Introdução à Tecnologia de Satélites – CSE-200-4
Subsistema de Telecomunicação de Serviço e
C t
Centros
de
d C
Controle
t l ed
de Mi
Missão
ã
Petrônio Noronha de Souza
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE
São José dos Campos, SP
Abril de 2012
Unidade 2/Parte 2.4/Versão 3.2
2.4 – O Espectro Eletromagnético
Satélites
Fonte: Verbete “Electromagnetic spectrum” da Wikipedia
2
2.4 – O espectro eletromagnético e suas aplicações, [1]
Satélites
3
2.4 – Faixas do espectro eletromagnético e suas denominações
Legend
γ= Gamma rays
MIR= Mid infrared
HF= High freq.
HX= Hard X-Rays
FIR= Far infrared
MF= Medium freq.
SX= Soft X-Rays
Visible light
UHF= Ultra high freq.
SLF= Super low freq
freq.
NIR= Near Infrared
VHF= Very high freq.
ELF= Extremely low freq.
Freq= Frequency
Radio waves
LF= Low freq.
EUV= Extreme ultraviolet
EHF= Extremely high freq.
VLF= Very low freq
VLF
freq.
NUV= Near ultraviolet
SHF= Super high freq.
VF/ULF= Voice freq.
Satélites
Fonte: Verbete “Electromagnetic spectrum” da Wikipedia
4
2.4 – Absorção atmosférica do espectro eletromagnético
Satélites
Fonte: Verbete “Electromagnetic spectrum” da Wikipedia
5
2.4 – Subsistema de Telecomunicação de Serviço (*)

O subsistema de Telecomunicação
ç de Serviço
ç também é conhecido como:
–
–

Ele é projetado para permitir que as seguintes funções sejam cumpridas:
–
–
–

Telemetria, Rastreio, e Comando (“Telemetry, Tracking and Command” – TT&C).
Telemetria (TM), Rastreio (R), Telecomando (TC).
Rastreamento: determina a posição do satélite e segue seu movimento utilizando informações das posições
angulares e respectivas velocidades.
Telemetria: Coleta, codifica e transmite medidas de sensores e dados digitais que caracterizam o estado e a
configuração do satélite
satélite.
Comando: Recebe, verifica e executa comandos para o controle remoto das funções do satélite, bem como de
sua configuração e movimento.
O Subsistema de Telecomunicação de Serviço deve assegurar as telecomunicações de serviço
entre o Segmento Solo e o Segmento Espacial. A ligação ascendente contém os telecomandos e
os tons de localização e a ligação descendente contém as telemetrias e os tons de localização.
Satélites
(*) Com contribuições do Curso de Tecnologia de Satélites do INPE
6
2.4 – Subsistema de Telecomunicação de Serviço

Conceitos básicos em rastreio e controle de satélites:
– Determinação do Estado (situação) do Satélite por meio de Telemetria (medida
à distância) transmitida pelo satélite via rádio frequência
frequência.
– Atuação no satélite através de Telecomando (comando à distância) transmitido
pelo Segmento Solo via rádio frequência.
– Faixa de rádio frequência alocada para Operação Espacial em Banda S
(Telecomando em 2025-2120 MHz e Telemetria em 2200-2300 MHz)
(ANATEL/UIT – União Internacional de Telecomunicações).
– Determinação de órbita através de:
• Medidas de Distância (“ranging”) entre o satélite e a estação.
• Medida de Velocidade (“range-rate”) radial do satélite em relação à estação.
• Medidas Angulares da Antena (azimute, elevação).
– Determinação da atitude do satélite (orientação do satélite no espaço obtido
através de dados de sensores a bordo, pertencentes ao Subsistema de
Controle de Atitude).
Satélites
7
2.4 – Subsistema de Telecomunicação de Serviço
SUPERVISÃO DE BORDO
Diagrama geral do subsistema embarcado
DADOS TC
TM VÍDEO
TCs
ANTENA 1
DIPLEXER
LOCK
RECEPTOR
TC
TC VIDEO
DECODIFICADOR
DE COMANDOS
R
TRANSMISSOR
TM
TCs
HIBRIDA
DIPL
LEXER
LOCK
RECEPTOR
TC
TC VIDEO
DECODIFICADOR
DE COMANDOS
R
TRANSMISSOR
TM
ANTENA 2
Satélites
8
2.4 – Subsistema de Telecomunicação de Serviço: Telemetria







A Telemetria
T l
t i de
d um satélite
télit consiste
i t em medidas
did d
de sensores e d
dados
d di
digitais
it i
multiplexados em uma única sequência de dados.
Os sensores normalmente presentes em satélites medem temperatura, pressão, potência
elétrica corrente
elétrica,
corrente, voltagem
voltagem, frequências
frequências, etc
etc.
As leituras analógicas são amostradas periodicamente e convertidas em leituras digitais por
meio de conversores A/D (Analógico/Digitais).
Dados digitais são tipicamente posições de chaves
chaves, dados da memória e ecos de
comandos.
As taxas de transmissão variam na faixa de 10 bps a 200 kbps (bps = bits por segundo).
Os dados de telemetria podem ser codificados e encriptados antes da transmissão
transmissão. Neste
caso eles serão decodificados e deencriptados na estação de recepção no solo.
O processamento nas estações de solo inclui:
–
–
–
–
–

Demultiplexação dos parâmetros da sequência de dados
dados.
Organização dos dados de acordo com o subsistema a que se referem.
Conversão para unidades de engenharia.
Formatação
ç no display
p y do console do centro de controle p
para acompanhamento
p
em tempo
p real.
Arquivamento.
Sistemas de solo mais sofisticados calculam tendências estatísticas e fazem a verificação
automática de anomalias, podendo disparar alarmes para os operadores.
Satélites
9
2.4 – Telemetria: Diagrama de blocos típico, [3]
Satélites
10
2.4 – Subsistema de Telecomunicação de Serviço: Comando




As tarefas
A
t f de
d Comando
C
d normalmente
l
t demandam
d
d
b
baixa
i ttaxa d
de ttransmissão
i ã d
de
dados (10 bps a 20 kbps), mas com alta confiabilidade.
Os comandos gerados pelo solo são codificados e encriptados antes de seu envio.
Ao serem recebidos são decodificados, deencriptados e validados para determinar
sua autenticidade. Isto previne que padrões aleatórios ou errados venham a ser
executados como comandos. Uma vez validados eles são executados e seus
efeitos
f it são
ã observados
b
d via
i d
dados
d d
de ttelemetria.
l
ti O
Os comandos
d recebidos
bid podem
d
ser também reenviados para o solo via telemetria para prover um critério adicional
de verificação.
A cadeia dos equipamentos de processamento de comandos deve ser
cuidadosamente projetada para evitar “travamentos” acidentais. Redundâncias
devem ser configuradas de modo a evitar que pontos únicos de falha impeçam sua
recepção.
ã
O software de solo é geralmente projetado de forma a dificultar o envio inadvertido
de comandos. Comandos críticos são colocados em categorias restritas que
exigem
i
d
duplicidade
li id d d
de autorizações
i
õ antes d
de seu envio.
i O software
f
d
de solo
l
também gerencia a sequência e época de envio de comandos necessários para a
execução de manobras críticas.
Satélites
11
2.4 – Comando: Diagrama de blocos típico, [3]
Equipamento Embarcado
Equipamento de Solo
Satélites
12
2.4 – Subsistema de Telecomunicação de Serviço: Rastreio




Os dados
O
d d d
de rastreio
t i são
ã constituídos
tit íd por iinformações
f
õ d
de direção
di ã (“direction”),
(“di ti ”)
distância (“range”) e taxa de variação da distância (“range rate”).
A direção é obtida por meio da medida dos ângulos de elevação e azimute das
antenas de rastreio. As antenas normalmente possuem sistemas para a
determinação da direção que proporciona o sinal mais forte vindo do satélite, que é
associado a malhas de controle do tipo “autotrack”, concebidas para seguir
automaticamente
t
ti
t o movimento
i
t do
d satélite.
télit
A distância é obtida pela medida do tempo (“delay”) que leva para um sinal
emitido ir até o satélite e voltar. As antenas enviam sinais de forma contínua. O
satélite recebe, extrai o sinal da portadora, remodula e reenvia para o solo, que por
sua vez recebe o novo sinal e o correlaciona com o enviado, determinando assim
o atraso.
A taxa de variação da distância é determinada por meio de técnicas “doppler”. A
aproximação ou o afastamento do satélite em relação à antena no solo faz com
que ele observe uma onda com flutuações de frequência para mais (se estiver se
aproximando)
i
d ) e para menos ((se estiver
i
ser afastando).
f
d ) E
Estas flflutuações
õ são
ã
detectadas pelo satélite e informadas para o solo, que assim determina a taxa de
afastamento ou aproximação na linha de visada entre a antena no solo e o satélite.
Satélites
13
2.4 – Rastreio: Diagrama de blocos típico, [3]
Satélites
14
2.4 – Ranging and Doppler tracking: functional block diagram
Satélites
Fonte: ECSS-E-50-02A, 24 November 2005
15
2 4 – Centros de Controle e de Missão
2.4
Satélites
(*) Com contribuições do Curso de Tecnologia de Satélites do INPE
16
2.4 – Centros de Controle e de Missão: Componentes de um Segmento Solo típico
Satélites
Fonte: European Space Operation Centre – ESOC, BR-265
17
2.4 – Centros de Controle e de Missão: O ESOC e suas atribuições
Satélites
Fonte: European Space Operation Centre – ESOC, BR-265
18
2.4 – Centros de Controle e de Missão: O ESOC e suas atribuições (cont.)
Satélites
Fonte: European Space Operation Centre – ESOC, BR-265
19
2.4 – Centros de Controle e de Missão: O papel do Segmento Solo na Missão (*)

Trata-se da infraestrutura de solo, incluindo pessoal, para:
– Atender aos requisitos da missão.
– Viabilizar
Viabili ar a operação da missão.
missão
Telecomando
Segmento
g
Espacial
p
Satélite
Telemetria
Dados de Missão
Segmento Solo
Suporte ao Satélite e à Carga Útil
Retransmissão de Dados da Missão
Requisição de Comandos
Dados de Missão
Usuário dos Dados
Satélites
(*) Com contribuições do Curso de Tecnologia de Satélites do INPE
20
2.4 – Centros de Controle e de Missão: Arquitetura e infraestrutura

Arquitetura Segmento Solo:
– Segmento Solo de Rastreio e Controle, também conhecido como TT&C
– Segmento Solo de Aplicações ou Carga Útil

Infraestrutura física do Segmento Solo:
1.
2.
3.
4.

Centro de Controle de Satélites (CCS)
Estação Terrena
Centro de Missão
Rede de Comunicação de Dados
Infraestrutura de software do Segmento Solo:
–
–
–
–
Satélites
Software em Tempo Real (para o controle dos equipamentos das estações)
Software de Dinâmica Orbital
Simuladores de Satélites
Rede de computadores conectados em rede local
21
2.4 – Centros de Controle e de Missão: Funções
1
1.
2.
Centro de Controle de Satélites (CCS):
– Receber, processar e armazenar as telemetrias.
– Gerar, validar e enviar os telecomandos às
estações.
– Determinar e propagar as órbitas e a atitude dos
satélites.
– Solicitar, receber e processar medidas de
distância, de velocidade e angulares.
– Receber e monitorar o status do Segmento Solo.
– Armazenar, recuperar e apresentar dados
históricos.
– Preparar e realizar manobras com os satélites.
– Gerar as previsões de passagem dos satélites
pelas estações
estações.
– Gerar os planos de vôo para os satélites
controlados.
Estação Terrena:
– Rastrear os satélites.
– Receber as telemetrias dos satélites.
– Transmitir os telecomandos para os satélites.
– Realizar as medidas de distância
distância, de velocidade
e angulares.
– Realizar testes e calibrações.
– Armazenar arquivos históricos da operação da
estação.
– Receber e processar dados de carga útil.
Satélites
3
3.
Centro
C
t d
de Mi
Missão:
ã
–
Adquirir os dados de carga útil.
–
Verificar consistência dos dados adquiridos.
–
Processar os dados de carga útil
útil.
–
Controlar a qualidade dos dados da missão.
–
Armazenar e recuperar os dados da missão.
–
Disseminar dados aos usuários.
–
Atender às requisições dos usuários,
encaminhando programação de uso da carga útil
ao CCS (quando aplicável).
4.
Rede de Comunicação de Dados:
–
Prover os meios de comunicação entre os
diversos componentes do Segmento Solo.
–
Rede privada de comunicação de dados,
implementando protocolos de comunicação tais
como o X.25, TCP/IP.
22
2.4 – Centros de Controle e de Missão: Exemplo de Segmento Solo – MECB
SCD1,SC
D2,CBER
S1
Segmento Solo TT&C
ALCÂNTARA


Rastreio e Controle:
– Centro de Controle de Satélites (S
(S. JJ. dos Campos)
Campos).
– Estação Terrena de Cuiabá.
– Estação Terrena de Alcântara.
– Rede de comunicação de dados.
RECDAS
CUIABÁ
CENTRO DE
CONTROLE DE
SATÉLITES
É
Missão coleta de dados:
– Estação de recepção de Cuiabá e Alcântara (Carga Útil).
– Sistema Nacional de Dados Ambientais (SINDA), Centro Regional do Nordeste
do INPE
INPE.
– Redes de Plataformas de Coleta de Dados.
Satélites
23
2.4 – Centros de Controle e de Missão: infraestrutura da MECB
Prédio do CRC (SJC)
C t d
Centro
de Dados
D d d
de S
Sensoriamento
i
t
Remoto – CDSR
(Cachoeira Paulista)
Sala de Controle
CCS do CRC
(SJC)
Satélites
Estação Terrena (Cuiabá)
24
2.4 – Centros de Controle e de Missão: Plataformas de Coleta de Dados – MECB
Satélites
25
2.4 – Normalização
Satélites
26
2.4 – Normalização (cont.)
Satélites
27
2.4 – Normalização (cont.)
Satélites
28