Les Télécommunications par satellites
Présenté par : Soufiane RIFAOUI
Sommaire Introduction et historique Architecture d’un système de communication par satellite Orbites et position des satellites Bilan de liaison Application et services Conclusion
Introduction C’est quoi un satellite? -> Un satellite est un objet qui orbite autour d'un autre objet Différents types de satellite :
- satellites scientifiques - satellites météorologiques
- satellites de télécommunication - satellites de navigation
- satellites militaires
Introduction Station Spatiale Internationale (ISS) :
Station spatiale à caractère scientifique placée en orbite basse (environ 370 km) Occupée en permanence par des équipages internationaux depuis sa construction démarrée en 1998 et achevée en 2011 (fin de mission en 2020). Sa construction : NASA (USA), FKA (Russie), les agences spatiale européenne (ESA) et japonaise (JAXA). le plus grand objet artificiel en orbite (420 tonnes, 110*74*30 m) La station spatiale se déplace en orbite à une vitesse de 27700Km/h (7.7Km/s) => 15 tour autour de la terre en 24h
Introduction Le télescope Spatial Hubble:
Lancé en 1990 Orbite : Elliptique basse Altitude : 590km Période 97min
Introduction : Objectif des télécommunications par satellite L’utilisation des satellites sont l’aboutissement d’une recherche pour réaliser plusieurs objectifs :
Des portés plus grandes Couverture de grande zone géographique Broadcasting Déploiement rapide des services Offrir les services telecom dans des zones isolés Offrir une grande capacité de trafic Cout de communication indépendant de la distance …
Introduction : Objectif des télécommunications par satellite Exemple : Nortis
INWI : réseau de backhauling GSM par satellite. Le réseau démarre avec 22 sites BTS. Meditel : pour la maintenance de leur ancienne et unique liaison de transmission internationale à 34 Mb/s (VSAT), entre Casablanca et Madrid ONA : liaisons internationales d’interconnexion de leur mines en Afrique au réseau téléphonique mondiale et Backbone Internet. B2B : Medi1, Georges Washington Academy, L’Economiste, Hit Radio et Cap Radio… Grand public : Internet par satellite à très haut débit en bande KA, pour les particuliers et les entreprises. Internet à partir de 8 Mbps et à partir de 390dh/mois.
Historique
le 4 octobre 1957 : SPOUTNIK 1. (signifie "satellite" en russe)
Diamètre 58 cm. 83,5 kg. Quatre antennes dépliables. La période de révolution 96 minutes. Apogée 945 km. Périgée 225 km.
Historique
Le 3 novembre 1957 : SPOUTNIK 2 avec à son bord la chienne Laïka
le 15 mai 1958 : SPOUTNIK 3
En 1962 : TELSTAR 1 et RELAY
Le 6 avril 1965, le lancement d'EARLY BIRD par INTELSAT
le 18 décembre 1958 les Etats Unis placent sur orbite le satellite SCORE
Historique : Course à l'espace
Le 12 avril 1961 : Youri Gagarine le premier homme à voyager dans l'espace et le premier homme à effectuer une orbite autour de la Terre.
Le 5 mai 1961, Alan Shepard est le premier Américain à s'élever dans l'espace.
Le 20 février 1962, John Glenn mis en orbite pendant cinq heures à bord de Friendship-7.
16 juin 1963. Valentina Terechkova première femme dans l’espace.
Le 18 mars 1965, Alexei Leonov effectue la première sortie extravéhiculaire dans l'espace.
Le 21 juillet 1969: Apollo XI et le petit pas de Neil Armstrong sur la lune.
Architecture d’un système de communication par satellite
Secteur spatial Secteur terrien
Architecture : Secteur Spatial Le secteur spatial comporte :
Le satellite
L’ensemble des moyens de control situées au sol :
L’ensemble des stations de poursuite, de télémesure et de télécommande ( TT&C Tracking, Telemetry and Command) le centre de contrôle du satellite, où sont décidées toutes les opérations liées au maintien à poste et de vérification des fonctions vitales du satellite
Architecture : Secteur Spatial Secteur spatial : Le satellite Le satellite est constitué : - d’une charge utile - d’une plate forme La charge utile comporte les antennes de réceptions & émission et l’ensemble des équipements électroniques assurant la transmission des signaux. La plate forme comporte l’ensemble des sous-systèmes permettant à la charge utile de fonctionner : - la structure - l’alimentation électrique - le contrôle thermique - le contrôle d’altitude et d’orbite - les équipements de propulsion - les équipements de poursuite, de télémesures et de télécommande (TT&C)
Architecture : Secteur Terrien
Le secteur terrien est constitué par l’ensemble des stations terrienne, le plus souvent raccordées aux terminaux des usagers par : un réseau terrestre. directement dans le cas de petites stations et des stations mobiles.
Architecture : Secteur Terrien Positionnement des antennes
Angle du site : L’angle de site θ, aussi appelé hauteur, est calculé par
Azimut : L’azimut de l’antenne est l’angle qu’elle doit faire avec le sud, il est calculé par
Avec: ◦ ◦ ◦ ◦
r = rayon de la terre (6378 km) d0 = altitude du satellite (35786 km géostationnaire) r+d0 = distance centre de la terre - satellite (42164 km si géostationnaire) d = distance station - satellite calculé par la formule :
Architecture : Secteur Terrien Positionnement des antennes
Exemple d’application : On désire pointer Eutelsat (hot bird) (13° Est) à Casablanca (longitude = 7°37'48.55’ Ouest et latitude = 33°34'16.20’ Nord).
Calculer l’azimut et l’angle du site.
Bande de fréquence
Bande de fréquence
La bande L : réservée aux communications mobiles. Celle-ci étant la moins sujette aux perturbations atmosphériques, elle est donc utilisée par de petites stations terrestres mobiles telles que les bateaux, les avions et les véhicules terrestres… La bande S : est surtout utilisée par les radars météorologiques et quelques satellites de communication, spécialement ceux que la NASA emploie pour communiquer avec leurs navettes spatiales et la Station spatiale internationale. La bande C : est la première bande utilisée pour le applications commerciales. Elle est très employée par les centaines de satellites actifs aujourd’hui en orbite. De ce fait, elle se retrouve donc saturée La bande X et EHF : est réservée aux applications militaires. La bande Ku : La bande Ku est la plus employée de toutes les bandes de fréquences. Elle est attribuée au service de radiodiffusion par satellite (services de télévision, de radio et données informatiques). Cette bande est la plus répandue en Europe, du fait de la petite taille des paraboles nécessaires à sa réception. La bande Ka : est généralement utilisée pour l'accès Internet haut débit par
satellite.
Les orbites
Plusieurs orbites sont télécommunications.
envisageables
pour
des
missions
de
Avant de présenter leurs caractéristiques et de les comparer, il est nécessaire d’établir quels sont les paramètres qui caractérisent une orbite.
Les orbites : Paramètres orbitaux
L’orbite d’un satellite répond à la loi de gravitation de Newton : Deux corps de masses respectives m et M s’attirent avec une force F donnée par :
avec : - d la distance séparant les deux corps - G la constante de gravitation
Pour un satellite artificiel de la Terre, la masse M est celle de la Terre: - soit M = 5.9736×1024 kg - le produit GM a pour valeur : µ = 3.986 × 1014 𝑚3 𝑠 −2
Les orbites : Paramètres orbitaux
Lois de Kepler : Les planètes décrivent des ellipses dont le centre du soleil occupe l'un des deux foyers.
Au cours du mouvement, le rayon vecteur joignant le centre du soleil à la planète balaie des aires égales dans des temps égaux. La période de révolution T(s) du satellite sur son orbite est : 𝑎3 𝜇
𝑇 = 2𝜋 (
La vitesse du satellite :
)
Les orbites : Paramètres orbitaux Application des lois de Kepler:
Calculer la période de révolution de la lune autour de la terre => Distance Terre – Lune : ~ 384400 km
Calculer la période qu’a mis Youri Gagarine pour faire un tour complet autour de la terre et sa vitesse { l’apogée.
=> Paramètres de l’orbite : apogée 327 km et périgée : 180 km
Les orbites : Paramètres orbitaux Cinq paramètres sont nécessaires pour déterminer une orbite elliptique unique. Trois paramètres qui définissent l'orientation du plan dans l'espace :
L'inclinaison : de l'orbite qui est l'angle entre le plan équatorial et le plan orbital.
la ligne des nœuds : est la droite passant par les deux points où se croisent le plan d'orbite du satellite et le plan équatorial.
L'argument du périgée : c'est l'angle formé par la ligne des noeuds et la direction du périgée.
Deux paramètres qui définissent la trajectoire dans un plan:
Le demi-grand axe : moitié du grand axe de l'ellipse qui décrit l'orbite de la planète autour du Soleil.
L'excentricité : une ellipse est formée avec deux foyers, l'excentricité est le rapport de la distance entre un foyer et le centre de l'ellipse sur le demi-grand-axe. 𝑒 = 𝑐/𝑎
Les orbites : Classification des orbites L’orbite Circulaire
L’orbite circulaire la plus répondue est celle du satellite géostationnaire : •
elle correspond à la trajectoire d’un satellite dans le plan équatorial de la terre
•
animé d’une vitesse et angulaire égale à celle de la terre et dans le même sens.
•
le satellite apparait comme immobile.
Cela impose une valeur du rayon de l’orbite égale à 35786km (~ 36000km)
Les orbites : Classification des orbites L’orbite Circulaire
Orbite terrestre basse (LEO) : C'est une zone d'orbite qui a une altitude de 0 à 2000 km.
Orbite terrestre moyenne (MEO) : C'est une zone d'orbite qui a une altitude entre 2000 km et 36000km, elle est donc comprise entre l'orbite basse et l'orbite géostationnaire.
Les orbites : Classification des orbites
Un satellite placé dans une orbite de ce type décrit une trajectoire en forme d’ellipse autour de la terre.
Exemple : Orbite de Molniya Son apogée est proche de 40000 km et son périgée proche de 1000 km Calculer : La période d’un satellite en orbite de Molniya La vitesse à l’apogée et au périgée
Bilan de liaison
Dans une liaison sans fil, le signal envoyé par l ’émetteur est atténué et la fraction arrivant au récepteur est réduite, malgré les gains des antennes et de l’amplificateur. Le signal est donc dégradé. En outre, divers éléments introduisent une puissance de bruit qui va également dégrader les performances.
Bilan de liaison GR
GT
L
PT Emetteur
PR LR
LT
Recepteur
PT GT GR PR L LT LR Où
PR est la puissance au récepteur PT est la puissance à l’émetteur GT est le gain de l’antenne émettrice (dBi) GR est le gain de l’antenne réceptrice (dBi) L sont les pertes d’espace LT,R sont les pertes du feeder (émetteur, récepteur)
Bilan de liaison Les satellites de nouvelle génération sont régénératifs (ou OBP= On Board Processing); le satellite NG:
démodule le signal
amplifie le signal
le transpose dans une autre gamme de Fréquences
remodule le signal downlink
Bilan de liaison Caractéristique d’une antenne :
Gain G:
Rendement de l’antenne (estimé { 0.6).
Ouverture à 3dB:
Bilan de liaison Caractéristique d’une antenne :
Bilan de liaison Caractéristique d’une antenne :
Bilan de liaison Perte en espace libre : 4𝜋𝑅
𝐿𝑓𝑠 = 20log( Avec : - λ longueur d’onde -
λ
)
R distance satellite-terre
Exercice :
On considère un satellite géostationnaire avec une fréquence porteuse de 14 GHz. => Quelle est la perte en espace libre?
Bilan de liaison Perte en espace libre :
Bilan de liaison Principes et notations
Le bilan de liaison consiste { comptabiliser l’ensemble des pertes et des gains le long du trajet de la porteuse de la station terrienne d’émission à la station terrienne de réception. Cela fournit la puissance de la porteuse CD { l’entrée du récepteur de la liaison considérée.
La connaissance de cette puissance CD ne suffit pas à déterminer la qualité du signal fourni { l’usager. = > La qualité du signal reçu ??
Bilan de liaison Principes et notations
La qualité du signal reçu dépend du rapport (C/N0)T entre la puissance C de la porteuse reçue et la densité spectacle de puissance du bruit N0.
Il faut donc également comptabiliser les contributions de bruit.
Cette comptabilité est effectuée séparément pour la liaison montante et la liaison descendante. Le trajet de l’onde porteuse pour : - La liaison montante concerne le trajet depuis la sortie de l’amplificateur d’émission de la station terrienne émettrice jusqu’{ l’entrée du récepteur du satellite : (C/N0)U. - La liaison descendante concerne le trajet depuis la sortie de l’amplificateur d’émission du satellite jusqu’{ l’entrée du récepteur de la station terrienne réceptrice : (C/N0)D
Bilan de liaison Principes et notations
Le bruit d’une liaison radioélectrique a plusieurs origines : • Le bruit thermique
• Le bruit de brouillage • Le bruit d’intermodulation.
-------------------------------------------------------------------------------------Le bruit thermique c’est la résultante : Du bruit qui s’introduit par l’antenne de réception en raison du rayonnement naturel des objets se trouvant dans son champs d’action. Du bruit de l’emetteur.
Bilan de liaison Principes et notations
Le bruit brouillage : il s’agit de la puissance de porteuse non désirées dans la bande de la porteuse utile. Elle résulte : • Du brouillage externe, produit par des liaisons appartenant à d’autres systèmes de télécommunications opérant dans la bande de la porteuse utile. • Du brouillage interne, causé par la porteuse de fréquence voisine de celle de la porteuse utile.
Le bruit d’intermodulation : il s’agit de la puissance générée dans la bande de la porteuse utile par les produits d’intermodulation. Les produits d’intermodulation résultent de l’amplification simultané de plusieurs porteuses utile par un amplificateur non linéaire.
Bilan de liaison Principes et notations Nature du bruit
Notation
Bruit thermique de la liaison montante
CU/N0U
Bruit thermique de la liaison descendante
CD/N0D
Bruit de brouillage de la liaison montante
CU/N0IU
Bruit de brouillage de la liaison descendante
CD/N0ID
Bruit d’intermodulation
GxProd *CU/N0IM
On note : GxProd : Gain d’amplification au niveau du satellite GD : Gain entre la sortie de l’amplification d’émission du satellite et l’entrée du récepteur de la station terrien réceptrice. GTE = GxProd * GD Gain entre l’entrée du récepteur du satellite et l’entrée du récepteur de la station terrien.
Bilan de liaison
Bilan de liaison Qualité de la liaison totale
La qualité de la liaison radioélectrique totale (de station à station) est définie par le rapport (C/N0)T :
(C/N0)T = CD/N0T Où N0T = N0i est le bruit total, c’est-à-dire la résultante de l’ensemble des contributions de bruit sur la liaison. 𝐶
On a alors : 𝐶 𝑁0
𝑇
−1
𝑁0
−1 𝑇
= (N0T/CD)= N0i /CD
= (GTENOU + GTENOIU)/CD + GDNOIM/CD + N0D/CD+ N0ID/CD
Comme CD= GTE *CU = GxProd
*
GD * CU
il vient alors 𝐶 𝑁0
𝑇
−1
=
𝐶 𝑁0
−1 𝐶 𝑈 +
𝑁0
𝐷
−1
+
𝐶 𝑁0
𝐼𝑀
−1
+
𝐶 𝑁0
−1 𝐶 𝐼𝑈 +
𝑁0
𝐼𝐷
−1
Bilan de liaison Liaison montante
Le bilan de liaison est établi dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire pour une station terrienne située en bordure de la zone de couverture, définie par un contour à gain constant de l'antenne de réception du satellite (par exemple - 3 dB par rapport au gain maximal)
Bilan de liaison Liaison montante
Les équations permettant de calculer le rapport (C/N0)u sont les suivantes : ◦ (C/N0)u = IBO1 * (C/N0)Usat
◦ IBO1= 1/SLsat ◦ (C/N0)Usat = SLsat * (1/G1) * (G/T)SL * (1/k)
◦ 1= PIREES * G1/LU ◦ PIREES = PT * GT
◦ GT = Gtmax / LT ◦ LT = 10 𝑋 avec X= 1.2 (T/3dB)²
Bilan de liaison Liaison Descendante
Le bilan de liaison est établi dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire pour une station terrienne située en bordure de la zone de couverture, définie par un contour à gain constant de l'antenne de réception du satellite (par exemple - 3 dB par rapport au gain maximal)
Bilan de liaison Liaison Descendante
Les équations permettant de calculer le rapport (C/N0)u sont les suivantes : ◦ (C/N0)D = OBO1 * (C/N0)Dsat
◦ OBO1= fonction de IBO1 (caractéristique du satellite) ◦ (C/N0)Dsat = ESsat * (1/G1) * (G/T)ES * (1/k)
◦ ESsat = PIRESLsat * G1/LD ◦ (G/T)ES = (G/T)Esmax / LR
◦ LR = 10𝑌 avec Y= 1.2 (R/3dB)²
Constellations de satellites -
La couverture assurée par un satellite peut être insuffisante au regard de la couverture souhaitée pour la zone de service.
-
Une mission assurée par un satellite pour une région donnée peut ne pas être permanente. Pour cela on doit envisager des systèmes composes de plusieurs satellites:
-
On parle alors de constellations.
Constellations de satellites De telle constellations présentes plusieurs types de couvertures. On peut distinguer : -
La couverture instantanées d’un satellite : il s’agit de la région de la terre pour la quelle la spécification minimale de couverture est assurée par ce satellite.
-
La couverture instantanée du systèmes : c’est la réunion, à un instant donné, des couvertures instantanées de l’ensemble des satellites de la constellation.
-
La couverture à long terme du système : c’est la couverture réalisée par l’ensemble des satellites de la constellation au bout d’un temps suffisamment grand.
Constellations de satellites
Technologie VSAT
Le VSAT (Very Small Aperture Termina) n’est pas une technologie normalisée mais plutôt un concept.
Chaque constructeur a sa propre manière d’implémenter le système et sa propre solution.
Technologie VSAT Organisation du système
Le VSAT est un système de télécommunication par satellite qui repose sur le principe d’un site principal (le HUB) et d’une multitude de points distants (les stations VSAT).
Le HUB est le point le plus important du réseau (élément pivot), c’est par lui qui transite toutes les données qui circulent sur le réseau.
Il comporte l’ensemble des équipements qui gèrent les liaisons sortantes et entrantes (du host vers les sites distants et inversement).
Le HUB a pour fonction d’effectuer une concentration de trafic et de réaliser les conversations de protocoles (TDMA, FDMA..)
Il remplit une fonction de routage basée sur le stockage des adresses attribuées aux différents sites distants.
Technologie VSAT Organisation du système
Les stations VSAT permettent de connecter un ensemble de ressources au réseau.
Dans la mesure où tout est géré par le HUB, les points distants ne prennent aucune décision sur le réseau, ce qui a permis de réaliser des VSATs relativement petits et surtout peu couteux.
Une station VSAT n’est donc pas un investissement important et l’implantation d’un nouveau point dans le réseau ne demande quasiment aucune modification du réseau existant.
Ainsi une nouvelle station peut être implantée en quelques heures et ne nécessite pas de gros moyens.
Technologie VSAT Application
VSAT est un système qui est prévu pour mettre en place des réseaux de données.
Mais depuis son apparition dans les années 80, des améliorations ont été apportées au système et les constructeurs ont réussi à augmenter considérablement le nombre d’application possible avec un réseau de ce type.
Les terminaux VSAT possède des slots permettant d’accueillir des cartes de différentes natures : - cartes réseaux : Ethernet, X25…
- cartes multimédia : visioconférence, streaming.. - cartes de communication : lignes analogiques
VSAT = Réseau de service global
Technologie VSAT AVANTAGES
Contrainte de distance :
La technologie VSAT permet de mettre en place des réseaux multi technologies à très grande échelle dans des pays qui ont une très grande superficie (ou intercontinental).
Contrainte de nombre de stations :
Le VSAT est un système qui permet de connecter 10000 points simultanément au réseau
Contrainte de déploiement :
Connecter un nouveau point ne demande pas de gros moyens
Technologie VSAT INCONVENIENTS
Le prix :
le hub qui est l'élément central du réseau impose un investissement de base important: environ 1M€. SpaceCom, Gulf sat (Emirat Unis) et Nortis (Norvège Telecom)
Couverture :
La couverture d'un satellite géostationnaire à quelques exceptions près est fixe. Ceci veut dire que lorsqu'on a choisi un satellite, si une zone où un point doit être connecté prochainement n'est pas couverte, elle ne le sera jamais avec ce satellite.
Dépendance du HUB :
Le fait que toues les communications passent par le hub veut dire que si le hub tombe en panne tout le réseau est paralysé et plus une communication ne peut se faire. Pour palier à cet inconvénient, le hub a été conçu avec des matériels de spare pour que le système continue à fonctionner même si un équipement tombe en panne.
Application des satellites : Géolocalisation
La géolocalisation (géoréférencement) est un procédé permettant de positionner un objet sur un plan ou une carte à l'aide de ses coordonnées géographiques.
Les principales méthodes de géolocalisation sont : géolocalisation basée sur l’analyse d’un signal émis par des satellites par un dispositif électronique. géolocalisation utilisant le réseau de téléphonie mobile (ID de cellule), et le signal émis par le téléphone.
Application des satellites : Géolocalisation Coordonnées : Longitude, Latitude Pour se repérer à la surface de la planète, on utilise deux mesures : La Latitude (Lat.) : Ecart séparant de l’équateur un point quelconque de la surface terrestre. La latitude s‘étend de 0° a l‘équateur { 90° au pôles Nord et à -90 au pôles Sud. La Longitude (Long.) : Angle que fait le plan méridien d’un point à la surface du globe avec un plan méridien d’origine. La longitude est donc une mesure angulaire sur 360° par rapport a un méridien de référence, avec une étendue de -180° a +180°
Méridien: Cercle imaginaire passant par deux pôles terrestre.
Application des satellites : Géolocalisation Principe de la triangulation
Intersection de 3 cercles (dans le plan à 2D)
Application des satellites : Géolocalisation Historique du Système GPS En 1968, le Pentagone imagine un système de localisation géographique composé d'une constellation de satellites en orbite autour de la Terre qui pourrait leur fournir la position d'un point sur la planète en temps réel et 24h sur 24. Le système NAV.S.T.A.R-G.P.S (Navigation System Time and Ranging - Global Positioning System) a alors été conçu, financé et développé dès 1973 par le département de la Défense des Etats-Unis pour un usage strictement militaire. Le premier satellite a été lancé en 1978. En 1983, à la suite de la mort des 269 passagers d’un vol de Boeing Korean, le système devient disponible aux civils. En 1995, le système est déclaré opérationnel à 100%
Application des satellites : Géolocalisation Les principaux composants
Le GPS est composé de trois parties distinctes :
1 - Le segment spatial 2 - Le segment de contrôle 3 - Le segment utilisateur
Application des satellites : Géolocalisation Les principaux composants
1 - Le segment spatial
Le système comprend 24 satellites (+ 4 Spares).
Des orbites pratiquement circulaires d'altitudes voisines de 20200 km. (le périgée est 20146 km et l'apogée est 20219 km).
6 orbites avec inclinaison de 55°, espacés de 60° avec 4 satellites par orbite.
La période des satellites est 718 mn (12h).
La vitesse des satellites est voisine de 14 000 km/h.
La durée de vie des satellites est de l'ordre de 8 ans.
Application des satellites : Géolocalisation Les principaux composants
2 - Le segment de contrôle Le segment de contrôle comprend cinq stations de poursuite situées à : Colorado Springs, Hawaii, Ascension Island, Diego Garcia et Kwajalein. Ces stations vérifient l‘état des Satellites lors de leur passage au dessus d'elles. Ces stations transmettent ensuite leurs données a la station principale de Colorado Springs. C'est la que les paramètres décrivant l’orbite des satellites et la qualité des horloges embarquées est estimée, la Vérification de la sante des satellites et la détermination d'un repositionnement éventuel sont également contrôles.
Application des satellites : Géolocalisation Les principaux composants
3 - Le segment Utilisateur Il regroupe l'ensemble des utilisateurs civils et militaires qui ne font que recevoir et exploiter les informations des satellites ; de ce fait le système ne peut être saturé et le nombre maximum d'utilisateurs GPS est illimité. Le récepteur doit être capable de :
Sélectionner plusieurs satellites parmi ceux qui sont visibles et acquérir les signaux GPS
Extraire le message de navigation et calculer la position/temps.
Application des satellites : Géolocalisation Principe de fonctionnement
Le principe du positionnement GPS est très proche du principe de triangulation. On mesure la distance entre l’utilisateur et un certain nombre de satellites de positions connues. On définit ainsi des sphères centrées sur des satellites et dont l’intersection donne la position. Le récepteur GPS est capable d’identifier le satellite qu’il utilise à l’aide du signal pseudo aléatoire émis par chaque satellite. Il charge, à l’aide de ce signal, les informations sur l’orbite et la position du satellite. Pour mesurer la distance qui sépare le satellite du GPS, on mesure le temps T mis par le signal pour aller de l’un vers l’autre.
Le satellite GPS envoie un signal avec deux informations importantes : Le temps exacte d’envoi du signal.
Sa position exacte à l’instant d’émission.
Application des satellites : Géolocalisation Principe de fonctionnement
Application des satellites : Géolocalisation Principe de fonctionnement Un mot sur la précision des horloges: A la vitesse de la lumière les 20000 kilomètres qui nous séparent des satellites sont franchis en 0,007 { 0,008 seconde. Pour être précis, la durée du trajet de l’onde peut varier de 67 à 86 millisecondes selon que le satellite se trouve pile au dessus du récepteur ou presque { l’horizon. D'où l'utilité d'avoir des horloges très précises dans le récepteur et les satellites. L'onde à mis 70 millisecondes à parvenir au récepteur et le récepteur à compter 70 millisecondes : 0.07 * 300000 = 21000km
L'onde à mis 70millisecondesà parvenir au récepteur mais le récepteur à compter 71 millisecondes : 0.071 * 300000 = 21300km => 1milliseconde = 300 Km d'erreur
Application des satellites : Géolocalisation Principe de fonctionnement Équation d'une sphère de centre M(a,b,c) de rayon R : (x-a)² + (y-b)² + (z-c)²= R² On obtient alors : R12=(x-x1)2+(x-x2)2+(x-x3)2
R22=(y-y1)2+(y-y2)2+(y-y3)2
(x, y, z) : coordonnées cartésiennes
R32=(z-z1)2+(z-z2)2+(z-z3)2 Conversion des coordonnées cartésiennes (X, Y, Z) en coordonnées sphériques (R, latitude, longitude)
Application des satellites : Géolocalisation Avantages et inconvénients du GPS Avantages :
Précision à long terme : la précision ne se dégrade pas en fonction du Temps.
Conditions opérationnelles : le système marche jour et nuit (24h/24h, 7j/7)
Prix abordable : Des récepteurs simples coutent de moins en moins chers. Le prix est abordable pour des véhicules grand public.
Inconvénients :
Système 100% américain => Dépendance stratégique GLONASS est le système russe, déclaré opérationnel depuis décembre 2011 ; Galileo est le système civil de l'Union européenne en cours de test depuis 2004. À terme, il est destiné à être au moins équivalent au GPS en termes de couverture et de précision
Travaux Dirigés
Exercice 1:
On considère un satellite géostationnaire avec une fréquence porteuse de 14 GHz. La distance terre-satellite est prise égale à 36 000 km.
Quelle est la perte en espace libre?
Travaux Dirigés
Exercice 2:
On considère une antenne parabolique de diamètre 60 cm.
Quelle est la valeur de l’ouverture { -3 dB de cette antenne pour une fréquence porteuse de 3 GHz?
Travaux Dirigés
Exercice 3:
Un lanceur à satellites a pour mission de placer un satellite scientifique assurant le relais de communications entre les navettes spatiales et le centre de contrôle terrestre. Le satellite doit graviter sur une orbite circulaire inclinées, située à une altitude de 1400 km.
Pendant son lancement, le satellite a d’abord été placé provisoirement sur une orbite circulaire appelée « parking » située à une altitude de 200km, et avant d’atteindre l’orbite de destination finale, il a transité par une orbite elliptique intermédiaire appelée de « transfert ». 1.
Calculer l’accroissement de vitesse V1 pour l’injection sur l’orbite de transfert.
2.
Calculer l’accroissement de vitesse V2 pour l’injection sur l’orbite finale.
Re = 6378 km ; µ = 3.986 × 1014 𝑚3 𝑠−2.
Travaux Dirigés
Exercice 4:
Considérons un satellite Géostationnaire avec une puissance rayonnée de 100 Watts, L'antenne d'émission a un gain de 17 dB.
L'antenne de réception de la station terrienne est une parabole de 3 mètres de diamètre avec une efficacité de 50%. La fréquence porteuse est égale à 4 GHz.
On suppose qu'il n'y a ici aucune autre perte atmosphérique à prendre en compte. La température de bruit du récepteur est égale à 300°K. Calculer :
La PIRE à la sortie du satellite
Le gain de l'antenne de la station terrienne
La puissance reçue à la station terrienne
La densité de bruit N0
Le débit max de ce satellite Géostationnaire (Supposons que le rapport Eb/N0 = 10dB)
Quelle sont les propositions pour augmenter ce débit.
Travaux Dirigés
Exercice 5:
On considère un système de télécommunication par satellite constitué d’un satellite sur orbite géo et deux stations terriennes fixes. Ce système a pour mission d’assurer une liaison de radiodiffusion TV en utilisation la technique de modulation numérique BPSK. L’objectif de qualité est un taux d’erreur binaire T.E.B = 10−6 qui implique Eb/N0 = 10.5 dB. 1 Calculer en décibels la qualité totale (C/N0)T de station d’émission { station de réception. On suppose que le ciel est clair sur les deux stations. 2. En déduire le débit d’information R.
Travaux Dirigés Les caractéristiques du système sont les suivantes Paramètres du satellite (SL) Valeur Puissance surfacique en réception à saturation ΦSLsat = -80 dB.W/m² PIRE à saturation en bordure de couverture PIRE Slsat = 40 dB.W Facteur de mérite en bordure de couverture (G/T)SL = 3.8 dB.K-1 Station d‘émission (SE) La porteuse pour la liaison montante Diamétre d'antenne d'émission Rendrement de l'antenne en émission Puissance de la porteuse délivrée à l'antenne Angle de dépointage maximal en émission Facteur de mérite (sans dépointage) Station de réception (SR) La porteuse pour la liaison descendante Diamétre d'antenne de réception Angle de dépointage maximal en réception Facteur de mérite (sans dépointage) Les valeurs estimées Les pertes atmosphériques Les pertes en espace libre Le bruit d'intermodulation le bruit de brouillage total
Le recul de sortie par porteuse
fE = 12.5 GHz DES = 25m h TSE = 0.89 PTSE = 0.91 W θTSE = 0.025° (G/T)SEmax = 41 dBK–1
fD = 11.3 GHz DSR = 1.5m θRSE = 0.15° (G/T)Srmax = 29 dBK–1
LA = 0.35dB (ciel clair) LFS = 201 dB (C/N0) IM = 99 dB.Hz (C/N0)IT = 75 dB.Hz
OBO (dB) = 0.9 ( IBO (dB) + 5dB)
Travaux Dirigés Liaison montante Gain maximal de l'antenne d'émission (G/T)ESmax Angle d'ouverture θ3dB Perte de dépointage LT Gain de l'antenne G TSE PIRE SE Perte de propagation en espace libre LFS Perte de trajet Lu Gain G1 d'une antenne idéale 1m² Puissance surfacique Φ1 Recul d'entrée IBO (C/N0)Usat La qualité de la liaison montane (C/N0)U Liaison descendante Perte de propagation en espace libre LFS Perte de trajet LD Gain G1 d'une antenne idéale 1m² ΦSRsat (G/T)Srmax Angle d'ouvertue θ3dB Perte de dépointage LR (G/T)SR (C/N°)Dsat Recul de sortie OBO (C/N0)Dsat La qualité de la liaison montane (C/N0)D
