ITU-R S 1559 FRENCH-2002 Methodology for computing the geographical distribution of maximum downlink equivalent power flux-density levels generated by non-geostationary fixed-satel轨.pdf

1、 Rec. UIT-R S.1559 1 RECOMMANDATION UIT-R S.1559 Mthodes de calcul de la distribution gographique des niveaux de puissance surfacique quivalente sur la liaison descendante maximum gnrs par des systmes non gostationnaires du service fixe par satellite utilisant des orbites circulaires (Question UIT-R

2、 236/4) (2002) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a) que les brouillages causs par des systmes non gostationnaires (OSG) des rseaux OSG prsenteront vraisemblablement dimportantes variations gographiques et temporelles; b) que les distributions gographiques des niveaux de brouillag

3、e causs par des systmes non OSG varient avec la charge de trafic, les dispositions des cellules et les configurations des constellations; c) que les brouillages causs par des systmes non OSG des rseaux OSG peuvent varier en fonction des algorithmes de planification temporelle de faisceaux associs au

4、x systmes non OSG; d) que les algorithmes de planification temporelle de faisceaux non OSG pourront vraisem-blablement tre adapts de manire rpondre aux variations de charge de trafic ainsi qu dautres facteurs; e) que les niveaux de brouillage dorigine non OSG dpendent de lemplacement de la station a

5、u sol OSG et de lemplacement du satellite OSG; f) quil peut tre utile aux concepteurs de systmes OSG de disposer dinformations relatives la distribution gographique des niveaux de puissance surfacique quivalente sur la liaison descendante (epfd) maximum gnrs par des systmes non OSG, afin de dtermine

6、r le niveau prvu de brouillage non OSG, recommande 1 que la mthode dcrite dans lAnnexe 1 soit utilise pour construire des distributions gographiques des niveaux de puissance epfd maximum gnrs dans une zone de couverture dun satellite OSG par un systme non OSG utilisant des orbites circulaires; 2 que

7、 les administrations y compris oprateurs de rseaux OSG du service fixe par satellite (SFS) utilisent lAnnexe 1 comme guide pour concevoir des liaisons pour une zone gographique donne, en tenant compte des Notes suivantes: NOTE 1 On a spcifi un logiciel de validation pour vrifier la conformit dun sys

8、tme non OSG aux limites de puissance epfd figurant dans lArticle 22 du Rglement des Radiocommunications (voir la Recommandation UIT-R S.1503). Ce logiciel gnre des niveaux de puissance epfd censs constituer une enveloppe absolue et qui ne sont pas reprsentatifs de ce que seraient les niveaux gnrs au

9、 cours du temps par le systme non OSG du SFS en exploitation. NOTE 2 Si on applique la mthode de lAnnexe 1 en utilisant les hypothses et la procdure du gabarit de puissance surfacique de satellite dfinies dans la Recommandation UIT-R S.1503, on obtiendra une distribution gographique de lenveloppe de

10、 la puissance epfd maximum absolue. Dans le cas o la mthode de lAnnexe 1 est applique des modles de simulation plus reprsen-tatifs dune exploitation non OSG, il est vraisemblable que les cartes gnres varient durant la dure de vie du systme non OSG, en raison de la modification de paramtres dexploita

11、tion. 2 Rec. UIT-R S.1559 ANNEXE 1 Algorithme de calcul de la distribution gographique des niveaux de brouillage epfdmaximum causs par des systmes non OSG 1 Introduction Puisque les brouillages dorigine non OSG varient gographiquement, il serait utile que les administrations puissent quantifier ces

12、brouillages en utilisant un logiciel susceptible dvaluer la distribution gographique et temporelle des brouillages dorigine non OSG du SFS. Il sagit de reprsenter le niveau maximal de brouillage escompt durant la dure dexploitation du systme non OSG. Les analyses de scnarios types prsentent peu dint

13、rt puisque les niveaux de brouillage peuvent varier considrablement. On peut utiliser la mthode dcrite dans la prsente Annexe pour gnrer des cartes indiquant les niveaux reprsentatifs de puissance de brouillage non OSG maximum pouvant tre mis sur une zone terrestre quelconque. Les cartes serviront d

14、indications aux oprateurs de systmes OSG pour la conception des liaisons. Elles leur permettront de disposer dinformations supplmentaires relatives la localisation des niveaux de puissance epfdmaximum. On trouvera dans la prsente Annexe une mthode pour calculer la distribution gographique des niveau

15、x de puissance epfd maximum gnrs par des systmes non OSG orbite circulaire utilisant un angle dexclusion pour la rduction du brouillage dorigine OSG. Pour ces systmes non OSG, les niveaux de brouillage epfdmaximum (dans le cas dantennes de stations au sol OSG dau moins 3 m de diamtre) se produisent

16、lorsque lengin spatial non OSG est align ou quasi align avec la station au sol OSG et lengin spatial OSG. Pour les autres systmes non OSG, la mthode expose dans la prsente Annexe ne sapplique pas. La puissance epfdmaximum est tablie partir dune simulation informatique du systme non OSG. Toutefois, p

17、uisque cette valeur est proche dune valeur correspondant une situation dalignement, il nest ncessaire de simuler quun petit nombre dinstants pour dterminer la puissance epfdmaximum. Seuls les points intrieurs louverture de faisceau 10 dB de la station au sol OSG doivent tre pris en considration puis

18、que, pour ce type de systmes non OSG, il est pratiquement certain que les valeurs hors de cette ouverture 10 dB seront infrieures dau moins 10 dB la valeur de la puissance epfdmaximum releve la surface de la Terre. La plupart des systmes non OSG prsentant des caractristiques uniques, on ne dcrit pas

19、 dans la mthode propose la manire de simuler tel ou tel systme non OSG en particulier, mais on calcule les laps de temps simuler. Si une rsolution de 1 en longitude par 1 en latitude est suffisante pour rendre compte des variations gnrales des niveaux de brouillage, une rsolution plus fine peut tout

20、efois tre nces-saire pour des tudes plus dtailles, en particulier dans le cas dantennes plus grandes. Notons que des systmes non OSG avec des trajectoires au sol continment rptitives prsenteront des variations de puissance epfdmaximum sur des zones beaucoup plus petites. 2 Principe de lalgorithme On

21、 peut utiliser la mthode indique pour calculer les priodes temporelles de la simulation durant lesquelles lengin spatial traverse une ouverture de faisceau donne de lantenne dune station au sol OSG. On procde tout dabord une approximation linaire par intervalles de lintersection entre le Rec. UIT-R

22、S.1559 3 faisceau dantenne de la station au sol OSG et la sphre non OSG. Pour chaque point de lintersection, on calcule les paramtres orbitaux exacts correspondant un engin spatial non OSG, de manire que cet engin passe par ce point lors de son orbite suivante. En comparant les paramtres orbitaux du

23、n engin spatial donn ceux correspondant chaque point de lintersection, on peut dterminer les instants exacts de passage du satellite travers le faisceau de lantenne. 3 Symboles utiliss ER: Coordonnes de rotation de la Terre. Il sagit dun systme orthogonal trois dimensions ayant pour origine le centr

24、e de la Terre. Laxe z traverse le ple Nord et laxe x passe par le point de longitude et de latitude 0 GT: Emplacement tridimensionnel de la station au sol OSG en coordonnes ER G: Emplacement tridimensionnel du satellite OSG en coordonnes ER Gx: Composante x du vecteur G Gy: Composante y du vecteur G

25、 Gz: Composante z du vecteur G : Normalisation dun vecteur (ce qui signifie que V est quivalent V / |V| ) : Oprateur de produit scalaire : Oprateur de produit vectoriel Min(Qi): Valeur minimale de Qipour toutes les valeurs de i Max(Qi): Valeur maximale de Qipour toutes les valeurs de i Ax: Axe x du

26、systme de coordonnes pointant de la station au sol OSG vers lOSG Ay: Axe y du systme de coordonnes pointant de la station au sol OSG vers lOSG Az: Axe z du systme de coordonnes pointant de la station au sol OSG vers lOSG : Demi-ouverture de faisceau 3 dB de lantenne de la station au sol OSG Vi: Vect

27、eurs formant un cne de demi-angle et pointant suivant la direction z Wi: Vecteurs formant un cne de demi-angle et pointant suivant la direction de lOSG Qi: Points dintersection entre la sphre non OSG et les vecteurs Wi0: Anomalie moyenne = 0 0: Argument du prige linstant initial r: Vitesse de prcess

28、ion de largument du prige : Longitude initiale r: Vitesse de prcession de longitude du nud ascendant e: Vitesse de rotation de la Terre 4 Rec. UIT-R S.1559 k: Longitude du kimepassage dun engin spatial non OSG S: Demi grand axe Tia: Nombre de passages par Qide lengin spatial dessai sur son orbite as

29、cendante Tid: Nombre de passages par Qide lengin spatial dessai sur son orbite descendante ia: Longitude initiale des orbites croisant le point Qien latitude ascendante id: Longitude initiale des orbites croisant le point Qi en latitude descendante tk: Instants o un satellite non OSG traverse le pla

30、n quatorial en trajectoire ascendante n: Nombre de vecteurs dans le cne. 4 Calcul de lintersection entre un faisceau dantenne de station terminale au sol OSG et une sphre non OSG Sur la Fig. 1, lensemble de vecteurs Vi balaie un cne centr sur lorigine, avec une demi-ouverture de faisceau 3 dB gale .

31、 Laxe central du cne pointe en direction de laxe z du systme de coordonnes ER. Vi= (cos(i) sin(), sin(i) sin(), cos() (1) o: i = 0, ., n i= 2i/(n) = angle entre deux vecteurs adjacents quelconques de la Fig. 1 (2) : demi-ouverture de faisceau 3 dB. 1559-01zyxV0V5V1V2V4V3FIGURE 1Reprsentation graphiq

32、ue des vecteurs ViDemi-ouverture de faisceauRec. UIT-R S.1559 5 On dtermine ensuite un systme de coordonnes orthogonales Ax, Ay, Aztel que laxe Azpointe de la station terminale au sol OSG vers lOSG. Az= (G GT) (3) T = (0, 0, 1) (4) Ax= (T Az) (5) Ay= Az Ax(6) On effectue la rotation du cne en direct

33、ion de lOSG, ce qui conduit la dtermination des vecteurs Wiindiqus sur la Fig. 2. On utilise cet effet une simple transformation de coordonnes. Wi= Ax(Vix) + Ay(Viy) + Az(Viz) (7) 1559-02GzyxW5W1W4W3W2W0AzAyAxOSGStation au sol OSGGTFIGURE 2Reprsentation graphique des vecteurs WiOn prolonge les vecte

34、urs Wisuivant la direction allant de GT G, en utilisant la mthode dfinie par les quations (8) (14), jusqu intersection avec la sphre non OSG aux points Qi , comme indiqu sur la Fig. 3. Lidans lquation (8) correspond une demi-droite dorigine GT et de direction Wi. Liqui atteint la sphre non OSG lorsq

35、ue | Li| est gal au demi grand axe de lorbite non OSG. Les quations (10) (13) permettent de rsoudre lquation quadratique (9), ce qui dtermine le point dintersection Qi. 6 Rec. UIT-R S.1559 Li= Wi+ GT (8) Li Li= S2(9) ai= Wi Wi(10) bi= 2 Wi GT (11) ci= GT GT S2(12) i= (bi+ (bi2 2 aici)0,5) / (2 ai) (

36、13) Qi= iWi+ G (14) 1559-03Q0Q5Q1Q4Q2Q3Sphre de rayon gal au rayon de lorbite non OSGSatellite OSGStation au sol OSGGTCentre de laTerreFIGURE 3Intersection des vecteurs Wi avec la sphre non OSGRec. UIT-R S.1559 7 5 Calcul des paramtres orbitaux non OSG et des instants o le satellite passe par les po

37、ints (Qi) dintersection avec le faisceau dantenne On choisit un engin spatial dessai ayant les paramtres orbitaux dun satellite non OSG et une anomalie moyenne nulle, de telle manire que cet engin passe par le point Qiau cours de lorbite suivante. Lquation (15) exprime la position de lengin spatial

38、dessai sur son orbite en coordonnes ER. =)(sin)(sin)cos()cos()(sin)cos()(cos()cos()(sin)(sin)cos()(cos(iSiSiSzyx(15) o: = 0+ 0+ (r+ 2/T) t = + (r e) t 0: anomalie moyenne = 0 0: argument du prige linstant initial r: vitesse de prcession de largument du prige : longitude initiale r: vitesse de prcess

39、ion de la longitude du nud ascendant e: vitesse de rotation de la Terre S : demi grand axe i : angle dinclinaison. Dans le cas dun point Qidont la latitude est infrieure langle dinclinaison, seules deux orbites de lengin spatial dessai passeront par ce point, lune correspondant une trajectoire ascen

40、dante en latitude et lautre une trajectoire descendante. On calcule pour chacune de ces deux orbites la longitude initiale (instant 0), ainsi que linstant de passage par Qi. S sin()sin(i) tant la valeur de la coordonne z de lengin spatial dessai, peut prendre deux valeurs: lune correspondant une tra

41、jectoire ascendante en latitude de lengin spatial et lautre correspondant une trajectoire descendante. i1= sin1(iz/(S sin(i) (16) i2= i1Le nombre de fois Tijo lengin spatial dessai passe par Qisont donns par: Tij= (ij 0) / (r+ 2/P) avec j = 1, 2 (17) o P est la priode orbitale. On calcule partir de

42、Tijla longitude initiale en rsolvant le systme dquations relatives x et y de lquation (15). ij= cos1(Qix+ Qiy) / (R(cos2(ij) + sin2(ij) rTi eTi(18) o R est le rayon de lorbite. 8 Rec. UIT-R S.1559 6 Calcul du passage la longitude nulle pour un satellite simul donn On calcule de la manire suivante le

43、s instants de passage du satellite par le plan quatorial: tk= (2k 0 0) / (r+ 2/P) (19) o: k = 1, , M M : nombre dorbites avant que le satellite ne repasse par la mme orbite 0: anomalie moyenne = 0 0: argument du prige linstant initial r: vitesse de prcession de largument du prige P : priode orbitale

44、. Les passages correspondant en longitude ascendante sont donns par: k= + (r e)tk(20) 7 Dtermination de lventualit dune intersection entre une orbite et le faisceau dantenne dune station au sol OSG Si la longitude dun satellite en trajet ascendant correspondant lintersection avec le faisceau dantenn

45、e se trouve entre les valeurs min(ij) et max(ij) pour tout j, le satellite croisera le faisceau de lantenne OSG au cours de lorbite suivante. Il est important de noter que ce calcul tient compte du modulo de la longitude. 8 Dtermination de linstant de simulation o un engin spatial passe par le faisc

46、eau dantenne dune station au sol OSG On calcule linstant de simulation o lorbite passe par le faisceau dantenne en dterminant lintersection entre lorbite et les segments discontinus reliant les points Qi(voir la Fig. 4). Si la longitude du point dintersection en trajet ascendant a une valeur compris

47、e entre min(ij) et max(ij), il y aura intersection entre lorbite et le faisceau dantenne OSG. Lorbite passera par les points Qien deux endroits. Linterpolation des instants Tijcorrespondants permet dapproximer les instants dintersection. Soit: Ni= (i + 1) mod n (21) Pour tout passage de dure non nulle, il y aura une valeur de i = i1 telle que ij k Nij.Il y aura galement une valeur de i = i2 telle que ij k Nij. NOTE 1 Les points proches de lquateur peuvent ne correspondre qu une