НИЗКООРБИТАЛЬНЫЕ СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВЯЗНОСТИ ДЛЯ В СИСТЕМАХ С МНОГОСПУТНИКОВЫМИ ГРУППИРОВКАМИ

Необходимость расширения зоны обслуживания вплоть до глобальной и снижения энергетического потенциала в ССС заставляет рассматривать варианты их построения на базе группировок космических аппаратов (КА) на относительно низких, по сравнению с геостационарной, орбитах. В таких системах охват всей зоны обслуживания осуществляется совокупностью зон радиовидимости (ЗРВ) отдельных КА, входящих а группировку, вследствие чего возникает задача объединения их в единое целое, т.е. обеспечения связности системы, которая может достигаться или с помощью межепутниковых линий связи (МЛС) или наземных ретрансляторов (HP), или комбинацией этих двух способов. В любом варианте канал связи в многоспутниковой системе является интегральным.

На рис. 8 в качестве примера представлен интегральный канал связи от i-гo абонента k-му. абоненту с двумя звеньями ретрансляции, обеспечивающий связность либо с помощью МЛС (сплошные линии), либо с помощью HP (пунктирные линии).

Решение задачи обеспечения связности может иметь много вариантов, что приводит к необходимости ее оценки и выбору наиболее эффективного варианта.

Существуют различные определения связности и ее количественных оценок, но применительно к многоспутниковой системе эти определения требуют уточнения, поскольку в процессе движения КА по орбитам и вращения Земли взаимное положение элементов системы -(КА, HP, AC) постоянно изменяется во времени, а следовательно, изменяется во времени и структура системы.

Будем называть систему связной на некотором интервале времени, если в каждый его момент для любой пары объектов (абонентов системы), независимо от их положения в зоне обслуживания, существует возможность организации канала связи между ними с заданными параметрами.

Представим структуру системы в некоторый момент времени t виде графа G(Vs,Us), вершинами которого Vs являются элементы системы, а ветвями Us -связи между ними в момент времени t. Дополним этот граф еще двумя вершинами А и В, обозначающими некоторую пару объектов, и ветвями Ua и Ub, обозначающими их возможные связи в момент времени t с КА, в зонах которых они находятся.

Обозначим полученный граф как Gt(V, U), где V = (Vs, А, В); U = (Us, Ua, Ub). Каждой его вершине и ветви припишем веса W, отражающие изменение тех или иных параметров при прохождении сигнала через данный элемент. Такими параметрами могут быть: время задержки сигнала (в бортовых и наземных ретрансляторах, а также из-за распространения радиоволн), отношение сигнал/шум и др. Обобщающим параметром может служить число ретрансляций сигнала на пути от одного абонента к другому.

Длиной пути dk между двумя объектами системы по k-тому параметру назовем сумму весов W находящихся на данном пути вершин и ветвей. Условие связности двух объектов системы в неко торый момент времени t выполняется в том случае если в графе Gt (V, U) между его вершинами А и В имеется хотя бы один путь длина которого dt (А, В) во каждому из К параметров, характеризующих качество канала, не превышает допустимого значения Dk : Dk(A,B) Система считается связной на некотором интервале времени t, если условия (*) выполняется На этом интервале для любой пары объектов, находящихся в зоне Обслуживания. Это и будем считать показателем связности системы. При оценке связности можно учесть не только длину пути, но и наличие или отсутствие обходных (дополнительных) путей между элементами системы, что так или иначе отражает надежность этих связей и состояние системы в процессе функционирования.

Действительно, если между двумя объектами существует более короткий, чем для другой пары, путь или имеется больше обходных (пусть и неполностью независимых) путей, тo связь между такими объектами будет более надежной, а оценка их связности выше.

Если бы система состояла из абсолютно надежных элементов и всегда находилась в полном составе, то наличие обходных путей между ее элементами или их отсутствие, как впрочем и их длина, если только она не больше допустимой, не имело бы значения.

Однако надежность всех элементов системы носит вероятностный характер, поэтому и уровень связности двух любых объектов на некотором интервале времени можно оценивать как вероятность существования на этом интервале хотя бы одного пути с допустимыми параметрами, а уровень связности системы - как среднее значение уровней связности всех возможных пар ее объектов.

При вычислении уровня связности двух объектов приходится находить пути, удовлетворяющие условию (*) в некоторые моменты времени t. Если качество канала оценивается совокупностью многих параметров, то задача становится весьма сложной. Однако в большинстве случаев достаточно ограничиться одним, наиболее критичным параметром, и тогда при проверке условия связности этих объектов достаточно найти кратчайший путь между ними и его длину по данному параметру. В дальнейшем рассматривается именно этот подход.

Методика определения уровня связности системы. Для этой цели воспользуемся методом статистических испытаний. Число испытаний выбирается исходя из требуемой точности получаемых результатов. Операции, выполняемые в каждом испытании осуществляются по следующему алгоритму: