Các tín hiệu này được mô tả chi tiết như sau:
I.Tín hiệu Beacon
Sóng mang Beacon hay tần số Beacon là tín hiệu ổn định và là những Tần số được sử dụng cho các Vệ tinh với mục đích giám sát (tracking), Tần số này không thay đổi trong quãng thời gian sống của Vệ tinh. Thông thường có những Tần số beacon khác nhau trên một payload và một Tần số beacon sử dụng cho mỗi băng tần mà vệ tinh đó hoạt động. Mỗi sóng mang beacon có phân cực cụ thể do đó cần kiểm tra trước khi sử dụng để pointing (định vị) hay tracking (bám) một vệ tinh. Trong thực tế tín hiệu beacon thường được phân bổ ở đầu băng tần hoặc cuối băng tần của mỗi vệ tinh.
Để đánh giá mức tín hiệu thu được có tốt hay không được dựa vào tỷ số sóng mang trên tạp âm ( C/N), tỷ số này được xem là tốt nếu đạt trên 10 dB. Mức tín hiệu beacon được điều khiển bởi nhà vận hành khai thác vệ tinh, phát từ vệ tinh xuống. Mức tín hiệu beacon thu được sẽ khác nhau và phụ thuộc vào tỷ số gain trên nhiễu nhiệt hệ thống (G/T) của mỗi hệ thống cũng như những phương pháp tracking khác nhau. Khi trời mưa những tần số beacon ở băng tần Ku sẽ thu được kém hơn ở băng tần C.
Trước kia hầu hết các tín hiệu beacon của vệ tinh là những sóng mang không được điều chế trước, ngày nay để tránh nhiễu có thể sảy ra thì các tín hiệu beacon là những sóng mang đã được điều chế. Có thể nhận dạng được sóng mang sạch hay tín hiệu được giải điều chế bằng cách sử dụng kỹ thuật Phase Locked Loop (vòng lăọp khóa pha) giúp chúng ta có thể quan sát, theo dõi được tín hiệu ở mức thu thấp. Nếu tín hiệu beacon được điều chế ở tín hiệu tần số thấp thì năng lượng được trải đều trên băng thông chiếm dụng điều này làm giảm nhiễu có thể sảy ra. Tùy thuộc vào tín hiệu điều chế và phương pháp điều chế mà băng thông chiếm dụng có thể từ 3-10 kHz. Tùy vào chức năng nhiệm vụ của mỗi vệ tinh mà tần số tín hiệu Beacon được sử dụng ở băng S, C, Ku.
Trước khi thu đo tín hiệu của một vệ tinh cần phải pointing (định hướng) để xác định góc nhìn tới vệ tinh, đây là góc cho mức thu tín hiệu vệ tinh tốt nhất của Đài trái đất. Vì vậy sẽ phải tìm kiếm tín hiệu beacon trên mỗi vệ tinh sau đó sử dụng phương pháp pointing bằng cách dịch chuyển các góc ngẩng, góc phương vị, góc phân cực của Đài thu trái đất.
Để quan sát và thu đo tín hiệu beacon bằng máy phân tích phổ cần đặt RBW ≈ 2 KHz, VBW= 10 Hz, Span = 100 KHz.
II.Tín hiệu Telecommand và Telemetry (TTC)
TTC có một số chức năng chính sau:
- Truyền thông tin trạng thái của vệ tinh tới Đài điều khiển mặt đất
- Thực hiện đo góc và khoảng cách tới vị trí cho phép của vệ tinh, xác định các thông số quỹ đạo.
- Nhận các tín hiệu điều khiển từ Đài điều khiển mặt đất để điều chỉnh độ cao và giữ vị trí cũng như những trạng thái hoạt động của vệ tinh.
Hệ thống Telemetry cung cấp một luồng dữ liệu tới mặt đất về những báo cáo trên mỗi hệ thống con độc lập của vệ tinh thông qua các liên kết truyền thông nhờ những cảm biến được gắn trên vệ tinh. Các thông tin được thu thập bởi các cảm biến về nhiên liệu, điện áp, các điều kiện về công suất dòng điện, nhiệt độ của các hệ thống con…có khảng hơn 100 cảm biến được gắn trên mỗi vệ tinh cho các mục đích khác nhau.
Xử lý dữ liệu trên vệ tinh thường được liên kết với hệ thống con TTC (Telemetry, tracking and command) bao gồm sử lý dữ liệu và các định dạng cùng với lưu lượng dữ liệu và quản lý thời gian trên vệ tinh.
Đường truyền Telemetry và Telecommand là những đường truyền tốc độ độ thấp chỉ một vài Kbps, điều này khác với tín hiệu Telemetry của các vệ tinh khoa học (như những vệ tinh quan sát trái đất) những vệ tinh này sử dụng đường truyền dữ liệu cao hơn rất nhiều, thường khoảng vài chục Mbps.
2.1.Đường truyền Telecommand
Đường truyền Telecommand được cung cấp bởi một sóng mang mà tần số phụ thuộc băng tần sử dụng là điều chế pha hay tần số cho một sóng mang con khoảng vài kHz và luồng tốc độ bit từ khoảng vài trăm bit/giây tới vài Kilobit/giây phụ thộc vào từng ứng dụng. Dựa trên việc tính toán tốc độ bit thấp mà sử dụng phổ tần hợp lý.
Các lệnh được truyền đi để điều chỉnh các thông số vệ tinh với một giá trị cụ thể như tải các bộ đếm vào máy tính hoặc ghi vào bộ nhớ bằng các lệnh nhị phân (ví dụ như mở hoặc đóng một Rơ le, 0 là mở, 1 là đóng). Các lệnh phụ thuộc vào việc lựa chọn các chế độ riêng biệt có thể là:
- Thự thi ngay sau khi nhận được lệnh
- Lưu trữ trong bộ nhớ và thực thi khi nhận được lệnh cụ thể
- Lưu trữ trong bộ nhớ và thực thi khi được kích hoat tại một thời điểm xác định bởi hệ thống quản lý thời gian trên vệ tinh hoặc kích hoạt bởi một tín hiệu được sinh ra bởi một hệ thống con trên vệ tinh.
Sự lặp lại cho phép những ký tự thu được toàn vẹn và được xác nhận trước khi chúng được sử dụng. Một trong những đặc điểm quan trọng của đường truyền Telecommand là bảo mật. Nó là cơ sở cho sự tồn tại của vệ tinh mà nó thực sự được lựa chọn lệnh để thực thi.
Có nhiều biện pháp khác nhau được thực hiện như là mã sửa lỗi của những ký tự dữ liệu. Cùng với sự trì hoãn thực hiện các lệnh, các lệnh sẽ được nhận dạng trên vệ tinh, lưu trữ trong bộ nhớ và được phát lại tới mặt đất bằng Telemetry và chỉ xác nhận và thự thi sau khi được xác thực bởi lệnh được gửi trên đường Telecommand.
Cuối cùng, biện pháp phòng ngừa cũng được thực hiện thiết lập để làm cho hệ thống không nhạy cảm với các tín hiệu không mong muốn, điều này bao gồm băng thông hẹp, đầu vào các bộ hạn chế, không ảnh hưởng tới các tín hiệu chuẩn và có thể được mã hóa trên đường truyền.
Sử dụng một đường truyền trải phổ các vấn đề về nhiễu giữa các hệ thống và được bảo vệ từ tín hiệu không mong muốn sẽ được giải quyết và cũng hiệu quả trong việc sử dụng các băng tần thông qua các phương thức đa truy nhập trên cùng một băng tần.
Thông số kỹ thuật của hệ thống Telecommand
- Điều chế tín hiệu đầu vào : PCM/FSK
- Tốc độ bit : 100 bits/sec
- Độ dài từ lệnh : 32 bits
- Khung lặp lại : 4 lần (10 bit khoảng cách giữa các khung)
- Độ dài khung lệnh : 56 bits
- Âm tần FSK : 3125 Hz –’0’ & 5555 Hz –’1’
- Thời gian bit lệnh : 5msec
- Độ dài thông tin : 16 bits
- Dung lượng a) No. of ON/OFF &VEPW : 512
b) No. of data commands : 63
- Xác suất các câu lệnh giả được thực thi : 1.8 X 10-42
- Xác suất các câu lệnh bị từ chối : 0.98 x 10 -13
2.2.Đường truyền Telemetry
Đường truyền Telemetry cũng được cung cấp bởi một sóng mang được điều chế bởi pha hoặc tần số của một sóng mang con có độ rộng vài kHz (ví dụ như 40.96kHz). Các dữ liệu số được điều chế pha có tốc độ dữ liệu từ vài chục bit/giây tới vài kilobit/giây.
Dữ liệu được phát có thể bao gồm những tín hiệu thông tin tương tự. Ví dụ như những kết quả của các phép đo, các ký tự số (giá trị trong thanh ghi hoặc đầu ra của một bộ mã hóa) hoặc các trạng thái hệ thống nhị phân (0 hay 1 của Rơ le mở hoặc đóng). Những tín hiệu thông tin tương tự được lấy mẫu, lượng tử và mã hóa với một số bit phụ thuộc vào yêu cầu giải pháp và giải biên độ giao động của tín hiệu.
Dữ liệu thu được bằng một trong những cách sau:
- Trực tiếp từ thiết bị vệ tinh và có điều kiện (biến đổi tín hiệu tương tự - số, định dạng) trong bộ mã hóa Telemetry.
- Tại đầu ra của mội khối xử lý trên một mạng các bản mạch nơi mà có nhiều các thiết bị của vệ tinh được truy cập.
Thông số kỹ thuật của hệ thống Telemetry
- Định dạng khung : 128 words/frame, 8 bits/word
- Tốc độ bit :1kbps
- Mã đồng bộ khung : 24 bits
- Khung con : 8/16
- ID của khung con : 3 / 4 bits ( 0 to 7or 15)
- Thời gian : Độ chính xác một giây trong ngày
- Kiểu định dạng : Chương trình lưu trữ
- Số lượng định dạng : Normal và Dwell
- ID vệ tinh : 4 bits
- Tín hiệu đầu vào : +/- 5V (Analog), 0, +5V( Digital)
- Tín hiệu đầu ra : PCM NRZ(S) / 3.5V pp
- Tần số và điều chế sóng mang con : PCM /PSK 32 KHz-Normal, 128 KHz –Dwell
2.2.1.Điều khiển dữ liệu trên vệ tinh
Điều khiển dữ liệu trên vệ tinh với:
- Xử lý lệnh: Giải mã, xác nhận, báo nhận và thực thi (ngay lập tức hay hoãn lại) của các tín hiệu ra lệnh.
- Sự tiếp nhận, nén, mã hóa và định dạng thông tin telemetry
- Xử lý dữ liệu: Liên quan đến quản lý hệ thống con trên vệ tinh bởi chính nó (như thời gian và cấu hình) và theo yêu cầu từ các hệ thống con vệ tinh.
- Lư trữ dữ liệu: Dữ liệu Telemetry, các chế độ và phần mềm
- Đồng bộ, định thời dữ liệu và quản lý lưu lượng: Quản lý thời gian, phân bố và quản lý lưu lượng giữa các hệ thống con.
- Giám sát và điều khiển: Sự tiếp nhận và phân tích các thông số được theo dõi và chuẩn đoán (như thay đổi cấu hình) và thực thi các lệnh thích hợp.
Phụ thuộc vào mỗi loại vệ tinh và độ phức tạp của những chức năng này có thể không được yêu cầu. Đặc biệt, sự quản lý của các vệ tinh viễn thông đầu tiên sử dụng một số lượng nhỏ các kênh TTC (vài chục kênh) để giao tiếp với mặt đất. Số kênh về sau đã tăng lên vài trăm kênh vào cuối năm 1970. Nhưng các chức năng quản lý trên vệ tinh tiếp tục bị giới hạn. Vào những năm 1980, khối lượng các vệ tinh tăng lên và phức tạp hơn cùng với đó là tăng số lượng kênh Telecommand và Telemetry (INTELSAT VI có 4400 kênh ). Cùng thời điểm này các bộ vi xử lý và dung lượng bộ nhớ tăng lên được phát triển có thể được sử dụng trong môi trường không gian. Những phát triển này đã dẫn đến tổ chức xử lý các dữ liệu trên vệ tinh cùng với hệ thống con telecommand và Telemetry trong một dạng mô-đun dựa trên biến đổi dữ liệu bus.
Xử lý dữ liệu trên vệ tinh có thể bị hạn chế trong việc giải mã các tín hiệu Telecommand và mã hóa các tín hiệu Telemetry. Các giao diện của những thiết bị này bao gồm một sóng mang con được điều chế bởi một luồng bit hoặc thiết bị tần số vô tuyến tương ứng (bộ thu Telecommand và bộ phát Telemetry) và các tín hiệu Telecommand, Telemetry tới hoặc đi từ thiết bị vệ tinh trên nhiều đường truyền tín hiệu, xem sơ đồ khối ở hình 2.1.
2.2.2.Dạng phổ của tín hiệu Telemetry
Sử dụng máy phân tích phổ kết nối với tín hiệu đầu ra LNA của Đài thu trái đất và thiết lập các tham số trên phân tích phổ RBW = 1Khz, VBW = 10 Hz, Span = 500 KHz quan sát được dạng phổ của tín hiệu Telemetry như hình dưới:
