Scopo: studio del sistema di telecomando e telemetria per piattaforme stratosferiche

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Introduzione al problema

• HALE (High Altitude Long Endurance)

• Scopo studio del sistema di telecomando e
  telemetria per piattaforme stratosferiche

Heliplat
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Sistema di telecomando e telemetria per aerei
stratosferici senza pilota definizione delle
specifiche e validazione tramite simulazione
TELECOMANDO E TELEMETRIA SECONDO IL CCSDS
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Standard CCSDS

• CCSDS Consultative Committee for Space Data
  Systems
• Modello stratificato ISO/OSI
• Telecomando 7 strati
• Telemetria 4 strati

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Telecomando strati trasmissivi
Coding Layer
Physical Layer
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Telemetria strati trasmissivi
Channel Access Layer
Physical Access Layer
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Sistema di telecomando e telemetria per aerei
stratosferici senza pilota definizione delle
specifiche e validazione tramite simulazione
ANALISI DEL FLUSSO DATI
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Struttura del sistema
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Dati aeronautici

• Parametri relativi agli assi corpo
• Parametri relativi alla posizione
• Parametri relativi alla pressione
• Parametri relativi alla velocità

14.8 kbit/s
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Dati energetici

• Sensori pressione, temperatura, portata
• Pompa centrifuga
• Valvole motorizzate

304 bit/s
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Dati elettrici

• Sensori per le celle solari
• Sensori per le batterie tampone
• Microprocessore di gestione
• Temperatura azionamenti

832 bit/s
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Flusso dati complessivo
32 kbit/s
(100 kbit/s)
Up-link
Down-link
32 kbit/s
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Sistema di telecomando e telemetria per aerei
stratosferici senza pilota definizione delle
specifiche e validazione tramite simulazione
IL CANALE DI PROPAGAZIONE
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Cammini multipli

• Interferenza
• distruttiva o
• costruttiva

TX
RX

• Distorsioni in
• ampiezza

• Canale tempo
• variante

t
t0
t1
t1?11
t1?12

• La risposta
• allimpulso è del
• tipo h(t,?)

t
t2?21
t2?22
t2
t0?
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Doppler e multipath diffuso
v

• Ogni raggio riflesso è affetto da
• attenuazione, sfasamento e shift
• Doppler differenti ?

Spettro di potenza normalizzato del segnale

• Incremento della larghezza di
• banda quantificato con lo
• spettro di potenza

• Processo simulato
• modulo alla Rayleigh
• fase uniforme

RX
v
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Modello generale del canale
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Schema simulativo utilizzato
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Sistema di telecomando e telemetria per aerei
stratosferici senza pilota definizione delle
specifiche e validazione tramite simulazione
SCHEMA DI MODULAZIONE E CODIFICA IN UP-LINK
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Modulazioni esaminate

• Simulazioni con TOPSIM IV
• Bit rate utilizzato 100 kbit/s
• Modello del canale ? parametro GFAD
• Velocità radiale della piattaforma 200 km/h
• Modulazioni simulate
• DOFDM, DQSPK, ?/4 DQPSK, GMSK

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Prestazioni a confronto
DOFDM 128 portanti
DOFDM 64 portanti
GMSK
DOFDM 32 portanti
?/4DQPSK
DQPSK
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Interazione tra strato di codifica e fisico
A terra
A bordo
BCH
BCH
Physical Layer
Modulatore, Canale, Demodulatore
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Prestazioni codifica BCH (63,51)
Pb(e) ? 5 10-4
Pb(e) ? 8 10-4
GFAD-12dB
GFAD10dB
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Prestazioni ARQ

• Volo standard

Pb(e) 8 10-9
Pb(e) ? 1 10-8
Pb(e) 8 10-9

• Decollo e
• atterraggio

Pb(e) ? 1 10-8
Pb(e) 5 10-4
Pb(e) ? 8 10-4
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Sistema di telecomando e telemetria per aerei
stratosferici senza pilota definizione delle
specifiche e validazione tramite simulazione
CODIFICA IN DOWN-LINK E RITARDI DEL
SISTEMA
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Prestazioni codifica Convoluzionale (2,1,7)
Pb(e) ? 7 10-5
Pb(e) ? 1 10-4
GFAD-10dB
GFAD10dB
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Prestazioni codifica di Reed-Solomon (31,23)

• Volo standard

Pb(e) 2 10-12

• Decollo e
• atterraggio

Pb(e) 2 10-12
Pb(e) 1 10-13
Pb(e) 1 10-13
Pb(e) ? 1 10-4
Pb(e) ? 7 10-5
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Valutazione dei ritardi

In
0
0
1
1
1
0
Tup TvTpck
1
1
0
Up-link
Down-link
TdownTvTint.
Deinterlacciatore
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Distribuzione cumulativa dei ritardi
Teff ? 33 ms
Pr 99,9
Pb(e)1 10-4
Tr 50 ms
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Sistema di telecomando e telemetria per aerei
stratosferici senza pilota definizione delle
specifiche e validazione tramite simulazione
ANTENNE E LINK-BUDGET
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Sistema di terra

• Guadagno elevato

riduzione illuminazione
?
inseguimento
Antenna a ventaglio
?
?

• Condizione sullelevazione

90
?

• Condizione sullazimut

10
?

• Scansione elettronica del fascio

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Dimensionamento delle antenne di terra

• Sfasamento massimo tra i dipoli ? ?max 135,4o

93,6
G 15,4 dB

• Sintesi FTM (Fourier Transfer Method)

N 11 dipoli D 765 mm
h 44 mm

• Dimensionamento

• Distribuzione dampiezza a coseno

• Distribuzione dampiezza a coseno quadrato

G 16,9 dB

• Distribuzione di ampiezza delle correnti

Coseno quadrato ? G 16,9 dB SLL 20,8 dB
Scansione massima 93,6

• Scansione elettronica

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Antenne di bordo
SLL 22 dB
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• Polarizzazione circolare e apertura circa 180

• Sistema di antenne con meccanismo di gestione

• Soluzioni studiate

- Dipoli incrociati ? G ? 6 dB
G 10,2 dB SLL 22 dB
- Antenna a elica
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Link-budget in down-link
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Link-budget in up-link
Pb(e) target 10-3
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Studio del sistema TTC per Heliplat

• Applicabilità dello standard CCSDS
• Analisi del flusso dati
• Modellizzazione del canale di propagazione
• Scelta dello schema di modulazione
• Prestazioni delle tecniche di codifica
• Studio del sistema di antenne
• Calcolo del link-budget