ZASTOSOWANIE SATELITARNYCH SYSTEMÓW TELEKOMUNIKACYJNYCH W STEROWANIU OBIEKTAMI

Transkrypt

1 Wojciech NAPIÓRKOWSKI Marian KOPCZEWSKI Politechnika Koszali ska ZASTOSOWANIE SATELITARNYCH SYSTEMÓW TELEKOMUNIKACYJNYCH W STEROWANIU OBIEKTAMI 1. Wst p W dobie XXI wieku wspó czesne wymagania cywilizacyjne zmuszaj nas do zapewnienia mo liwo ci przesy ania informacji pomi dzy dowolnie po o onymi punktami. Wywo uje to ogromny wzrost znaczenia telekomunikacji bezprzewodowej, opartej na zasadzie czno ci satelitarnej. Zastosowanie satelitów jako stacji po rednicz cych w procesie transmisji informacji wp ywa na zwi kszenie dost pno ci do us ug telekomunikacyjnych. Szczególne znaczenie ma to w miejscach, gdzie charakter obszaru ogranicza lub niekiedy uniemo liwia stosowanie naziemnych systemów telekomunikacyjnych. Wyst puje to zw aszcza na obszarach pozbawionych infrastruktury telekomunikacyjnej, np. terenach pustynnych, na morzach, s abo zurbanizowanych obszarach wiejskich oraz miastach b d pa stwach o nie w pe ni rozwini tej strukturze gospodarczo-ekonomicznoprzemys owej, a niestety, wsz dzie tam czym sterujemy. Telekomunikacja satelitarna stanowi obecnie intensywnie rozwijaj c si dziedzin wiedzy i techniki. Du a grupa ludzi jest zainteresowana korzystaniem z tzw. us ug multimedialnych sterowania, czyli mo liwo ci cznej prezentacji ró nych róde danych, z których najbardziej rozpowszechnione s : tekst, d wi k oraz obraz nieruchomy i ruchomy. Doprowadzi do tego rozwój Internetu i technik umo liwiaj cych kompresj obrazu i d wi ku. Analizy dotycz ce rozwoju rynku us ug telekomunikacyjnych wskazuj, e w przysz o ci us ugi zwi zane z transmisj danych b d si rozwija szybciej ni standardowe us ugi telefoniczne. 2. Wykorzystanie systemów satelitarnych Dotychczas dost p do multimedialnych us ug zwi zanych ze sterowaniem by realizowany przy u yciu naziemnych stacjonarnych sieci teletransmisyjnych. Wzrastaj cy post p technologiczny dowodzi, i transmisja satelitarna w znacznym stopniu u atwi doj cie do us ug multimedialnych. Transmisja satelitarna charakteryzuje si du przep ywno ci i szerokim zasi giem geograficznym. Wykracza poza ograniczenia tradycyjnych infrastruktur naziemnych i jest ideal-

2 54 Wojciech Napiórkowski, Marian Kopczewski nym medium transmisyjnym dla dostarczania nowych us ug szerokopasmowych. Charakterystyczn cech transmisji satelitarnej jest zdolno docierania do obszarów niedost pnych dla innych technik czno ci. Dost p do multimedialnych us ug sterowania wyznaczaj dwa parametry: obszar i czas. Wyró nia si systemy satelitarne zapewniaj ce: globalny dost p, tzn. ca a powierzchnia Ziemi znajduje si w zasi gu dzia ania systemu, nie w pe ni globalny dost p, gdy niektóre obszary - ze wzgl du na przewidywane ma e zapotrzebowanie - nie zosta y obj te zasi giem systemu, dost p regionalny, obejmuj cy okre lone obszary o du ym zapotrzebowaniu na okre lone rodzaje us ug i uwzgl dniaj cy kontynentaln lub regionaln specyfik tych us ug. W zale no ci od potrzeby i przeznaczenia mo emy wyodr bni trzy grupy wykorzystania systemów satelitarnych: realizacja okresowych po cze z obiektami sta ymi i ruchomymi na powierzchni Ziemi przy niewielkim ich zapotrzebowaniu na ruch telekomunikacyjny. transmisja i radiodyfuzja programów telewizyjnych i radiofonicznych. rozga zione systemy czno ci satelitarnej charakteryzuj ce si bardzo du szeroko ci kana ów transmisyjnych ze szczególnym przeznaczeniem dla sieci internetowej i us ug multimedialnych.. 3. Rodzaje orbit, na których umieszczane s satelity Orbity niskie (LEO) to orbity ko owe lub eliptyczne o wysoko ci nad powierzchni Ziemi od 500 do 2000 km. Satelity umieszczone na tego typu orbitach maj okres obiegu z przedzia u min, a czas widoczno ci satelity ponad horyzontem nie przekracza 20 min. Promie obszaru, który satelita mo e obs u y, jest nie wi kszy ni km. Orbity rednie (MEO, ICO) to orbity ko owe o wysoko ci w przedziale km. Okres obiegu satelity na takiej orbicie wynosi oko o 6 h, a czas widoczno ci satelity ponad horyzontem jest liczony w godzinach. Orbity silnie eliptyczne (HEO) maj perygeum na wysoko ci oko o 500 km nad powierzchni Ziemi, a apogeum na wysoko ci do km. Okres obiegu satelity wynosi od 8 do 24 h. Orbity te by y stosowane w systemach Mo nia (okres obiegu 12 h) i Tundra (24 h). Orbita geostacjonarna (GEO) jest stosowana przez wi kszo dzia aj cych obecnie systemów satelitarnych. Jest to orbita ko owa, le ca w p aszczy nie równika, o okresie obiegu satelity równym okresowi obrotu Ziemi. Wysoko orbity wynosi km. Istnieje tylko jedna taka orbita. Satelita umieszczony na niej pozostaje pozornie nieruchomy w stosunku do punktów na powierzchni

3 Zastosowanie satelitarnych systemów telekomunikacyjnych 55 Ziemi. Zalet orbity geostacjonarnej jest mo liwo zapewnienia czno ci w skali globalnej za pomoc niewielkiej liczby satelitów. Natomiast wad stanowi du e t umienie oraz du e opó nienie sygna u na trasach Ziemia satelita i satelita Ziemia. Rys.1. Rodzaje Orbit 4. Globalny system pozycjonowania GPS System GPS zacz powstawa pod koniec lat 70. Stopniowo by uzupe niany przez umieszczanie na orbicie kolejnych satelitów i udost pniany autoryzowanym u ytkownikom wojskowym. Po wprowadzeniu na orbity wszystkich 24 satelitów, w lipcu 1995 roku og oszono system GPS jako w pe ni operacyjny, a rok pó niej dzia anie zako czy poprzednik GPS system TRANSIT. Pomimo olbrzymich kosztów budowy systemu (ok. 12 mld USD) jego w a ciciel, rz d Stanów Zjednoczonych, nie pobiera adnych op at za u ytkowanie GPS. Zastosowania systemu GPS: w lotnictwie w celu wyznaczania tras przelotu, równie jako system nawigacyjny statków powietrznych oraz samolotów bezza ogowych, w geofizyce w celu wyznaczania z milimetrow dok adno ci, wielko ci przesuni tektonicznych, w pracach geodezyjnych, w kartografii do tworzenia map,

4 56 Wojciech Napiórkowski, Marian Kopczewski w geodynamice do badania zaburze ruchu wirowego Ziemi, zmian po o enia biegunów, przemieszcze kontynentów oraz lokalnych obsuni gruntów, w motoryzacji do pozyskiwania aktualnych informacji o rozmieszczeniu poszczególnych pojazdów nale cych do okre lonego przedsi biorstwa transportowego, wytyczania trasy przejazdu przez miasto czy te automatycznego informowania o aktualnej pozycji uczestnika wypadku drogowego, wzywaj cego pomocy za po rednictwem telefonu komórkowego, w nawigacji morskiej do planowania optymalnej trasy z punktu widzenia warunków meteorologicznych oraz przy wprowadzaniu statku do portu, w budownictwie, np. przy niwelacji terenu. Dok adno systemu GPS: w wersji darmowej system GPS pracowa z dok adno ci metrów do roku 2000, na skutek celowego zak ócenia sygna u, lecz w roku 2000 ówczesny prezydent USA Bill Clinton nakaza usuni cie zak ócenia sygna u, dzi ki czemu dok adno okre lania pozycji dla zwyk ych u ytkowników wzros a do oko o 4-12 metrów. w wersji p atnej wykorzystywanej najcz ciej w wojsku czy te przy badaniach naukowych system mo e pracowa z dok adno ci poni ej 1 metra. 5. Globalny satelitarny system multimedialny SKYBRIDGE W ramach projektu Skybridge powstaje sie satelitów komunikacyjnych o bardzo wysokiej przepustowo ci. Wed ug za o e system b dzie s u y wy cznie do przesy ania danych i jest przewidziany do obs ugi wysokiej jako ci us ug interaktywnych. Twórcy systemu szacuj, e obs u y on 20 mln klientów, zapewniaj c ka demu z nich transfer na poziomie 60 Mb/s. Budowa systemu Skybridge Segment kosmiczny systemu b dzie sk ada si z 80 aktywnych satelitów (plus 4 satelity zapasowe na Ziemi) rozmieszczonych na 20 orbitach, po 4 satelity na ka dej orbicie. W systemie zastosowano orbity ko owe o wysoko ci 1469 km. Segment naziemny b dzie obejmowa centralne stacje steruj co-kontrolne, stacje po rednicz ce do po czenia z sieciami ziemskimi oraz ró nego typu ko cowe stacje naziemne dla u ytkowników zbiorowych i indywidualnych. 7. Podsumowanie Zgodnie z za o eniami strukturalno-systemowymi i przewidywanymi potrzebami, satelity telekomunikacyjne b d stanowi y integraln i nieroz czn cz sk a-

5 Zastosowanie satelitarnych systemów telekomunikacyjnych 57 dow globalnych systemów czno ci. Wzrastaj cy post p techniczny przynosz c nowe rozwi zania sprawia, e wzrasta i tak szeroki wachlarz zastosowa systemów satelitarnych. Rozwój multimedialnych systemów satelitarnych sprawi, e dzi mo emy mie czno z miejscami, gdzie charakter obszaru ogranicza lub niekiedy uniemo liwia stosowanie naziemnych systemów telekomunikacyjnych. czno satelitarna aktualnie pozwala nam korzysta z takich us ug, jak: dost p do Internetu i sieci WWW, elektroniczny transfer dokumentów, poczta elektroniczna i przesy anie wiadomo ci, dystrybucja danych, telewizja do domu i telewizja na danie, dystrybucja programów muzycznych, telewizja rozsiewcza, wideokonferencja, us ugi bankowe, elektroniczne transakcje, elektroniczne sklepy, us ugi reporterskie SNG (Satellite News Gathering), bezprzewodowe LAN i rozszerzenie sieci LAN, a tym samym skuteczniejsze efekty sterowania. Systemy satelitarne znalaz y równie zastosowanie w wojsku. Jednak e nale y mie na uwadze to, e ze wzgl du na atwo zniszczenia zawieszonego na orbicie satelity ka dy satelitarny system czno ci jest otwarty na destrukcyjne dzia anie przeciwnika. St d bezpieczna czno wojskowa, szczególnie w warunkach prowadzenia dzia a wojennych, nie mo e opiera si wy cznie na technice satelitarnej. Jednak w warunkach pokojowych czno satelitarna bez obawy mo e by stosowana w wojskowych systemach czno ci, tym bardziej, e gdy nie ma bezpo redniego zagro enia, Si y Zbrojne obok przygotowania si do zada wojskowych pe ni równie zadania o charakterze cywilnym, takie jak. np. wspieranie akcji humanitarnych i ekologicznych oraz udzia w mi dzynarodowych misjach i akcjach pokojowych, których znaczenie i zakres ci gle wzrasta. Niezb dnym czynnikiem, warunkuj cym sprawne spe nianie wymaganych zada, realizowanych cz sto na obszarach o ubogiej lub nieistniej cej infrastrukturze telekomunikacyjnej, jest odpowiedni pod wzgl dem funkcjonalnym system czno ci.

6