA.1029 contiene criterios de proteccin contra la interferencia para sensores pasivos en las bandas prximas a 60 GHz; h

7、) que, a partir de los criterios de proteccin aludidos, se han llevado a cabo estudios sobre la viabilidad de la comparticin entre sensores pasivos a bordo de vehculos espaciales y enlaces entre satlites de redes de satlites geoestacionarios, que se detallan en el Anexo 1; j) que en esos estudios se

8、 ha llegado a la conclusin de que es probable que los sistemas del SES de rbita no geoestacionaria (no OSG) causen interferencia perjudicial a los sensores pasivos y que, en general, la comparticin no es viable; k) que la comparticin efectiva entre los sensores pasivos y los sistemas del SES OSG per

9、mitir aprovechar al mximo el espectro, reconociendo a) que es necesario seguir explotando los sistemas del SES existentes y planificados en la banda 56,9-57,0 GHz y que estudios han demostrado que esos sistemas no causarn interferencia inaceptable a los sensores del SETS (pasivo); b) que basndose en

10、 los estudios de comparticin contenidos en el Anexo 1, la CMR-97 decidi adoptar el nmero S5.556A del Reglamento de Radiocomunicaciones (RR), recomienda 1 que se utilice el Anexo 1 para el diseo de redes del SES OSG a fin de que satisfagan el lmite de densidad de flujo de potencia (dfp) indicado en e

11、l nmero S5.556A del RR. _ *Esta Recomendacin debe sealarse a la atencin de la Comisin de Estudio 7 de Radiocomunicaciones. 2 Rec. UIT-R S.1339-1 ANEXO 1 1 Introduccin El presente Anexo contiene resmenes de los estudios de comparticin y mtodos para calcular las condiciones de comparticin entre sensor

12、es pasivos del SETS y sistemas OSG del SES. La informacin se obtuvo sobre la base de las Recomendaciones UIT-R SA.1028 y UIT-R SA.1029. No obstante, como estas Recomendaciones han sido revisadas, habr que examinar de nuevo este estudio para incorporar posibles cambios en las conclusiones. 2 Hiptesis

13、 Los sensores pasivos planificados funcionan en rbitas heliosncronas casi polares (inclinacin 99 ), a altitudes inferiores a 1 000 km. 2.1 Hiptesis aplicables a los sensores 2.1.1 Sensor de unidad avanzada de sondeo por microondas (AMSU) Se prev utilizar prximamente el sensor AMSU (Advanced Microwav

14、e Sounder Unit) con los parmetros indicados en el Cuadro 1. Este sensor explora la superficie de la Tierra en modo deteccin. La exploracin es normal al vector de velocidad a travs del nadir (Fig. 1). Para la calibracin, el sensor toma una lectura en el espacio, apartndose del sol. El ngulo de calibr

15、acin puede variar entre 65 y 85 con respecto al nadir. En este ejemplo se toma como hiptesis 83,3 . CUADRO 1 Hiptesis aplicables a los sensores Parmetro Sensor AMSU Sensor de barrido transversal Periodo (s) 6 304 6 304 Altitud (km) 833 833 Diagrama de la antena de calibracin Informe 558 del ex CCIR

16、Informe 558 del ex CCIR Lbulo posterior de la antena de calibracin (dBi) 10 10 Dimetro de la antena de calibracin (m) 0,15 0,133 Ganancia de la antena de calibracin (dBi) 36 35 Frecuencia (GHz) 54,25 54,25 Inclinacin (grados) 98,7 98,7 Gama de ngulo de calibracin (grados) 65-85 Por determinar ngulo

17、de calibracin planificado (grados) 83,3 Por determinar Umbral de interferencia (dBW en 100 MHz) 161 166 Porcentaje de tiempo de interferencia (%) 0,01 0,01 Rec. UIT-R S.1339-1 3 1339-01baFIGURA 1Plano de exploracin del sensor pasivoa: ngulo de exploracin de la AMSU ( 48)b: ngulo de calibracin de la

18、AMSU (83,3)Eje de guiadaEje de cabeceoEje de balanceoFIGURE 1/SA.1339-1.D01 = 3 CM Las calibraciones son perpendiculares al eje de balanceo y el lugar geomtrico de los vectores de calibracin forma un cono. El eje del cono est inclinado con respecto al plano ecuatorial con un ngulo F = i 90 , siendo

19、i el ngulo de inclinacin (grados). El diagrama de antena del sensor AMSU se indica en la Fig. 2. El diagrama utilizado en el presente anlisis se ha modificado para obtener un lbulo posterior de 10 dBi, conforme al diseo del sensor. Este cambio no afecta al anlisis, ya que se ha demostrado que el aco

20、plamiento del lbulo lateral con el SES OSG no causa interferencias. 1339-020 10 20 30 40 5010 1102110FIGURA 2Diagramas de la antena de calibracin del sensorngulo fuera del eje (grados)Discriminacin (dB)Sensor AMSUSensor de barrido transversalFIGURE 2/SA.1339-1.D02 = 3 CM 2.1.2 Sensor de barrido tran

21、sversal En la Recomendacin UIT-R SA.1029 se indica el valor de 166 dBW por 100 MHz como nivel de interferencia admisible para los sensores con barrido transversal. Al igual que para un sensor de exploracin, la configuracin de interferencia ms estricta que se debe examinar es el modo de calibracin en

22、 el cual el sensor est orientado hacia el espacio fro y la interferencia se puede acoplar en el haz principal de la antena del sensor. 4 Rec. UIT-R S.1339-1 El sensor de exploracin AMSU utiliza una antena comn de rotacin mecnica para la deteccin de la atmsfera y la calibracin. Por lo tanto, en el an

23、lisis de los niveles de interferencia se ha de tener en cuenta la ganancia del haz principal de esta antena de ganancia elevada (36 dBi). La ventaja del sensor con barrido transversal con respecto al sensor de exploracin es que no es necesario explorar mecnicamente su antena. Su orientacin hacia la

24、Tierra es fija. No se prev empezar a utilizar los sensores con barrido transversal hasta aproximadamente el ao 2005, y su diseo no ha quedado finalizado. No obstante, es evidente que no convendr utilizar la misma antena para la calibracin y la deteccin atmosfrica. La configuracin probable sera una a

25、ntena de calibracin separada fijada al costado del vehculo espacial que est orientado en sentido opuesto a la Tierra. No se necesita una antena de calibracin de ganancia elevada y, en realidad, una antena de pequeas dimensiones y ganancia moderada tendra ventajas desde el punto de vista del diseo me

26、cnico. En el presente anlisis se supone que la antena de calibracin con barrido transversal tendra un sensor de una ganancia similar al AMSU, pero con una mayor eficacia de lbulo principal, lo cual ensanchara efectivamente el lbulo principal de la antena. Adems, conviene observar que la orientacin d

27、e guiada del satlite se lleva a cabo de forma rutinaria cuando ste lleva tambin un sensor activo tal como un dispersmetro de viento, por ejemplo ERS-1 o METOP. La finalidad de la orientacin de guiada es compensar la rotacin de la Tierra, de modo que la lnea Doppler cero sea perpendicular al plano qu

28、e contiene los ejes de guiada y balanceo del satlite. Para una rbita heliosncrona a 850 km de altitud, el valor mximo de la orientacin de guiada en el momento de cruzar el Ecuador es de aproximadamente 4 . Dado que el lmite de interferencia del sensor con barrido transversal es inferior al del AMSU,

29、 se puede deducir que el lmite de dfp adoptado para proteger de forma adecuada al sensor con barrido transversal contra la interferencia tambin proporcionar una proteccin adecuada contra la interferencia para los sensores AMSU. 2.2 Hiptesis aplicables al SES OSG Las hiptesis aplicables al SES OSG qu

30、e figuran en el Cuadro 2 proceden de la Recomendacin UIT-R S.1327. La separacin orbital terica mxima (lnea 7) se determina a partir de la relacin C/N mnima para el enlace, que se supone de 12 dB. Este valor calculado no tiene en cuenta la atenuacin atmosfrica. La lnea 8 es la discriminacin de una an

31、tena situada en la OSG respecto al punto de altitud 1 000 km. La lnea 9 es la dfp correspondiente en ese punto. Obsrvese que slo tres sistemas (W1, W2A y W4) pueden cerrar sus enlaces con la separacin completa de 162,6 km. Obsrvese tambin que se precisa una p.i.r.e. de 65 dBW o superior para cerrar

32、el enlace con separaciones orbitales de 120 . Se adopta el diagrama de antena del Informe 558 del ex CCIR, modificado para un nivel de lbulo posterior de 10 dBi. Algunos sistemas del SES estn concebidos para ngulos de separacin de unos 160 . Otros sistemas estn concebidos para separaciones orbitales

33、 inferiores. La dfp a 1 000 km variar con la separacin orbital entre los satlites del SES OSG. Por ejemplo, la dfp a 1 000 km de un sistema como el W2A se describe en la Fig. 3. Como se ve en esa Figura, si se precisara una dfp de 155 dB(W/m2) en 100 MHz, los sistemas W2A estaran limitados a una sep

34、aracin mxima de 140 . 1339-03 90 120 130 140 150 160 100 110130 135 140 145 150 155 160FIGURA 3Separacin entre satlites OSG admitida en funcinde la variacin de los umbrales de dfpSeparacin entre satlites OSG (grados)dfp (dB(W/m2)en100 MHz)FIGURE 3/SA.1339-1.D03 = 3 CM Rec. UIT-R S.1339-1 5 CUADRO 2

35、Hiptesis aplicables al SES OSG 3 Determinacin de un umbral de dfp para los satlites del SES OSG a fin de proteger al SETS (pasivo) En lo que concierne a los sensores planificados, estudios realizados sobre este tema han demostrado que los casos ms desfavorables se producen cuando un sensor pasivo se

36、 halla en modo de calibracin en fro, orientado hacia el espacio, en lugar del modo sensor, orientado hacia la Tierra. Se supone que hay dos casos potenciales ms desfavorables, a saber: Caso 1: Cuando el sensor se halla en el haz principal de la estacin del SES OSG Caso 2: Cuando la estacin del SES O

37、SG se halla en el haz principal del sensor. En este punto examinaremos ambos casos para determinar el nivel de dfp. 3.1 Caso 1 El sensor se halla en el haz principal de la estacin del SES OSG El sensor puede hallarse en el haz principal de la estacin del SES OSG nicamente si el ngulo de separacin en

38、tre las estaciones del SES OSG es prximo a 160 . En el caso 1 ilustrado en la Fig. 4, el haz principal de la estacin del SES OSG est orientado hacia el sensor pasivo. En el Ecuador, el sensor pasivo est calibrado con un ngulo F con respecto a la estacin del SES OSG, igual a la inclinacin menos 90 .

39、Por lo tanto, el haz principal del sensor pasivo no est orientado hacia la estacin del SES OSG. La inclinacin del sensor, i, menos 90 es el ngulo, F , es decir el ngulo efectivo con respecto al eje de puntera, en el sensor pasivo hacia el arco OSG. Este ngulo es de aproximadamente 9 , de los cuales

40、sustraemos el ngulo de orientacin de guiada de 4 . En la Fig. 2 se puede ver que para un ngulo de 5 , la discriminacin de la antena del sensor es de 20 dB. Se incluye un factor de 3 dB para tener en cuenta los diversos sistemas OSG. Por lo tanto, el umbral de dfp requerido para proteger a los sensor

41、es pasivos (en este caso) es de 126,9 dB, conforme al Cuadro 3. Si la rbita del satlite del SES OSG est inclinada, la dfp necesaria para proteger al sensor viene dada por los valores del Cuadro 4. Por lo tanto, el caso ms desfavorable es 147 dB(W/m2) en 100 MHz. Lnea Referencia W1 W2A W2B W3A W3B W4

42、 W5 W6 W7 W8 1 Potencia (dBW) 13 16 1 8,5 8,5 8 11,76 13 13 13 2 p.i.r.e. (dBW) 71,5 75 57 54,5 64 68,3 64,76 63,3 62,1 68,7 3 Anchura de banda (GHz) 1,00 3,2 0,04 1,00 1,00 1,00 1,00 0,12 0,12 1,00 4 p.i.r.e. (dB(W/m2) en 100 MHz) 61,3 61 57 47,5 56,5 58,3 54,8 62,5 61,3 58,7 5 Ruido del sistema (K

43、) 468 800 2 034 300 300 630 300 290 290 330 6 Dimetro (m) 1,8 2,0 2,0 0,4 1,2 1,8 0,77 0,75 0,75 1,0 7 Separacin orbital terica mxima (grados) 162,6 162,6 78,6 10,1 67,3 162,6 53,9 111,1 77,4 136,4 8 Discriminacin en la OSG respecto al punto 1 000 km (dB) 0,0 0,0 65,7 54,8 61,4 0,0 58,1 49,6 55,0 44

44、,8 9 dfp a 1 000 km (dB(W/m2) en 100 MHz) 102,2 102,5 172,2 170,8 168,4 105,2 166,8 150,6 157,2 149,6 6 Rec. UIT-R S.1339-1 N1339-04FFIGURA 4Sensor pasivo en el plano ecuatorialSensor enmodo calibracinPlano orbitalheliosncrono(i = 98,7)Haz principal del sensorPlano ecuatorial(haz principal dela esta

45、cin del SES OSG)F = i 90 8,7 FIGURE 4/SA.1339-1.D04 = 3 CM CUADRO 3 Umbral de dfp para proteger a los sensores pasivos CUADRO 4 Valor de dfp para una OSG inclinada 3.2 Caso 2 La estacin del SES OSG se halla en el haz principal del sensor En este caso, ilustrado en la Fig. 5, el sensor pasivo toma un

46、a lectura de calibracin hacia el arco OSG. Un anlisis geomtrico muestra que el sensor slo puede ver el arco OSG con ngulos inferiores a 71,9 o superiores a 88,9 . Los Parmetro Con discriminacin Umbral del sensor (dBW en 100 MHz) 166,0 Ganancia de la antena (hacia el arco OSG) (dBi) 15 Apertura efect

47、iva (dB(m2) 42,1 Factor para diversos sistemas OSG (dB) 3,0 Umbral de dfp resultante (dB(W/m2) en 100 MHz) 126,9 Inclinacin del satlite OSG (grados) Valor de dfp (dB(W/m2) en 100 MHz) 0 127 De 0 a 5 147 + 0,78(5 i2) Superior a 5 147 Rec. UIT-R S.1339-1 7 ngulos de calibracin para el AMSU van de 65 a

48、 85 . Si el sensor est calibrando con ngulos inferiores a 71,9 , una estacin del SES OSG puede hallarse en el haz principal del sensor. Una solucin evidente consistira en calibrar los sensores entre 75 y 85 . De este modo, el sensor pasivo nunca tomara una lectura de calibracin hacia el arco OSG. 1339-0542 164 km7 211 kmFIGURA 5Geometra del caso 2Vista del plano ecuatorialrbita del sensori = 98,7Altitud del sensorSatlitegeoestacionario71,988,9FIGURE 5/SA.1339-1.D05 = 3 CM Si bien por diseo los AMSU pueden utilizar la g