El propósito de este proyecto, titulado “Diseño y desarrollo de un sistema de apuntamiento estabilizado en 3 ejes basado en microprocesadores para la obtención de imágenes auto niveladas y orientadas magnéticamente”, es diseñar, implementar, fabricar y validar la electrónica necesaria para permitir realizar máscaras de visibilidad de antenas de manera rápida, precisa y semiautomática.
Actualmente, la comunicación tierra-satélite es crucial tanto en el ámbito civil como en el militar. Su uso constante es fundamental para tareas como la geolocalización, obtención de datos meteorológicos, científicos y estratégicos, así como en el establecimiento de comunicaciones, entre muchas otras aplicaciones. Esta comunicación se realiza durante periodos específicos denominados ventanas de comunicación, que son los intervalos en los que el satélite y la antena tienen una línea de visión directa.
Debido a la alta velocidad de los satélites en órbita baja, la mayoría de los satélites en funcionamiento actualmente, estas ventanas de comunicación son breves, típicamente entre 10 y 15 minutos. Por ello, es fundamental que estas ventanas no se vean limitadas por objetos en el entorno de la antena. Para asegurar una comunicación óptima, se utiliza una máscara de visibilidad, que evalúa el rango completo de visibilidad entre la antena y el satélite. En concreto, una máscara de visibilidad es un conjunto de datos que relaciona una posición de azimut de la antena con la elevación mínima necesaria para mantener la visibilidad con el satélite.
Para generar máscaras de visibilidad de manera semiautomática, rápida y precisa, se propone implementar un sistema basado en la toma y procesamiento de imágenes alrededor de la antena para obtener los valores de azimut y elevación de la máscara de visibilidad.
El sistema desarrollado en este proyecto permite la obtención remota de imágenes que están automáticamente niveladas y orientadas geográficamente. Para implementar un sistema válido para esta tarea, se estudian e implementan un conjunto de sensores y actuadores que garantizan la validez de las imágenes para su posterior procesamiento.
Los resultados obtenidos confirman que, con la tecnología actual, se puede desarrollar un sistema capaz de generar un conjunto de imágenes correctamente calibradas, niveladas y orientadas para la creación de máscaras de visibilidad con un error inferior a 0,5° en azimut y elevación. Con los resultados también se han identificado algunas limitaciones del sistema, así como posibles mejoras para superar dichas limitaciones. En conclusión, el sistema implementado garantiza una gran precisión en la identificación de las ventanas de comunicación y, además, optimiza el tiempo y los recursos necesarios para el despliegue y ajuste de las antenas.
Abstract:
The purpose of this project, titled “Design and Development of a 3-Axis Stabilized Pointing System Based on Microprocessors for Obtaining Auto-Leveled and Magnetically Oriented Images,” is to design, implement, manufacture, and validate the necessary electronics to enable the rapid, precise, and semi-automatic creation of antenna visibility masks.
Currently, ground-satellite communication is crucial in both civilian and military fields. Its constant use is fundamental for tasks such as geolocation, obtaining meteorological, scientific, and strategic data, as well as establishing communications, among many other applications. This communication takes place during specific periods called communication windows, which are intervals when the satellite and the antenna have a direct line of sight.
Due to the high speed of low-orbit satellites, which constitute most operational satellites today, these communication windows are brief, typically between 10 and 15 minutes. Therefore, it is essential that these windows are not limited by objects in the antenna’s environment. To ensure optimal communication, a visibility mask is used to evaluate the full range of visibility between the antenna and the satellite. Specifically, a visibility mask is a set of data that relates an antenna’s azimuth position to the minimum elevation necessary to maintain visibility with the satellite.
To generate visibility masks in a semi-automatic, rapid, and precise manner, it is proposed to implement a system based on capturing and processing images around the antenna to obtain the azimuth and elevation values of the visibility mask.
The system developed in this project allows for the remote acquisition of images that are automatically leveled and geographically oriented. To implement a valid system for this task, a set of sensors and actuators are studied and implemented to ensure the validity of the images for subsequent processing.
The obtained results confirm that with current technology, a system capable of generating a set of correctly calibrated, leveled, and oriented images for creating visibility masks with an error of less than 0,5° in azimuth and elevation can be developed. The results have also identified some system limitations and improvements to overcome these limitations. In conclusion, the implemented system guarantees high precision in identifying communication windows and optimizes the time and resources necessary for the deployment and adjustment of antennas.
El propósito de este proyecto, titulado “Diseño y desarrollo de un sistema de apuntamiento estabilizado en 3 ejes basado en microprocesadores para la obtención de imágenes auto niveladas y orientadas magnéticamente”, es diseñar, implementar, fabricar y validar la electrónica necesaria para permitir realizar máscaras de visibilidad de antenas de manera rápida, precisa y semiautomática.
Actualmente, la comunicación tierra-satélite es crucial tanto en el ámbito civil como en el militar. Su uso constante es fundamental para tareas como la geolocalización, obtención de datos meteorológicos, científicos y estratégicos, así como en el establecimiento de comunicaciones, entre muchas otras aplicaciones. Esta comunicación se realiza durante periodos específicos denominados ventanas de comunicación, que son los intervalos en los que el satélite y la antena tienen una línea de visión directa.
Debido a la alta velocidad de los satélites en órbita baja, la mayoría de los satélites en funcionamiento actualmente, estas ventanas de comunicación son breves, típicamente entre 10 y 15 minutos. Por ello, es fundamental que estas ventanas no se vean limitadas por objetos en el entorno de la antena. Para asegurar una comunicación óptima, se utiliza una máscara de visibilidad, que evalúa el rango completo de visibilidad entre la antena y el satélite. En concreto, una máscara de visibilidad es un conjunto de datos que relaciona una posición de azimut de la antena con la elevación mínima necesaria para mantener la visibilidad con el satélite.
Para generar máscaras de visibilidad de manera semiautomática, rápida y precisa, se propone implementar un sistema basado en la toma y procesamiento de imágenes alrededor de la antena para obtener los valores de azimut y elevación de la máscara de visibilidad.
El sistema desarrollado en este proyecto permite la obtención remota de imágenes que están automáticamente niveladas y orientadas geográficamente. Para implementar un sistema válido para esta tarea, se estudian e implementan un conjunto de sensores y actuadores que garantizan la validez de las imágenes para su posterior procesamiento.
Los resultados obtenidos confirman que, con la tecnología actual, se puede desarrollar un sistema capaz de generar un conjunto de imágenes correctamente calibradas, niveladas y orientadas para la creación de máscaras de visibilidad con un error inferior a 0,5° en azimut y elevación. Con los resultados también se han identificado algunas limitaciones del sistema, así como posibles mejoras para superar dichas limitaciones. En conclusión, el sistema implementado garantiza una gran precisión en la identificación de las ventanas de comunicación y, además, optimiza el tiempo y los recursos necesarios para el despliegue y ajuste de las antenas.
Abstract:
The purpose of this project, titled “Design and Development of a 3-Axis Stabilized Pointing System Based on Microprocessors for Obtaining Auto-Leveled and Magnetically Oriented Images,” is to design, implement, manufacture, and validate the necessary electronics to enable the rapid, precise, and semi-automatic creation of antenna visibility masks.
Currently, ground-satellite communication is crucial in both civilian and military fields. Its constant use is fundamental for tasks such as geolocation, obtaining meteorological, scientific, and strategic data, as well as establishing communications, among many other applications. This communication takes place during specific periods called communication windows, which are intervals when the satellite and the antenna have a direct line of sight.
Due to the high speed of low-orbit satellites, which constitute most operational satellites today, these communication windows are brief, typically between 10 and 15 minutes. Therefore, it is essential that these windows are not limited by objects in the antenna’s environment. To ensure optimal communication, a visibility mask is used to evaluate the full range of visibility between the antenna and the satellite. Specifically, a visibility mask is a set of data that relates an antenna’s azimuth position to the minimum elevation necessary to maintain visibility with the satellite.
To generate visibility masks in a semi-automatic, rapid, and precise manner, it is proposed to implement a system based on capturing and processing images around the antenna to obtain the azimuth and elevation values of the visibility mask.
The system developed in this project allows for the remote acquisition of images that are automatically leveled and geographically oriented. To implement a valid system for this task, a set of sensors and actuators are studied and implemented to ensure the validity of the images for subsequent processing.
The obtained results confirm that with current technology, a system capable of generating a set of correctly calibrated, leveled, and oriented images for creating visibility masks with an error of less than 0,5° in azimuth and elevation can be developed. The results have also identified some system limitations and improvements to overcome these limitations. In conclusion, the implemented system guarantees high precision in identifying communication windows and optimizes the time and resources necessary for the deployment and adjustment of antennas. Read More
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