Desenvolvimento e testes de software de um receptor de GPS para uso espacial

Spacecraft move with high speeds and suffer abrupt changes in acceleration. So, an onboard GPS receiver could calculate navigation solutions if the Doppler effect is taken into consideration during the satellite signals acquisition and tracking. Thus, for the receiver subject to such dynamic cope these shifts in the frequency signal, resulting from this effect, it is imperative to adjust its acquisition bandwidth and increase its tracking loop to a higher order. This paper presents the changes in the GPS Orion s software, an open architecture receiver produced by GEC Plessey Semiconductors, nowadays Zarlink, in order to make it able to generate navigation fix for vehicle under high dynamics, especially Low Earth Orbit satellites. GPS Architect development system, sold by the same company, supported the modifications. Furthermore, it presents GPS Monitor Aerospace s characteristics, a computational tool developed for monitoring navigation fix calculated by the GPS receiver, through graphics. Although it was not possible to simulate the software modifications implemented in the receiver in high dynamics, it was observed that the receiver worked in stationary tests, verified also in the new interface. This work also presents the results of GPS Receiver for Aerospace Applications experiment, achieved with the receiver s participation in a suborbital mission, Operation Maracati 2, in December 2010, using a digital second order carrier tracking loop. Despite an incident moments before the launch have hindered the effective navigation of the receiver, it was observed that the experiment worked properly, acquiring new satellites and tracking them during the VSB-30 rocket flight.

Veículos espaciais se movem com velocidades elevadas e sofrem mudanças bruscas de aceleração. Então, para que um receptor de GPS possa calcular soluções de navegação estando a bordo de tais veículos, o efeito Doppler deve ser levado em consideração durante os processos de aquisição e rastreio de sinais de satélites. Assim, para que o receptor submetido à alta dinâmica comporte os deslocamentos de frequência no sinal recebido, decorrentes desse efeito, é necessário ajustar sua largura de banda de varredura de frequências e aumentar a ordem de sua malha de rastreio. Este trabalho apresenta as modificações no software no GPS Orion, um receptor de arquitetura aberta da GEC Plessey Semiconductors, hoje Zarlink, a fim de torná-lo apto a gerar soluções de navegação em veículos submetidos à alta dinâmica, especialmente satélites de órbita baixa. A plataforma de desenvolvimento GPS Architect, comercializada pela mesma empresa, foi utilizada para dar suporte às modificações. Além disso, são apresentadas as características do Monitor GPS Aeroespacial, uma ferramenta computacional desenvolvida para monitorar as soluções de navegação calculadas pelo receptor de GPS através de gráficos. Apesar de não ter sido possível fazer simulações em alta dinâmica com as modificações de software implementadas no receptor, verificou-se seu funcionamento satisfatório, em regime estacionário, fazendo uso, inclusive, da nova interface gráfica. A dissertação apresenta ainda os resultados do experimento Receptor de GPS para Aplicações Aeroespaciais, obtidos com a participação do receptor numa missão suborbital, a Operação Maracati 2, em dezembro de 2010, utilizando uma malha de rastreio de portadora digital de segunda ordem. Apesar de um incidente ocorrido momentos antes do lançamento ter prejudicado a navegação efetiva do receptor, foi observado que o experimento funcionou adequadamente, rastreando e adquirindo novos satélites durante o voo do foguete VSB-30.