Progetto e realizzazione di un dispositivo di controllo e gestione remoto per un sistema di tracking satellitare (ALMATracker)

La seguente tesi presenta lo sviluppo di un sistema di controllo e gestione remota per il tracking di un satellite. Il progetto, denominato ALMATracker, è sviluppato dal corso di Ingegneria Aerospaziale della scuola di Ingegneria e Architettura Aerospaziale dell’Università di Bologna con sede a Forlì. Consiste nella creazione di una motorizzazione per antenne su due assi, movimentata da un hardware commerciale programmabile. Il posizionamento può essere eseguito sia manualmente, su richiesta di un utente da PC remoto, sia automaticamente secondo un’orbita preimpostata. I setpoint di velocità o posizione sono elaborati dal sistema fino ad ottenere un segnale che procede alla movimentazione in velocità dell’antenna. Il comando automatico, invece, orienta l’antenna in modo tale da mantenerla fissa su una traiettoria orbitale di uno specifico spacecraft. La movimentazione automatica segue funzioni polinomiali fornite dall’utente, ricavate da software di propagazione e predizione esterno al sistema ALMATracker. In questo caso il sistema deve procedere alla rotazione mantenendo la velocità richiesta dalla funzione polinomiale. Il controllo effettuato in catena chiusa è attuato tramite una serie di trasduttori di posizione presenti nel sistema.

DS and GS maintenance manual : target-tracking, target-ranging, and missile-tracking antenna-receiver-transmitter group and radar-test set group (NIKE-HERCULES and improved NIKE-HERCULES air defense guided missile system and NIKE-HERCULES anti-tactical ballistic missile system).

Includes index.

Precise orbit determination and analysis from satellite altimetry and laser ranging

For optimum utilization of satellite-borne instrumentation, it is necessary to know precisely the orbital position of the spacecraft. The aim of this thesis is therefore two-fold - firstly to derive precise orbits with particular emphasis placed on the altimetric satellite SEASAT and secondly, to utilize the precise orbits, to improve upon atmospheric density determinations for satellite drag modelling purposes. Part one of the thesis, on precise orbit determinations, is particularly concerned with the tracking data - satellite laser ranging, altimetry and crossover height differences - and how this data can be used to analyse errors in the orbit, the geoid and sea-surface topography. The outcome of this analysis is the determination of a low degree and order model for sea surface topography. Part two, on the other hand, mainly concentrates on using the laser data to analyse and improve upon current atmospheric density models. In particular, the modelling of density changes associated with geomagnetic disturbances comes under scrutiny in this section. By introducing persistence modelling of a geomagnetic event and solving for certain geomagnetic parameters, a new density model is derived which performs significantly better than the state-of-the-art models over periods of severe geomagnetic storms at SEASAT heights. This is independently verified by application of the derived model to STARLETTE orbit determinations.

Algoritmos de estimação da direção de chegada de sinal

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Telecomunicações

Simulazioni Software-In-the-Loop per la verifica funzionale di un sistema di tracking satellitare (ALMATracker)

L'ALMATracker è un sistema di puntamento per la stazione di terra di ALMASat-1. La sua configurazione non segue la classica Azimuth-Elevazione, bensì utilizza gli assi α-β per evitare punti di singolarità nelle posizioni vicino allo zenit. Ancora in fase di progettazione, utilizzando in congiunta SolidWorks e LabVIEW si è creato un Software-in-the-loop per la sua verifica funzionale, grazie all'utilizzo del relativamente nuovo pacchetto NI Softmotion. Data la scarsa esperienza e documentazione che si hanno su questo recente tool, si è prima creato un Case Study che simulasse un sistema di coordinate cilindriche in modo da acquisire competenza. I risultati conseguiti sono poi stati sfruttati per la creazione di un SIL per la simulazione del movimento dell'ALMATracker. L'utilizzo di questa metodologia di progettazione non solo ha confermato la validità del design proposto, ma anche evidenziato i problemi e le potenzialità che caratterizzano questo pacchetto software dandone un analisi approfondita.

Estimation of satellite antenna phase center offsets for Galileo

Satellite antenna phase center offsets for the GalileoInOrbitValidation(IOV) and FullOperationalCapability (FOC) satellites are estimated by two different analysiscenters based on tracking data of a global GNSS network. The mean x- and y-offsets could be determined with a precision of a few centimeters. However, daily estimates of thex-offsets of the IOV satellites show pronounced systematic effects with a peak-to-peak amplitude of up to 70 cm that depend on the orbit model and the elevation of the Sun above the orbital plane. For the IOV y-offsets, no dependence on the orbit model exists but the scatter strongly depends on the elevation of the Sun above the orbital plane. In general, these systematic effects are significantly smaller for the FOC satellites. The z-offsets of the two analysis centers agree within the 10–15 cm level, and the time series do not show systematic effects. The application of an averaged Galileo satellite antenna model obtained from the two solutions results in a reduction of orbit day boundary discontinuities by up to one third—even if an independent software package is used.

Studio e implementazione di algoritmi per il tracciamento ottimo di satellite LEO da stazioni di terra di tipo radioamatoriale

Questo elaborato di tesi ha l’obbiettivo di studiare le limitazioni delle stazioni di terra nel tracciamento di satelliti in orbita LEO, investigare possibili soluzioni ed implementare queste soluzioni all’interno della Ground Station AMGS di Forlì per verificarne l’efficacia. A questo scopo, dopo un’attenta revisione della letteratura sono stati identificati due promettenti algoritmi descritti nei paper: “Trajectory optimisation to minimise antenna pointing error” di P. S. Crawford , R. J. H. Brush e “An optimal antenna motion generation using shortest path planning” di Moon-Jin Jeon , Dong-Soo Kwon. Questi algoritmi sono stati implementi in Python 3, al fine di inglobarli all’interno del software di tracking al momento in uso nella GS di Forlì, ovvero AMGS Orbit Predictor. All’interno di questo elaborato sono anche riportati i risultati dei test conseguiti e una valutazione dettagliata di questi ultimi.

A beam-forming network for a circular switched-beam phased array antenna

This paper reports on the design and development of a dividing/phasing network for a compact switched-beam array antenna for Land-vehicle mobile satellite communications, The device is formed by a switched radial divider/combiner and 1-bit phase shifters and generates a sufficient number of beams for the proper satellite tracking.

Corrugated horn antenna for a CosmoGal satellite with reduced dimensions

This paper presents the design methodology for the creation of corrugated horn antennas for the CosmoGal satellite. The mission will collect the radiation of the cosmic microwave background, by a radiometer in three different radio astronomy frequency bands (10.6-10.7GHz; 15.35-15.4GHz; 23.6-24GHz). It is discussed the design of several types of horns, simulated with the CST software. The best result points to a choked Gaussian corrugated horn antenna, with directivity of 23 dBi, side lobes 35 dB below and cross polarization better than -45 dB. Plus, with the advantage of having a small dimension, with a total length of only 7.43λ © 2014 IEEE.

Application of Gaussian multi-scale representation to feature tracking in meteorological satellite imagery

Gaussian multi-scale representation is a mathematical framework that allows to analyse images at different scales in a consistent manner, and to handle derivatives in a way deeply connected to scale. This paper uses Gaussian multi-scale representation to investigate several aspects of the derivation of atmospheric motion vectors (AMVs) from water vapour imagery. The contribution of different spatial frequencies to the tracking is studied, for a range of tracer sizes, and a number of tracer selection methods are presented and compared, using WV 6.2 images from the geostationary satellite MSG-2.

Phase calibration of the EISCAT Svalbard Radar interferometer using optical satellite signatures

The link between natural ion-line enhancements in radar spectra and auroral activity has been the subject of recent studies but conclusions have been limited by the spatial and temporal resolution previously available. The next challenge is to use shorter sub-second integration times in combination with interferometric programmes to resolve spatial structure within the main radar beam, and so relate enhanced filaments to individual auroral rays. This paper presents initial studies of a technique, using optical and spectral satellite signatures, to calibrate the received phase of a signal with the position of the scattering source along the interferometric baseline of the EISCAT Svalbard Radar. It is shown that a consistent relationship can be found only if the satellite passage through the phase fringes is adjusted from the passage predicted by optical tracking. This required adjustment is interpreted as being due to the vector between the theoretical focusing points of the two antennae, i.e. the true radar baseline, differing from the baseline obtained by survey between the antenna foot points. A method to obtain a measurement of the true interferometric baseline using multiple satellite passes is outlined.

Simulazione di front-end GPS per la verifica di algoritmi di navigazione per satelliti LEO

Descrizione di un software di simulazione, realizzato attraverso la programmazione in Labview, che estrapola i dati immagazzinati nei file RINEX di navigazione e di osservazione della missione GRACE e li invia con le stesse modalità con cui lo farebbe il ricevitore OEM615 della NovAtel. L'obiettivo è creare un software che permetta di testare, nell'ambito della missione ESEO dell'ESA, il ricevitore GPS che farà parte del payoload della stessa missione, costituita da un micro-satellite che orbiterà in orbita bassa LEO, e che sarà composto da un ricevitore OEM615, da un'antenna GPS e da un processore di navigazione.

Localizzazione e tracking tramite filtri statistici in sistemi multi antenna

Uno dei temi più recenti nel campo delle telecomunicazioni è l'IoT. Tale termine viene utilizzato per rappresentare uno scenario nel quale non solo le persone, con i propri dispositivi personali, ma anche gli oggetti che le circondano saranno connessi alla rete con lo scopo di scambiarsi informazioni di diversa natura. Il numero sempre più crescente di dispositivi connessi in rete, porterà ad una richiesta maggiore in termini di capacità di canale e velocità di trasmissione. La risposta tecnologica a tali esigenze sarà data dall’avvento del 5G, le cui tecnologie chiave saranno: massive MIMO, small cells e l'utilizzo di onde millimetriche. Nel corso del tempo la crescita delle vendite di smartphone e di dispositivi mobili in grado di sfruttare la localizzazione per ottenere servizi, ha fatto sì che la ricerca in questo campo aumentasse esponenzialmente. L'informazione sulla posizione viene utilizzata infatti in differenti ambiti, si passa dalla tradizionale navigazione verso la meta desiderata al geomarketing, dai servizi legati alle chiamate di emergenza a quelli di logistica indoor per industrie. Data quindi l'importanza del processo di positioning, l'obiettivo di questa tesi è quello di ottenere la stima sulla posizione e sulla traiettoria percorsa da un utente che si muove in un ambiente indoor, sfruttando l'infrastruttura dedicata alla comunicazione che verrà a crearsi con l'avvento del 5G, permettendo quindi un abbattimento dei costi. Per fare ciò è stato implementato un algoritmo basato sui filtri EKF, nel quale il sistema analizzato presenta in ricezione un array di antenne, mentre in trasmissione è stato effettuato un confronto tra due casi: singola antenna ed array. Lo studio di entrambe le situazioni permette di evidenziare, quindi, i vantaggi ottenuti dall’utilizzo di sistemi multi antenna. Inoltre sono stati analizzati altri elementi chiave che determinano la precisione, quali geometria del sistema, posizionamento del ricevitore e frequenza operativa.