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Relatori: Mario PENT Marina MONDIN Fabio DOVIS Candidati: Francesco BAIETTO Maurizio FODRINI Maurizio SISTO POLITECNICO DI TORINO.

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1 Relatori: Mario PENT Marina MONDIN Fabio DOVIS Candidati: Francesco BAIETTO Maurizio FODRINI Maurizio SISTO POLITECNICO DI TORINO

2 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO2 Scopo: studio del sistema di telecomando e telemetria per piattaforme stratosferiche Introduzione al problema HALE (High Altitude Long Endurance) Heliplat

3 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO3 TELECOMANDO E TELEMETRIA SECONDO IL CCSDS Sistema di telecomando e telemetria per aerei stratosferici senza pilota: definizione delle specifiche e validazione tramite simulazione

4 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO4 CCSDS: Consultative Committee for Space Data Systems Modello stratificato ISO/OSI: –Telecomando: 7 strati –Telemetria: 4 strati Standard CCSDS

5 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO5 Coding Layer Physical Layer TC Frame FRM HDR 5 bytes Up to 1017 bytes CRC 2 bytes TAIL Up to 8 bytes Up to 1152 bytes START Codice BCH 56 bits 63 bits 56 bits 63 bits … CLTU Telecomando: strati trasmissivi

6 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO6 Channel Access Layer Physical Access Layer … Transfer Frame stream of bits 2° HDR Up to 64 bytes Up to 1048 bytes CRC 4 bytes FRM HDRCLCW 2 bytes6 bytes Codice concatenato 223 bytes 510 bytes 223 bytes 510 bytes Telemetria: strati trasmissivi

7 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto7 ANALISI DEL FLUSSO DATI Sistema di telecomando e telemetria per aerei stratosferici senza pilota: definizione delle specifiche e validazione tramite simulazione

8 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto8 Celle solari Motori Controllo velivolo Utenze Sistema energetico I A B Struttura del sistema Serbatoio idrogeno Serbatoio acqua PompaElettrolizzatore Serbatoio ossigeno Celle a combustibile Dal motore Energia generata Energia dalle celle solari W P T W W W W VMVM VMVM angolo di rollio angolo di pitch true heading Z X Y q r p

9 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto9 Parametri relativi agli assi corpo Parametri relativi alla posizione Parametri relativi alla pressione Parametri relativi alla velocità Dati aeronautici 14.8 kbit/s

10 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto10 Sensori: pressione, temperatura, portata Pompa centrifuga Valvole motorizzate Dati energetici 304 bit/s

11 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto11 Sensori per le celle solari Sensori per le batterie tampone Microprocessore di gestione Temperatura azionamenti Dati elettrici 832 bit/s

12 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto12 Flusso dati complessivo 32 kbit/s Down-link Up-link 32 kbit/s (100 kbit/s)

13 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto13 IL CANALE DI PROPAGAZIONE Sistema di telecomando e telemetria per aerei stratosferici senza pilota: definizione delle specifiche e validazione tramite simulazione

14 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto14 Canale tempo variante Cammini multipli Interferenza distruttiva o costruttiva Distorsioni in ampiezza t0t0 t 0 + t1t1 t t t t2t2 t t t La risposta allimpulso è del tipo h(t, ) TX RX

15 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto15 Ogni raggio riflesso è affetto da attenuazione, sfasamento e shift Doppler differenti Doppler e multipath diffuso v RX v Incremento della larghezza di banda quantificato con lo spettro di potenza Spettro di potenza normalizzato del segnale Processo simulato: – modulo alla Rayleigh – fase uniforme

16 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto16 Modello generale del canale Traslazione in frequenza di FD (Singola riflessione) 1 + Generatore di rumore gaussiano bianco x(t) (Singola riflessione) 2 (Singola riflessione) i (Singola riflessione) N S(t) Ard Ritardo i (A T ) i Processo Gaussiano Processo Gaussiano j Processo casuale alla Rayleigh con fase uniforme (Singola riflessione) i

17 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto17 Schema simulativo utilizzato Segnale modulato Traslazione in frequenza di FD Generatore di processo casuale alla Rayleigh con fase uniforme + Guadagno Generatore di rumore gaussiano bianco al ricevitore Guadagno GFAD GDBRX G pot +

18 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO18 SCHEMA DI MODULAZIONE E CODIFICA IN UP-LINK Sistema di telecomando e telemetria per aerei stratosferici senza pilota: definizione delle specifiche e validazione tramite simulazione

19 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO19 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 Modulazioni esaminate

20 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO20 Prestazioni a confronto DOFDM 32 portanti DOFDM 64 portanti DOFDM 128 portanti /4DQPSK DQPSK GMSK

21 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO21 Interazione tra strato di codifica e fisico A terraA bordo Transfer Layer ARQ comando BCH Modulatore, Canale, Demodulatore Physical Layer Coding Layer BCH esecuzione RS Interl. Conv. RS Deinterl. Conv.

22 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO22 Decollo e atterraggio Volo standard Prestazioni codifica BCH (63,51) GFAD =- 12dB P b (e) P b (e) GFAD=10dB

23 TT&CBaietto, Fodrini, SISTO23 P b (e) = Prestazioni ARQ Volo standard P b (e) = Decollo e atterraggio P b (e) P b (e) P b (e) = P b (e)

24 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto24 CODIFICA IN DOWN-LINK E RITARDI DEL SISTEMA Sistema di telecomando e telemetria per aerei stratosferici senza pilota: definizione delle specifiche e validazione tramite simulazione

25 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto25 Prestazioni codifica Convoluzionale (2,1,7) Volo standard Decollo e atterraggio GFAD =- 10dB P b (e) GFAD = 10dB P b (e)

26 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto26 Prestazioni codifica di Reed-Solomon (31,23) P b (e) = Volo standard P b (e) = Decollo e atterraggio P b (e) = P b (e) P b (e)

27 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto27 Valutazione dei ritardi Down-link Up-link T up = T v +T pck Deinterlacciatore In Out T down =T v +T int.

28 TT&CBaietto, FODRINI, Sisto28 Distribuzione cumulativa dei ritardi P b (e)= T r = 50 ms P r = 99,9% T eff 33 ms

29 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto29 ANTENNE E LINK-BUDGET Sistema di telecomando e telemetria per aerei stratosferici senza pilota: definizione delle specifiche e validazione tramite simulazione

30 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto30 Sistema di terra Guadagno elevato Condizione sullelevazione 90° Condizione sullazimut 10° Scansione elettronica del fascio riduzione illuminazione inseguimento Antenna a ventaglio 90° 10° x z

31 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto31 N = 11 dipoli D = 765 mm h = 44 mm Dimensionamento delle antenne di terra Distribuzione di ampiezza delle correnti Scansione elettronica Dimensionamento D d dipolo / 2 h D d dipolo / 2 Distribuzione dampiezza a coseno Distribuzione dampiezza a coseno quadrato G =16,9 dB Coseno quadrato G = 16,9 dB ; SLL = 20,8 dB Sfasamento massimo tra i dipoli max = 135,4 o 14,7° G = 15,4 dB Scansione massima 93,6° Sintesi FTM (Fourier Transfer Method) 93,6° SLL=20,8 dB

32 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto32 Antenne di bordo Polarizzazione circolare e apertura circa 180 ° Sistema di antenne con meccanismo di gestione Soluzioni studiate: - Dipoli incrociati G 6 dB - Antenna a elica SLL = 22 dB 62° G = 10,2 dB ; SLL = 22 dB

33 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto33 Link-budget in down-link P n [dBW] [dB] minimo [dB] G antenne [dB] 0 [dB] P b (e) target Volo standarddec/att minimo [dB] G antenne [dB] 0 [dB] P n [dBW] [dB] P b (e) target10 -4 Volo standarddec/att | Ptx=1W [dB] P TX [mW] P TX [dBW]

34 TT&CBAIETTO, Fodrini, Sisto34 Link-budget in up-link Volo standarddec/att |Ptx=1W [dB] P TX [mW] P TX [dBW] P b (e) target = Rb 32 kbit/s | Ptx=1W [dB] P TX [mW] P TX [dBW] Rb 100 kbit/s

35 TT&CBaietto, Fodrini, Sisto35 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 Studio del sistema TT&C per Heliplat


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