Sistema terrestre para radar LEO nas bandas C/X

Abstract

Hoje em dia, as comunicações entre uma estação terrestre e o espaço aéreo são largamente utilizadas, havendo cada vez mais a necessidade de utilizar sistemas de comunicação para monitorização e deteção de objetos aéreos através de métodos específicos. Para isso é necessário hardware complexo e dedicado para processar sinais digitais através de software (Software Defined Radio (SDR)). Neste contexto é desenvolvido um programa em Matlab, com ambiente matricial, para simular o espaço livre aéreo, através da implementação da técnica de conical scan para detetar e monitorizar objetos. Esta técnica funciona de uma maneira peculiar rodando em círculo o feixe da antena, em torno de um eixo de rotação previamente definido. Então realizou-se o estudo de uma aplicação para retirar resultados e conclusões sobre o desempenho, tempos de processamento, aplicação de processamento auxiliar, entre outros. Nesse sentido é realizado um projeto que tem como objetivo principal desenvolvimento da estação terrestre para auxiliar uma payload. O objetivo é ajudar os bombeiros e proteção civil fornecendo imagens aéreas dos incêndios florestais em curso e mantê-los atualizados sobre a evolução do incêndio, para melhorar o planeamento e serem mais eficientes no combate. Para o efeito, foram desenvolvidos uma payload e uma estação terrestre (ground segment). Essa payload composta por vários equipamentos eletrónicos é colocada num Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) num High Altitude Balloon (HAB). A payload deve ser capaz de comunicar a sua posição atual, transmitir as imagens captadas e ter uma massa inferior a um quilo. A estação terrestre tem como objetivo permitir a comunicação a longas distâncias utilizando dispositivos para uma transmissão eficiente. É adaptada a simulação anterior realizada em Matlab para implementar o algoritmo de tracking e monitorização da payload, sendo que existe uma comunicação half-duplex entre a payload e a estação terrestre. É utilizado a modulação Binary Phase-shift keying (BPSK) para transmissão dos dados para o ground segment. Esses dados são enviados pela payload através da utilização dum SDR. É necessário ter em conta o posicionamento do feixe da antena para obter o melhor desempenho na transmissão, sendo que a payload se encontra em constante movimento. O ajusto do feixe da antena normalmente é movimentado com auxilio de servomotores. O objetivo deste dissertação é desenvolver e testar software para tracking de objetos e aplicá-lo num módulo de posicionamento eficiente e com um desempenho fiável requerido num sistema de radar.

Nowadays, communications between a ground station and the airspace are widely used, and there is an increasing need to use intelligent communication systems to monitor and detect aerial objects using specific methods. In addition, complex and dedicated hardware is required to process digital signals using software (Software Defined Radio (SDR)). In this context, a Matlab simulation with a matrix environment is designed to simulate free terrestrial airspace by implementing the conical scan technique to detect and monitor objects. This technique works in a peculiar way by rotating the antenna beam in a circle around a previously defined axis of rotation. We then carried out a study of this application in order to draw results and conclusions about performance, processing times, application of auxiliary processing, among others. In this sense, a project was carried out with the main objective of developing a ground station to assist a payload. The aim is to help firefighters and civil protection by providing aerial images of ongoing forest fires and keeping them up to date on the evolution of the fire, in order to improve planning and be more efficient in the fight. To this end, a payload and a ground station have been developed. This payload, made up of various electronic devices, is placed on an unmanned aerial vehicle (UAV) via a High Altitude Balloon (HAB). The payload must be able to communicate its current position, transmit the captured images and have a mass of less than one kilo. The purpose of the ground station is to enable communication over long distances using devices for efficient transmission. The previous Matlab simulation is adapted to implement the tracking and payload monitoring algorithm, with half-duplex communication between the payload and the ground station. The Binary Phase-shift keying (BPSK) modulation is used to transmit the data to the ground segment. This data is sent by the payload using SDR. The positioning of the antenna beam must be taken into account to obtain the best transmission performance, since the payload is constantly moving. The antenna beam is usually adjusted using servo motors. The aim of this dissertation is to develop and test software for tracking objects and to apply an efficient positioning module with reliable performance for implementation in a radar system.