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Relatori: Mario PENT Marina MONDIN Fabio DOVIS Candidati:

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Presentazione sul tema: "Relatori: Mario PENT Marina MONDIN Fabio DOVIS Candidati:"— Transcript della presentazione:

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

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

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

4 Standard CCSDS CCSDS: Consultative Committee for Space Data Systems
Modello stratificato ISO/OSI: Telecomando: 7 strati Telemetria: 4 strati TT&C Baietto, Fodrini, SISTO

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

6 Telemetria: strati trasmissivi
2° HDR Up to 64 bytes 1048 bytes CRC 4 bytes FRM HDR CLCW 2 bytes 6 bytes Transfer Frame Codice concatenato 223 bytes 510 bytes Channel Access Layer stream of bits Physical Access Layer TT&C Baietto, Fodrini, SISTO

7 ANALISI DEL FLUSSO DATI
Sistema di telecomando e telemetria per aerei stratosferici senza pilota: definizione delle specifiche e validazione tramite simulazione ANALISI DEL FLUSSO DATI TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

8 Energia dalle celle solari
Serbatoio idrogeno Serbatoio acqua Pompa Elettrolizzatore Serbatoio ossigeno Celle a combustibile Dal motore Energia generata Energia dalle celle solari Struttura del sistema W P T VM angolo di rollio angolo di pitch true heading Z X Y q r p Celle solari Motori Controllo velivolo Utenze Sistema energetico I A B TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

9 Dati aeronautici 14.8 kbit/s Parametri relativi agli assi corpo
Parametri relativi alla posizione Parametri relativi alla pressione Parametri relativi alla velocità 14.8 kbit/s TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

10 Dati energetici 304 bit/s Sensori: pressione, temperatura, portata
Pompa centrifuga Valvole motorizzate 304 bit/s TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

11 Dati elettrici 832 bit/s Sensori per le celle solari
Sensori per le batterie tampone Microprocessore di gestione Temperatura azionamenti 832 bit/s TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

12 Flusso dati complessivo
32 kbit/s (100 kbit/s) Up-link Down-link 32 kbit/s TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

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

14 Cammini multipli Interferenza distruttiva o costruttiva TX RX
Distorsioni in ampiezza Canale tempo variante t t0 t1 t1+11 t1+12 La risposta all’impulso è del tipo h(t,) t t0+ t2 t2+21 t2+22 TT&C BAIETTO, Fodrini, Sisto

15 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 TT&C BAIETTO, Fodrini, Sisto

16 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 ti (AT)i Processo Gaussiano ProcessoGaussiano j Processo casuale alla Rayleigh con fase uniforme (Singola riflessione)i TT&C BAIETTO, Fodrini, Sisto

17 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 GFAD GDBRX Gpot TT&C BAIETTO, Fodrini, Sisto

18 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 SCHEMA DI MODULAZIONE E CODIFICA IN UP-LINK TT&C Baietto, Fodrini, SISTO

19 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 TT&C Baietto, Fodrini, SISTO

20 Prestazioni a confronto
DOFDM 128 portanti DOFDM 64 portanti GMSK DOFDM 32 portanti /4DQPSK DQPSK TT&C Baietto, Fodrini, SISTO

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

22 Prestazioni codifica BCH (63,51)
Volo standard Decollo e atterraggio Pb(e)  Pb(e)  GFAD=-12dB GFAD=10dB TT&C Baietto, Fodrini, SISTO

23 Prestazioni ARQ Volo standard Decollo e atterraggio Pb(e) = 8 10-9
TT&C Baietto, Fodrini, SISTO

24 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 CODIFICA IN DOWN-LINK E RITARDI DEL SISTEMA TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

25 Prestazioni codifica Convoluzionale (2,1,7)
Volo standard Decollo e atterraggio Pb(e)  Pb(e)  GFAD=-10dB GFAD=10dB TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

26 Prestazioni codifica di Reed-Solomon (31,23)
Volo standard Pb(e) = Decollo e atterraggio Pb(e) = Pb(e) = Pb(e) = Pb(e)  Pb(e)  TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

27 Valutazione dei ritardi
1 In 1 1 Tup = Tv+Tpck 1 1 Up-link Out Down-link Tdown=Tv+Tint. Deinterlacciatore TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

28 Distribuzione cumulativa dei ritardi
Teff  33 ms Pr = 99,9% Pb(e)=1 10-4 Tr = 50 ms TT&C Baietto, FODRINI, Sisto Baietto,Fodrini,Sisto.

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

30 Sistema di terra   Guadagno elevato riduzione illuminazione 
90° 10° x z Guadagno elevato riduzione illuminazione inseguimento Antenna a ventaglio Condizione sull’elevazione 90° Condizione sull’azimut 10° Scansione elettronica del fascio TT&C BAIETTO, Fodrini, Sisto

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

32 Antenne di bordo Polarizzazione circolare e apertura circa 180°
SLL = 22 dB 62° 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 TT&C BAIETTO, Fodrini, Sisto

33 Link-budget in down-link
7 11.8 -152.3 10 27 124.5 139.7 118.5 27.1 minimo [dB] Gantenne [dB] 0 [dB] Pn [dBW]  [dB] Pb(e) target 10-4 Volo standard dec/att Pn [dBW]  [dB] -152.3 7 11.8 27.1 minimo [dB] Gantenne [dB] 0 [dB] Pb(e) target 10-4 10 27 124.5 139.7 118.5 Volo standard dec/att PTX [mW] PTX [dBW] 0.163 -37.9 16.12 -17.9 2.05 -26.9 |Ptx=1W [dB] 47.9 27.9 53.9 TT&C BAIETTO, Fodrini, Sisto

34 Link-budget in up-link
Pb(e) target = 10-3 Volo standard dec/att Rb 32 kbit/s PTX [mW] PTX [dBW] 0.075 -41.3 7.39 -21.3 0.94 -30.3 |Ptx=1W [dB] 51.3 31.3 57.3 Rb 100 kbit/s 0.234 -36.3 23.1 -16.4 2.9 -25.3 PTX [mW] PTX [dBW] 46.3 26.4 52.3 |Ptx=1W [dB] TT&C BAIETTO, Fodrini, Sisto

35 Studio del sistema TT&C 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 TT&C Baietto, Fodrini, Sisto


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