В этом примере показано, как установить многоузловую линию спутниковой связи между двумя наземными станциями. Первая наземная станция находится в MathWorks India, а вторая наземная станция - в MathWorks Australia. Линия связи маршрутизируется через два спутника (MathWorks Sat 1 и MathWorks Sat 2). Каждый спутник действует как регенеративные ретрансляторы. Регенеративный ретранслятор принимает входящий сигнал, а затем демодулирует, переделывает, усиливает и повторно передает принятый сигнал. Определены сроки, в течение которых MathWorks India может отправлять данные в MathWorks Australia.
Использовать satelliteScenario для создания сценария спутника. Использовать datetime для определения времени начала и времени окончания сценария. Установите время выборки равным 60 секундам.
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);
Использовать satelliteScenarioViewer для запуска программы просмотра спутниковых сценариев.
satelliteScenarioViewer(sc);
Использовать satellite добавление к сценарию спутников MathWorks Sat 1 и MathWorks Sat 2 путем указания их орбитальных элементов Кеплера, 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");
Использовать gimbal для добавления карданов к спутникам. Каждый спутник состоит из двух карданных шарниров на противоположных сторонах спутника. Один карданный шарнир удерживает антенну приемника, а другой карданный шарнир удерживает антенну передатчика. Повышающееся местоположение определено в декартовских координатах в каркасе кузова спутника, который определен , где , и - список, подача и оси отклонения от курса соответственно, спутника. Место установки кардана, который удерживает приемник, составляет yˆS+2zˆS метра, а кардана, который удерживает передатчик, составляет yˆS+2zˆS метра, как показано на 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
Каждый спутник состоит из приемника и передатчика, составляющих регенеративный ретранслятор. Использовать receiver добавление приемника к карданным шарнирам gimbalMWSat1Rx и gimbalMWSat2Rx. Место установки приемной антенны относительно кардана составляет метра, как показано на схеме выше. Коэффициент усиления приемника к температуре шума равен 3dB/K, а требуемое значение Eb/No равно 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
Использовать gaussianAntenna для установки диаметра тарелки приемных антенн на спутниках в 0.5 м. Гауссова антенна имеет диаграмму направленности, которая достигает пика у своего визирования и затухает радиально-симметрично на основе гауссова распределения при удалении от визирования, как показано на диаграмме ниже. Пиковое усиление является функцией диаметра тарелки и эффективности отверстия.
gaussianAntenna(mwSat1Rx, ... "DishDiameter",0.5); % meters gaussianAntenna(mwSat2Rx, ... "DishDiameter",0.5); % meters
Использовать transmitter добавление передатчика к карданным шарнирам gimbalMWSat1Tx и gimbalMWSat2Tx. Место установки передающей антенны относительно кардана составляет метра, где определяет каркас корпуса кардана. Прицел антенны совмещен с . Оба спутника передают мощностью 15 дБВт. Встроенный передатчик MathWorks Sat 1 используется в перекрестном канале для передачи данных в MathWorks Sat 2 с частотой 30 ГГц. Встроенный передатчик MathWorks Sat 2 используется в нисходящей линии связи с 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 и приемник, передатчик также использует гауссову антенну. Установите диаметр тарелки передающих антенн спутников равным 0,5 м.
gaussianAntenna(mwSat1Tx, ... "DishDiameter",0.5); % meters gaussianAntenna(mwSat2Tx, ... "DishDiameter",0.5); % meters
Использовать 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");
Использовать gimbal для добавления кардана в MathWorks India и MathWorks Australia. Карман в MathWorks India содержит передатчик, а карман в MathWorks Australia - приемник. Карданные шарниры расположены на высоте 5 метров над соответствующими наземными станциями, как показано на диаграмме ниже. Следовательно, их места установки составляют 5zˆGS метров, где ) определяет ось корпуса наземных станций. xˆGS, yˆGS и zˆGS всегда указывают на север, восток и вниз соответственно. Поэтому zˆGS составляющая карданных шарниров составляет -5 метров, чтобы они размещались над наземной станцией, а не ниже. Кроме того, по умолчанию монтажные углы кардана таковы, что их оси ) тела выровнены с родительскими осями (в данном случае с базовой станцией) тела ). В результате, когда карданные шарниры не управляются, их zˆG ось указывает прямо вниз, и антенна, прикрепленная к ней, также использует монтажные углы по умолчанию. Поэтому необходимо установить угол наклона крепления равным 180 градусам, чтобы zˆG указывала прямо вверх, когда кардан 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
Использовать transmitter добавить передатчик к кардану в MathWorks India. Передатчик восходящей линии связи посылает данные в MathWorks Sat 1 с частотой 30 ГГц и мощностью 30 дБВт. Антенна передатчика установлена на метрах относительно кардана.
mwIndiaTx = transmitter(gimbalMWIndia, ... "Name","MathWorks India Transmitter", ... "MountingLocation",[0;0;1], ... % meters "Frequency",30e9, ... % hertz "Power",30); % decibel watts
Использовать gaussianAntenna установить диаметр тарелки антенны передатчика равным 2 м.
gaussianAntenna(mwIndiaTx, ... "DishDiameter",2); % meters
Использовать receiver добавление приемника к кардану на наземной станции MathWorks Australia для приема данных нисходящей линии связи от MathWorks Sat 2. Отношение коэффициента усиления приемника к температуре шума составляет 3 дБ/К, а требуемое значение Eb/No равно 1 дБ. Место установки приемной антенны составляет метра относительно кардана.
mwAustraliaRx = receiver(gimbalMWAustralia, ... "Name","MathWorks Australia Receiver", ... "MountingLocation",[0;0;1], ... % meters "GainToNoiseTemperatureRatio",3, ... % decibels/Kelvin "RequiredEbNo",1); % decibels
Использовать gaussianAntenna установить диаметр тарелки приемной антенны равным 2 м.
gaussianAntenna(mwAustraliaRx, ... "DishDiameter",2); % meters
Для наилучшего качества линии связи антенны должны постоянно указывать на свои соответствующие цели. Шарниры могут управляться независимо от их родителей (спутник или наземная станция) и конфигурироваться для слежения за другими спутниками и наземными станциями. Использовать pointAt установить следящую цель для карданных шарниров таким образом, чтобы:
Антенна передатчика в MathWorks India указывает на MathWorks Sat 1
Антенна приемника на борту MathWorks Sat 1 точка на MathWorks India
Антенна передатчика на борту MathWorks Sat 1 точка на MathWorks Sat 2
Антенна приемника на борту MathWorks Sat 2 точки на MathWorks Sat 1
Антенна передатчика на борту MathWorks Sat 2 точки 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 кардана установлена, ее ось будет отслеживать цель. Поскольку антенна находится на и ее визирование совмещено с , антенна будет также отслеживать нужную цель.
Использовать link добавить анализ канала к передатчику в MathWorks India. Канал имеет регенеративный тип ретранслятора, который инициируется в mwIndiaTx и заканчивается на mwAustraliaRx, и маршрутизируется через mwSat1Rx, mwSat1Tx, mwSat2Rx и mwSat2Tx.
lnk = link(mwIndiaTx,mwSat1Rx,mwSat1Tx,mwSat2Rx,mwSat2Tx,mwAustraliaRx);
Программа просмотра спутниковых сценариев автоматически обновляется для отображения всего сценария. Используйте средство просмотра в качестве визуального подтверждения правильности настройки сценария. Зеленые линии представляют ссылку и подтверждают, что ссылка закрыта.
Используйте linkIntervals для определения времени закрытия связи. linkIntervals выводит таблицу времени начала и окончания замыканий каналов, которые представляют интервалы, в течение которых MathWorks India может отправлять данные в MathWorks Australia. Исходный и целевой узлы являются первым и последним узлами в линии связи. Если один из источников или целей находится на спутнике, StartOrbit и EndOrbit обеспечивают подсчет орбиты источника или целевого спутника, к которому они присоединены непосредственно или через карданные шарниры, начиная со времени начала сценария. Если к спутнику присоединены и Источник, и Цель (Source and Target), StartOrbit и EndOrbit обеспечивают подсчет орбиты спутника, к которому присоединен Источник (Source). Так как и Источник, и Цель присоединены к наземным станциям, StartOrbit и EndOrbit являются 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
Использовать play визуализация моделирования сценария от времени начала до времени остановки. Зеленые линии исчезают всякий раз, когда связь не может быть закрыта.
play(sc);
Запас линии связи в приемнике представляет собой разность между отношением спектральной плотности энергии на бит к мощности шума (Eb/No) в приемнике и его RequiredEbNo. Для успешного закрытия линии связи запас линии связи должен быть положительным на всех узлах приемника. Увеличение запаса канала, улучшение качества канала. Для вычисления запаса линии связи в конечном узле, то есть MathWorks Australia Receiver, используйте ebno получить историю Eb/No в приемнике MathWorks Australia и вычесть его RequiredEbNo из этого количества, чтобы получить маржу связи. Кроме того, используйте plot для построения графика вычисляемого поля связи.
[e, time] = ebno(lnk); margin = e - mwAustraliaRx.RequiredEbNo; plot(time,margin,"LineWidth",2); xlabel("Time"); ylabel("Link Margin (dB)"); grid on;
Промежутки на графике подразумевают, что звено было разорвано до достижения конечного узла в звене, либо нарушена линия визирования между конечным узлом и узлом перед ним, то есть MathWorks Sat 2. Во всех остальных случаях запас линии связи является положительным. Это означает, что мощность передатчика MathWorks Sat 2 и чувствительность приемника MathWorks Australia всегда достаточны. Это также означает, что запас является положительным для всех других транзитных участков канала.
Увеличить RequiredEbNo приемника в MathWorks Australia от 1 дБ до 10 дБ и повторно вычислить интервалы линии связи. Увеличение RequiredEbNo существенно снижает чувствительность приемника MathWorks Australia. Это отрицательно влияет на результирующее время замыкания линии связи и запас линии связи. Количество интервалов замкнутой линии связи уменьшается с шести до пяти, а длительность интервалов замкнутой линии связи короче. Сравнение границы звена с путем повторного вычисления и печати границы звена. При требуемом значении EbNo, равном 10 дБ, замыкание линии связи иногда ограничивается полем линии связи при наличии прямой видимости между соседними 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 график нового поля связи и сравните его с предыдущим графиком. Запас линии связи в целом уменьшился, подразумевая, что качество линии связи снизилось в результате снижения чувствительности приемника. В некоторых случаях запас линии связи отрицательный, что означает, что существует время, когда линия связи действительно разрывается в приемнике MathWorks Australia, даже если она имеет линию видимости 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;
В этом примере показано, как настроить канал с несколькими переходами и как определить время закрытия канала. Время закрытия линии связи зависит от запаса линии связи в каждом приемнике в линии связи. Запас линии связи представляет собой разность между отношением спектральной плотности энергии на бит к мощности шума (Eb/No) в приемнике и требуемым Eb/No. Eb/No в приемнике является функцией:
Режим орбиты и наведения спутников, удерживающих передатчики и приемники
Положение наземных станций, удерживающих передатчики и приемники
Положение, ориентация и режим наведения карданных шарниров, удерживающих передатчики и приемники
Положение и ориентация передатчиков и приемников относительно их родителей
Технические характеристики передатчиков - мощность, частота, скорость передачи и потеря системы
Технические характеристики приемников - отношение коэффициента усиления к температуре шума, требуемое значение Eb/No и потери в системе
Технические характеристики антенн передатчика и приемника, такие как диаметр тарелки и эффективность апертуры для гауссовой антенны
Измените вышеуказанные параметры и наблюдайте их влияние на связь для выполнения различных типов анализа «что если».
access | conicalSensor | groundStation | receiver | satellite | satelliteScenario | satelliteScenarioViewer | transmitter