Мультискачкообразно переместите ссылку спутниковой связи между двумя наземными станциями

Скрипт Open Live Script

Этот пример демонстрирует, как настроить ссылку спутниковой связи мультитранзитного участка между двумя наземными станциями. Первая наземная станция расположена в MathWorks India, и вторая наземная станция расположена в MathWorks Australia. Ссылка направлена через два спутника (MathWorks Sat 1 и MathWorks Sat 2). Каждый спутник действует как регенеративные повторители. Регенеративный повторитель получает входящий сигнал, и затем демодулирует, повторно модулирует, усиливает и ретранслирует полученный сигнал. Времена в течение дня, в течение которого MathWorks India может отправить данные MathWorks Australia, определяются.

Создайте спутниковый сценарий

Используйте satelliteScenario создать спутниковый сценарий. Используйте datetime задавать время начала и время остановки сценария. Установите шаг расчета на 60 секунд.

startTime = datetime(2020,8,19,20,55,0); % 19 August 2020 8:55 PM UTC
stopTime = startTime + days(1);          % 20 August 2020 8:55 PM UTC
sampleTime = 60;                         % seconds
sc = satelliteScenario(startTime,stopTime,sampleTime);

Запустите спутниковое средство просмотра сценария

Используйте satelliteScenarioViewer запустить Спутниковое Средство просмотра Сценария.

satelliteScenarioViewer(sc);

Добавьте спутники

Используйте satellite добавить спутники MathWorks Sat 1 и MathWorks Sat 2 в сценарий путем указывания их Кеплеровских орбитальных элементов, соответствующих времени начала сценария.

semiMajorAxis = 10000000;          % meters
eccentricity = 0;
inclination = 0;                   % degrees
rightAscensionOfAscendingNode = 0; % degrees
argumentOfPeriapsis = 0;           % degrees
trueAnomaly = 0;                   % degrees
mwSat1 = satellite(sc, ...
    semiMajorAxis, ...
    eccentricity, ...
    inclination, ...
    rightAscensionOfAscendingNode, ...
    argumentOfPeriapsis, ...
    trueAnomaly, ...
    "Name","MathWorks Sat 1", ...
    "OrbitPropagator","two-body-keplerian");

semiMajorAxis = 10000000;            % meters
eccentricity = 0;
inclination = 30;                    % degrees
rightAscensionOfAscendingNode = 120; % degrees
argumentOfPeriapsis = 0;             % degrees
trueAnomaly = 300;                   % degrees
mwSat2 = satellite(sc, ...
    semiMajorAxis, ...
    eccentricity, ...
    inclination, ...
    rightAscensionOfAscendingNode, ...
    argumentOfPeriapsis, ...
    trueAnomaly, ...
    "Name","MathWorks Sat 2", ...
    "OrbitPropagator","two-body-keplerian");

Добавьте карданов подвес в спутники

Используйте gimbal добавить карданов подвес в спутники. Каждый спутник состоит из двух карданова подвеса на противоположных сторонах спутника. Один карданов подвес содержит антенну приемника, и другой карданов подвес содержит антенну передатчика. Монтирующееся местоположение задано в декартовых координатах в системе координат тела спутника, который задан $({x_{}^{ˆ}}_{S}, {y_{}^{ˆ}}_{S}, {z_{}^{ˆ}}_{S})$ , где ${x_{}^{ˆ}}_{S}$ , ${y_{}^{ˆ}}_{S}$ и ${z_{}^{ˆ}}_{S}$ крен, тангаж и оси рыскания соответственно, спутника. Монтирующееся местоположение карданова подвеса, который содержит приемник, $- {y_{}^{ˆ}}_{S} + 2 {z_{}^{ˆ}}_{S}$ метры и тот из карданова подвеса, который содержит передатчик, ${y_{}^{ˆ}}_{S} + 2 {z_{}^{ˆ}}_{S}$ метры, как проиллюстрировано в схеме ниже.

gimbalMWSat1Tx = gimbal(mwSat1, ...
    "MountingLocation",[0;1;2]);  % meters
gimbalMWSat2Tx = gimbal(mwSat2, ...
    "MountingLocation",[0;1;2]);  % meters
gimbalMWSat1Rx = gimbal(mwSat1, ...
    "MountingLocation",[0;-1;2]); % meters
gimbalMWSat2Rx = gimbal(mwSat2, ...
    "MountingLocation",[0;-1;2]); % meters

Добавьте приемники и передатчики к карданову подвесу

Каждый спутник состоит из приемника и передатчика, составляя регенеративный повторитель. Используйте receiver добавить приемник в карданов подвес gimbalMWSat1Rx и gimbalMWSat2Rx. Монтирующееся местоположение приемной антенны относительно карданова подвеса ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ метры, как проиллюстрировано в схеме выше. Усиление приемника к шумовому температурному отношению является 3dB/K, и необходимый Eb/No составляет 4 дБ.

mwSat1Rx = receiver(gimbalMWSat1Rx, ...
    "MountingLocation",[0;0;1], ...      % meters
    "GainToNoiseTemperatureRatio",3, ... % decibels/Kelvin
    "RequiredEbNo",4);                   % decibels
mwSat2Rx = receiver(gimbalMWSat2Rx, ...
    "MountingLocation",[0;0;1], ...      % meters
    "GainToNoiseTemperatureRatio",3, ... % decibels/Kelvin
    "RequiredEbNo",4);                   % decibels

Используйте gaussianAntenna установить диаметр тарелки антенн приемника на спутниках к 0,5 м. Гауссова антенна имеет диаграмму направленности, которая достигает максимума в ее опорном направлении и затуханиях, радиальных симметрично на основе Распределения Гаусса при отодвигании от опорного направления, как показано в схеме ниже. Пиковое усиление является функцией диаметра тарелки и апертурного КПД.

gaussianAntenna(mwSat1Rx, ...
    "DishDiameter",0.5); % meters
gaussianAntenna(mwSat2Rx, ...
    "DishDiameter",0.5); % meters

Используйте transmitter добавить передатчик в карданов подвес gimbalMWSat1Tx и gimbalMWSat2Tx. Монтирующееся местоположение передающей антенны относительно карданова подвеса ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ метры, где $({x_{}^{ˆ}}_{G}, {y_{}^{ˆ}}_{G}, {z_{}^{ˆ}}_{G})$ задайте систему координат тела карданова подвеса. Опорное направление антенны выравнивается с ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ . Оба спутника передают со степенью 15 dBW. Передатчик встроенный MathWorks Sat 1 используется в перекрестной ссылке для отправки данных к MathWorks Sat 2 на частоте 30 ГГц. Передатчик встроенный MathWorks Sat 2 используется в нисходящем канале к MathWorks Australia на частоте 27 ГГц.

mwSat1Tx = transmitter(gimbalMWSat1Tx, ...
    "MountingLocation",[0;0;1], ... % meters
    "Frequency",30e9, ...           % hertz
    "Power",15);                    % decibel watts
mwSat2Tx = transmitter(gimbalMWSat2Tx, ...
    "MountingLocation",[0;0;1], ... % meters
    "Frequency",27e9, ...           % hertz
    "Power",15);                    % decibel watts

Как приемник, передатчик также использует Гауссову антенну. Установите диаметр тарелки антенн передатчика спутников к 0,5 м.

gaussianAntenna(mwSat1Tx, ...
    "DishDiameter",0.5); % meters
gaussianAntenna(mwSat2Tx, ...
    "DishDiameter",0.5); % meters

Добавьте наземные станции

Используйте groundStation добавить наземные станции в MathWorks India и MathWorks Australia.

latitude = 12.9436963;  % degrees
longitude = 77.6906568; % degrees
mwIndia = groundStation(sc, ...
    latitude, ...
    longitude, ...
    "Name","MathWorks India");

latitude = -33.7974039;  % degrees
longitude = 151.1768208; % degrees
mwAustralia = groundStation(sc, ...
    latitude, ...
    longitude, ...
    "Name","MathWorks Australia");

Добавьте карданов подвес в каждую наземную станцию

Используйте gimbal добавить карданов подвес в MathWorks India и MathWorks Australia. Карданов подвес в MathWorks India содержит передатчик, и карданов подвес в MathWorks Australia содержит приемник. Карданов подвес расположен на 5 метров выше их соответствующих наземных станций, как проиллюстрировано в схеме ниже. Следовательно, их местоположения монтирования $- 5 {z_{}^{ˆ}}_{G S}$ метры, где $({x_{}^{ˆ}}_{G S}, {y_{}^{ˆ}}_{G S}, {z_{}^{ˆ}}_{G S})$ задайте связанную ось наземных станций. ${x_{}^{ˆ}}_{G S}$ , ${y_{}^{ˆ}}_{G S}$ и ${z_{}^{ˆ}}_{G S}$ всегда указывайте Север, Восток и вниз соответственно. Поэтому ${z_{}^{ˆ}}_{G S}$ компонент карданова подвеса составляет-5 метров так, чтобы они были размещены над землей станция а не ниже. Кроме того, по умолчанию, монтирующиеся углы карданова подвеса таковы что их оси тела $({x_{}^{ˆ}}_{G}, {y_{}^{ˆ}}_{G}, {z_{}^{ˆ}}_{G})$ выравниваются с родительским элементом (в этом случае, наземная станция) оси тела $({x_{}^{ˆ}}_{G S}, {y_{}^{ˆ}}_{G S}, {z_{}^{ˆ}}_{G S})$ . В результате, когда карданов подвес не управляется, их ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ ось указывает прямо вниз, и так делает антенну, присоединенную к нему с помощью углов монтирования значения по умолчанию также. Поэтому необходимо установить монтирующийся угол тангажа на 180 градусов, так, чтобы ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ точки прямо, когда карданов подвес не управляется.

gimbalMWIndia = gimbal(mwIndia, ...
    "MountingAngles",[0;180;0], ... % degrees
    "MountingLocation",[0;0;-5]);   % meters
gimbalMWAustralia = gimbal(mwAustralia, ...
    "MountingAngles",[0;180;0], ... % degrees
    "MountingLocation",[0;0;-5]);   % meters

Добавьте передатчики и приемники к карданову подвесу наземной станции

Используйте transmitter добавить передатчик в карданов подвес в MathWorks India. Восходящий передатчик отправляет данные MathWorks Sat 1 на частоте 30 ГГц и степени 30 dBW. Антенна передатчика смонтирована в ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ метры относительно карданова подвеса.

mwIndiaTx = transmitter(gimbalMWIndia, ...
    "Name","MathWorks India Transmitter", ...
    "MountingLocation",[0;0;1], ... % meters
    "Frequency",30e9, ...           % hertz
    "Power",30);                    % decibel watts

Используйте gaussianAntenna установить диаметр тарелки антенны передатчика к 2 м.

gaussianAntenna(mwIndiaTx, ...
    "DishDiameter",2); % meters

Используйте receiver добавить приемник в карданов подвес в наземной станции MathWorks Australia, чтобы получить нисходящие данные MathWorks Sat 2. Усиление приемника к шумовому температурному отношению является 3 dB/K, и необходимый Eb/No составляет 1 дБ. Монтирующееся местоположение антенны приемника ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ метры относительно карданова подвеса.

mwAustraliaRx = receiver(gimbalMWAustralia, ...
    "Name","MathWorks Australia Receiver", ...
    "MountingLocation",[0;0;1], ...      % meters
    "GainToNoiseTemperatureRatio",3, ... % decibels/Kelvin
    "RequiredEbNo",1);                   % decibels

Используйте gaussianAntenna установить диаметр тарелки антенны приемника к 2 м.

gaussianAntenna(mwAustraliaRx, ...
    "DishDiameter",2); % meters

Поставьте цели отслеживания для карданова подвеса

По качеству лучшей ссылки антенны должны постоянно указывать на свои соответствующие цели. Карданов подвес может управляться независимый от их родительских элементов (спутник или наземная станция), и сконфигурировал, чтобы отследить другие спутники и наземные станции. Используйте pointAt поставить цель отслеживания для карданова подвеса так, чтобы:

Антенна передатчика в MathWorks India указывает на MathWorks Sat 1
Антенна приемника на борту MathWorks Sat 1 указывает на MathWorks India
Антенна передатчика на борту MathWorks Sat 1 указывает на MathWorks Sat 2
Антенна приемника на борту MathWorks Sat 2 указывает на MathWorks Sat 1
Антенна передатчика на борту MathWorks Sat 2 указывает на MathWorks Australia
Антенна приемника в MathWorks Australia указывает на MathWorks Sat 2

pointAt(gimbalMWIndia,mwSat1);
pointAt(gimbalMWSat1Rx,mwIndia);
pointAt(gimbalMWSat1Tx,mwSat2);
pointAt(gimbalMWSat2Rx,mwSat1);
pointAt(gimbalMWSat2Tx,mwAustralia);
pointAt(gimbalMWAustralia,mwSat2);

Когда цель для карданова подвеса поставлена, ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ ось отследит цель. Поскольку антенна включена ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ и его опорное направление выравнивается с ${z_{}^{ˆ}}_{G}$ , антенна также отследит желаемую цель.

Добавьте анализ ссылки и визуализируйте сценарий

Используйте link добавить анализ ссылки в передатчик в MathWorks India. Ссылка имеет регенеративный тип повторителя, который происходит в mwIndiaTx и концы в mwAustraliaRx, и направлен через mwSat1Rx, mwSat1Tx, mwSat2Rx и mwSat2Tx.

lnk = link(mwIndiaTx,mwSat1Rx,mwSat1Tx,mwSat2Rx,mwSat2Tx,mwAustraliaRx);

Спутниковое Средство просмотра Сценария автоматически обновляется, чтобы отобразить целый сценарий. Используйте средство просмотра в качестве визуального подтверждения, что сценарий был настроен правильно. Зеленые линии представляют ссылку и подтверждают, что ссылка закрывается.

Определите Времена, Когда Ссылка закрывается, и Визуализируйте Закрытия Ссылки

Используйте linkIntervals метод, чтобы определить времена, когда ссылка закрывается. linkIntervals метод выводит таблицу запуска и времена остановки закрытий ссылки, которые представляют интервалы, во время которых MathWorks India может отправить данные MathWorks Australia. Источник и цель является первыми и последними узлами в ссылке. Если один из Источника или Цели находится на спутнике, StartOrbit и EndOrbit обеспечивают количество орбиты источника или предназначаются для спутника, что они присоединяются непосредственно или через карданов подвес, запускающийся со времени начала сценария. Если и Источник и цель присоединен к спутнику, StartOrbit и EndOrbit обеспечивают количество орбиты спутника, к которому присоединяется Источник. И начиная с Источника и цели присоединены к наземным станциям, StartOrbit и EndOrbit является NaN.

linkIntervals(lnk)

ans=6×8 table
               Source                            Target                IntervalNumber         StartTime                EndTime           Duration    StartOrbit    EndOrbit
    _____________________________    ______________________________    ______________    ____________________    ____________________    ________    __________    ________

    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          1           19-Aug-2020 20:55:00    19-Aug-2020 21:20:00      1500         NaN          NaN   
    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          2           19-Aug-2020 23:38:00    20-Aug-2020 00:21:00      2580         NaN          NaN   
    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          3           20-Aug-2020 09:34:00    20-Aug-2020 09:50:00       960         NaN          NaN   
    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          4           20-Aug-2020 12:26:00    20-Aug-2020 12:58:00      1920         NaN          NaN   
    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          5           20-Aug-2020 15:25:00    20-Aug-2020 16:05:00      2400         NaN          NaN   
    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          6           20-Aug-2020 18:28:00    20-Aug-2020 19:13:00      2700         NaN          NaN

Используйте play визуализировать симуляцию сценария с ее времени начала ко времени остановки. Зеленые линии исчезают каждый раз, когда ссылка не может быть закрыта.

play(sc);

Постройте поле ссылки в MathWorks Australia

Поле ссылки в приемнике является различием между энергией на бит к шумовой степени спектральное отношение плотности (Eb/No) в приемнике и его RequiredEbNo. Для успешного закрытия ссылки поле ссылки должно быть положительным во всех узлах приемника. Выше поле ссылки, лучше качество ссылки. Вычислить поле ссылки в итоговом узле, то есть, MathWorks Australia Receiver, ebno использования получить историю Eb/No в MathWorks Australia Receiver и вычесть его RequiredEbNo от этого количества, чтобы получить поле ссылки. Кроме того, используйте plot построить вычислить поле ссылки.

[e, time] = ebno(lnk);
margin = e - mwAustraliaRx.RequiredEbNo;
plot(time,margin,"LineWidth",2);
xlabel("Time");
ylabel("Link Margin (dB)");
grid on;

Разрывы в графике подразумевают, что связь была разорвана прежде, чем достигнуть итогового узла в ссылке, или угол обзора между итоговым узлом и узлом перед ним, то есть, MathWorks Sat 2, был поврежден. Во все другие времена поле ссылки положительно. Это подразумевает, что степень MathWorks Sat 2 Transmitter и чувствительность MathWorks Australia Receiver всегда достаточны. Это также подразумевает, что поле положительно во всех других транзитных участках ссылки.

Измените Необходимый Eb/No и Наблюдайте Эффект на Интервалах Ссылки

Увеличьте RequiredEbNo из приемника в MathWorks Australia от 1 дБ до 10 дБ и повторно вычисляют интервалы ссылки. Увеличение RequiredEbNo по существу уменьшает чувствительность MathWorks Australia Receiver. Это негативно влияет на результирующие времена закрытия ссылки и поле ссылки. Количество закрытых отбрасываний интервалов ссылки от шесть до пять, и длительность закрытых интервалов ссылки короче. Сравнение поля ссылки с путем перевычисления и графического вывода поля ссылки. С необходимым набором EbNo к 10 дБ закрытие ссылки иногда ограничивается полем ссылки, когда существует угол обзора между смежными узлами.

mwAustraliaRx.RequiredEbNo = 10; % decibels
linkIntervals(lnk)

ans=5×8 table
               Source                            Target                IntervalNumber         StartTime                EndTime           Duration    StartOrbit    EndOrbit
    _____________________________    ______________________________    ______________    ____________________    ____________________    ________    __________    ________

    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          1           19-Aug-2020 20:55:00    19-Aug-2020 21:18:00      1380         NaN          NaN   
    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          2           19-Aug-2020 23:43:00    20-Aug-2020 00:15:00      1920         NaN          NaN   
    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          3           20-Aug-2020 12:30:00    20-Aug-2020 12:58:00      1680         NaN          NaN   
    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          4           20-Aug-2020 15:29:00    20-Aug-2020 16:05:00      2160         NaN          NaN   
    "MathWorks India Transmitter"    "MathWorks Australia Receiver"          5           20-Aug-2020 18:32:00    20-Aug-2020 19:13:00      2460         NaN          NaN

Кроме того, повторно вычислите и постройте новое поле ссылки и сравните его с предыдущим графиком. Поле ссылки уменьшало в целом, подразумевая, что качество ссылки понизилось в результате сокращения чувствительности приемника. В определенных экземплярах поле ссылки отрицательно, показывая, что существуют времена, когда ссылка действительно становится поврежденной в MathWorks Australia Receiver, даже если это имеет угол обзора к MathWorks Sat 2.

[e, newTime] = ebno(lnk);
newMargin = e - mwAustraliaRx.RequiredEbNo;
plot(newTime,newMargin,"r",time,margin,"b","LineWidth",2);
xlabel("Time");
ylabel("Link Margin (dB)");
legend("New link margin","Old link margin","Location","north");
grid on;

Следующие шаги

Этот пример продемонстрировал, как настроить мультитранзитный участок регенеративная ссылка типа повторителя и как определить времена, когда ссылка закрывается. Времена закрытия ссылки под влиянием поля ссылки в каждом приемнике в ссылке. Поле ссылки является различием между энергией на бит к шумовой степени спектральное отношение плотности (Eb/No) в приемнике и необходимым Eb/No. Eb/No в приемнике является функцией:

Орбита и указывающий режим спутников, содержащих передатчики и приемники
Положение наземных станций, содержащих передатчики и приемники
Положение, ориентация и указывающий режим карданова подвеса, содержащего передатчики и приемники
Положение и ориентация передатчиков и приемников относительно их родительских элементов
Технические требования передатчиков - степень, частота, битрейт и системная потеря
Технические требования приемников - получают к шумовому температурному отношению, требуемому Eb/No и системной потере
Технические требования антенн передатчика и приемника, таких как диаметр тарелки и апертурный КПД для Гауссовой антенны

Измените вышеупомянутые параметры и наблюдайте, что их удар на ссылку выполняет различные типы какой - если исследования.

Смотрите также

Объекты

access | conicalSensor | groundStation | receiver | satellite | satelliteScenario | satelliteScenarioViewer | transmitter

Документация