|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли Плохая тарелка лучшеСовременный человек стремится к свободе выбора во всем, и телевидение всячески помогает ему в достижении этой цели. На орбите размещаются десятки спутников, передающие сотни программ. Поэтому возникает естественная потребность менять не только каналы, но и телевизионные спутники. Без усилий - одним нажатием кнопки. И современная техника предоставляет ему такую возможность. Антенны с зеркалами больших диаметров (группового пользования), даже не предполагающие перенацеливание, должны отслеживать дрейф спутника около точки стояния на орбите, чтобы поддерживать высокое качество принимаемого ТВ-изображения. Приeм почти всех каналов спутникового телевидения осуществляется с геостационарных спутников. Каждый спутник ведет вещание на определенную зону земной поверхности, причем в принципе зона может быть сформирована любой конфигурации - от круговой до охватывающей только Японские острова. Нетрудно догадаться, что все же большинство таких зон находится (часто перекрывая друг друга) в Европе и Северной Америке. Принимаемый со спутника сигнал в пределах зоны вещания неравномерен: по оси нацеливания передающей антенны спутника сигнал максимален, а по мере удаления от нее сигнал плавно ослабевает. Если на поверхности Земли очертить область, в пределах которой сигнал будет ослабляться до определенного порогового значения, то мы получим зону уверенного приема. Далеко за пределами этих зон - в зоне неуверенного приема - тоже можно принимать сигнал, если постараться. Есть, однако, зоны земной поверхности, где прием сигнала в принципе невозможен - это зоны, лежащие вне прямой видимости спутника. Например, полярные области лежат "в тени" вещания всех спутников, находящихся на геостационарной орбите. Для покрытия этих областей необходимо вывести спутник, например, на эллиптическую орбиту. Что и делается. Пример - телевизионные спутники "Молния", запускавшиеся еще в СССР. Проблема наведения: сколько спутников в одной тарелке? Если вы решили стать абонентом спутникового телевидения, то сначала надо уяснить: со скольких спутников вы хотели бы принимать программы? Если вас устраивает набор спутников, предлагаемый фирмами, устанавливающими антенны, то проблема наведения вас не коснется: вам останется только нажимать на кнопки пульта и переходить со спутника на спутник и с программы на программу. Если же вам захочется увидеть как можно больше (Москва находится в зоне неуверенного приема примерно полутора десятков европейских спутников), то сразу встанет вопрос о переходе с одного спутника на другой, то есть о перенацеливании вашей приемной антенны со спутника на спутник. Иначе говоря, вы должны будете делать то, что называется наведением антенны. Но прежде чем заняться наведением, нужно кое-что узнать о самих антеннах. Чем больше тарелка, тем уже ее диаграмма направленности и тем более точного наведения она требует при перенацеливании со спутника на спутник. Ясно, что направленная антенна эфуч, тем выше степень концентрации энергии и больше вероятность качественного приема. Как легко догадаться, чем больше диаметр тарелки, тем более слабый сигнал она способна принять. Однако увеличение размера тарелки не снимает автоматически всех проблем. Одной из главных характеристик антенн является диаграмма направленности, причем эта диаграмма тем уже, чем больше диаметр тарелки. Уже поэтому видно, что нацелить на спутник, а тем более автоматически перенацелить со спутника на спутник 5-метровую антенну, к тому же обладающую значительной массой, куда труднее, чем 60-сантиметровую. Но это еще не все. Неприятный сюрприз преподносят и сами спутники. Дело в том, что спутников, идеально зафиксированных на геостационарной орбите, не бывает. Все они дрейфуют, описывая в течение суток вытянутую "восьмерку". У спутника, хорошо стабилизированного по положению на орбите, - а большинство европейских спутников именно таковы - дрейф лежит в границах диаграммы направленности антенны. Но это только в том случае, если тарелка небольшого диаметра. Если тарелка имеет внушительные размеры, а спутник плохо стабилизирован на орбите, отслеживание дрейфа становится обязательным. Проблема решается двояко: либо можно стабилизировать спутник, периодически запуская двигатели коррекции, либо этот дрейф должна отслеживать приемная антенна. Из сказанного видно, что проблемы наведения, как и приема спутникового сигнала вообще, различаются для индивидуального пользователя, использующего небольшие тарелки, и оператора, формирующего пакеты программ для абонентов, с помощью мощных антенн с размером зеркала до 5 метров. Индивидуальные антенны Телевизионные спутники ориентированы на различные зоны земной поверхности. И если в вашей местности можно хорошо принимать программы с одного спутника на тарелку диаметром 60 см, то с другого вы можете увидеть только "снег". Поэтому вам предстоит решить: удовлетвориться небольшой недорогой тарелкой, обеспечивающей легкость наведения, но лишь на те спутники, которые она сможет хорошо "видеть", или выбрать более дорогую и более "зоркую" тарелку большего диаметра, с более сложным оборудованием наведения. Для хорошего наведения антенну, работающую с несколькими спутниками, необходимо геодезически правильно выставить (установить ее платформу строго горизонтально) Независимо от того, какую антенну вы предпочли, ее необходимо геодезически правильно выставить, проще говоря - установить ее платформу строго горизонтально. Для антенн без систем наведения, предназначенных для работы всегда только с одним спутником, особой точности не требуется: достаточно просто нацелиться на спутник с помощью компаса и транспортира (разумеется, не школьных) или по принимаемому изображению, а далее закрепить найденное положение. Разумеется при установке по компасу может возникнуть большая ошибка из-за магнитного склонения (в Москве до 10Ў), а для установки угла подъема транспортир должен быть заменен на буссоль или сексесколькими спутниками, то есть предполагающих процесс наведения, нужна более высокая точность, в противном случае ось антенны при движении будет "сползать" со стационарной орбиты, и качество приема будет ухудшаться даже у антенн с относительно широкой диаграммой направленности. Поскольку слежение осуществляется за условно неподвижными объектами, находящимися на одной орбите, то для наведения часто используются однокоординатные антенны. При правильной установке такая антенна способна описывать в пространстве дугу геостационарной орбиты, и для перехода со спутника на спутник можно ограничиться одной координатой наведения. Собственно, так и поступают где-нибудь в западной или центральной Европе, куда направлено излучение большинства европейских спутников и где для приема сигнала вполне достаточно зеркала диаметром 60-90 см. Его диаграмма направленности оказывается достаточно широкой, что компенсирует возможные ошибки неточного наведения. Потери сигнала от ошибок наведения при этом оказываются незначительными и на качество изображения практически не влияют. Мы живем в той зоне, где для приема разных спутников необходимы антенны разного диаметра: что-то можно принимать на тарелку диаметром 60 см, что-то на 1,5-метровую, а для чего-то необходима тарелка 2,2-2,5 м (и то при среднем качестве изображения). Если вы устанавливаете антенну размером 2,2-2,5 м, оборудованную ко всему прочему однокоординатным наведением с сектором наведения 60Ў (а то и все 80Ў), у вас начинают возникать определенные проблемы. Как мы уже сказали, с увеличением диаметра тарелки диаграмма направленности антенны сужается. Кроме того, для диапазона 11-14 ГГц, в котором работают европейские спутники, диаграмма становится еще уже и для антенн 2,2-2,5 м составляет порядка 40 угловых секунд. Неприятность состоит в том, что из-за неидеальности формы Земли (сплюснутой к полюсам) однокоординатная антенна при своем движении описывает траекторию, отличающуюся от траектории реальной орбиты (особенно на краях сектора). Эти отличия будут тем больше, чем шире сектор наведения. При этом у вашего соседа, использующего такое же зеркало, но без наведения (зафиксированное на одном спутнике) или с наведением в более узком секторе, обеспечивается значительно лучший прием. Разумеется, этих трудностей можно избежать, если компенсировать уход по краям сектора наведения, например, с помощью дополнительного электродвигателя с механизмом коррекции (фактически регулирующем вторую координату наведения) или чисто параметрически - с помощью какого-нибудь хитрого механизма, на которые до сих пор горазды наши умельцы. Но подобные вещи, как правило, приводят к сильному удорожанию конструкции, да и надежность работы оставляет желать лучшего, особенно с учетом наших морозов. Все, сказанное выше, вовсе не означает, что однокоординатные антенны с зеркалами таких размеров не стоит эксплуатировать вообще. При секторе наведения до 30О результат будет совсем неплохим, разумеется, на тех тарелка сумеет "увидеть". Вообще говоря, возможно получение неплохого результата и при более широком секторе, если спутники, по которым вы работаете, дают сильный сигнал. Групповые антенны Антенны группового пользования отличаются от индивидуальных "зоркостью", обеспечиваемой большим диаметром зеркала. В то же время они более капризны в части соблюдения точностных параметров наведения. Для передачи изображений используется частотная модуляция, и даже относительно небольшая погрешность может привести не к появлению шумов (как при амплитудной модуляции), а к полному срыву изображения. В плане эксплуатации их главное отличие от индивидуальных состоит в том, что обычно они длительное время (несколько месяцев) работают по одному спутнику, транслируя потребителям все принимаемые каналы. Перенацеливание антенн группового пользования со спутника на спутник производится автоматически, также как и индивидуальных антенн, или вручную техническим персоналом. Но даже и в этом случае проблема наведения остается (особенно при сильном дрейфе спутника), так как конечный пользователь требует изображение высокого качества при любых колебаниях сигнала. Остается либо обеспечивать точное наведение, либо переходить на антенну большего диаметра, что намного дороже, да и не всегда возможно из-за уменьшения ширины диаграммы направленности. Если спутник сильно дрейфует, а диаметр зеркала антенны значителен, необходимо слежение антенны за спутником (режим экстремального наведения на максимум сигнала). Пока еще наибольший интерес у нас вызывают зарубежные спутники. Европейские спутники рассчитаны на прием телепрограмм конечными потребителями и поэтому хорошо стабилизированы по положению на орбите. Но времена меняются, и у групповых пользователей спутникового телевидения все чаще возникает необходимость работы по отечественным спутникам, некоторые из которых дрейфуют довольно интенсивно. Несмотря на этот неприятный факт в ближайшем будущем количество отечественных телевизионных каналов будет неуклонно расти и они будут стараться расширить свою аудиторию. Каналы "НТВ+" - это только начало непосредственного спутникового телевидения в России. Антенны с двухкоординатным наведением применяются при секторе поворота до 10О и позволяют обеспечивать максимальный сигнал и при сильном дрейфе спутника. Для приема сигналов с российских спутников в диапазоне 4-6 ГГц в общем необходимо то же самое, что и для работы в более высоком европейском диапазоне, при условии, что спутник хорошо стабилизирован. Если же спутник сильно дрейфует, то необходимо обеспечивать слежение антенны за спутником (напомним, что у больших тарелок узкая диаграмма направленности). В этом случае антенна работает в режиме экстремального наведения на максимум сигнала. То есть через определенное время, задаваемое таймером, антенна включается на подстройку. Делается пробное движение по азимуту и в процессе движения анализируется изменение сигн, то изменяется направление движения, если увеличивается - движение продолжается до тех пор, пока сигнал не начнет уменьшаться. На этом движение по азимуту прекращается и происходит аналогичная процедура подстройки по углу места. Реальный алгоритм на самом деле несколько сложнее, но в общем слежение происходит именно так. Разумеется, в данном случае речь может идти только о двухкоординатной антенне. Обычно такие антенны делаются с азимутально-угломестной подвеской. Не стоит, однако, думать, что подобное излишество необходимо только для антенн большого размера с узкой диаграммой направленности. При дрейфе спутника 5-6Ў по какой-либо координате необходимость слежения за максимумом сигнала возникает и для антенн диаметром 2-3,5 м, работающих с одним спутником и применяемых в качестве групповых. Такие антенны делаются двухкоординатными с ограниченным (но не менее 10Ў-12Ў) сектором наведения по обеим координатам. Делается это исключительно в целях удешевления конструкции антенны и возможности применения приводов (или актуаторов) с винтовым механизмом. Приводы для наведения антенн Для приема телевизионного сигнала конечным пользователем антенна должна быть снабжена приводом для перемещения зеркала по траектории стационарной орбиты и неким устройством управления этим приводом, называемым позиционером. Иногда это устройство совмещается с тюнером (ресивером), образуя общий прибор управления всей приемной станцией. Обычно вся эта аппаратура имеет дистанционное управление с пульта и дает возможность выбора как телевизионного канала на каждом спутнике, так и самого спутника. В качестве датчиков применяются импульсные датчики и синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ). Первые крепятся на быстроходном валу привода и показывают относительное положение антенны, вторые - на осях антенны и показывают ее абсолютное положение. Групповые пользователи, для которых качество изображения особенно важно, применяют в основном антенны среднего диаметра (3,5-5,0 м). Диаграмма направленности таких антенн достаточно узка, и вопрос о точности наведения приобретает заметную остроту. Для работы в узком секторе наведения применяются однокоординатные антенны, в широком - азимутально-угломестные. Для точного наведения в заданную точку необходимо иметь датчик положения по каждой оси наведения. Точность датчика во многом определяет точность выхода на спутник. Наиболее часто применяются импульсные датчики (считающие импульсы), которые показывают относительное положение антенны. Точкой отсчета для датчиков служит некоторое исходное положение антенны, координаты которого вводятся в позиционер. На антеннах, предназначенных для обслуживания группы потребителей, в качестве датчиков могут применяться синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ). Они крепятся непосредственно на осях антенны или располагаются в приборном редукторе антенны (если таковой имеется). Поскольку они располагаются непоснное положение антенны. Связь с осями наведения у них непосредственная, и точность они обеспечивают высокую (в пределах 1 секунды). Положение антенны индицируется на передней панели позиционера, и отсчет идет непосредственно в угловых градусах и минутах как по азимуту, так и по углу места. Разумеется, такие устройства сложнее и дороже импульсных датчиков. Позиционеры, предназначенные для работы с антеннами размером 2-5 м, имеют режим экстремальной подстройки (на максимум принимаемого сигнала). На первом этапе наведения антенна с помощью датчика выходит в необходимую точку и должна "увидеть" сигнал со спутников. Точности датчика (с учетом всех возможных погрешностей) на это должно хватать всегда. После этого антенна останавливается и анализирует величину принимаемого со спутника сигнала. Затем делаются пробные перемещения сначала по одной координате, а затем по другой. В результате антенна точно настраивается на максимум сигнала. Так устроен алгоритм наведения во многих позиционерах зарубежного производства. Но обычно на системах зарубежного производства устанавливаются более простые импульсные датчики. Системы с СКВТ там существенно дороже, поскольку сам такой датчик является прецизионной электрической машиной, и его производство стоит недешево. Системы отечественного производства чаще всего используют в качестве датчика СКВТ, или вообще его не имеют. Борис Каширцев Окончил МЭИ в 1982 году. С этого же года работает в ОКБ МЭИ. В данный момент - старший научный сотрудник. Главная страница / Архитектура отрасли |