Desarrollo de un sistema de recepción para señales ADS-B.

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Dentro del mundo de los sistemas de vigilancia aérea, hay una tecnología llamada ADS-B que está siendo revolucionaria, debido a sus bajos costos y versatilidad. Con la motivación de esta revolución y debido a las recientes normas que están haciendo que este sistema sea de uso obligatorio, en este...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Chiesa Pastor, Gianluca
Formato: Tesis NonPeerReviewed
Lenguaje:Español
Publicado: 2017
Materias:
Ingeniería en telecomunicaciones
Radares
Radar
[Aerial surveillance systems
Sistemas de vigilancia aérea
Receiver
Receptor
Signal processing
Procesamiento de señales]
Acceso en línea:http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/659/1/Chiesa_Pastor.pdf
Aporte de:
Repositorio Institucional Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro (RICABIB) de Instituto Balseiro
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description Dentro del mundo de los sistemas de vigilancia aérea, hay una tecnología llamada ADS-B que está siendo revolucionaria, debido a sus bajos costos y versatilidad. Con la motivación de esta revolución y debido a las recientes normas que están haciendo que este sistema sea de uso obligatorio, en este Proyecto Integrador, se desarrollo un sistema de recepción para señales del tipo ADS-B. El objetivo del trabajo fue realizar un prototipo funcional de un receptor ADS-B y el de generar el conocimiento necesario para poder llevar este modelo a un sistema comercial. Para ello, se realizo el diseño completo del sistema, abarcando desde la toma de señal hasta la obtención y aplicación de los mensajes. Se hizo la selección de antenas, de amplificadores y de filtros adecuados para esta aplicación. También, se utilizaron Radios Definidas por Software (SDR), que permiten seleccionar los parámetros de la cadena de recepción para optimizar el funcionamiento del radar. Una vez que la señal fue digitalizada y llevada a banda base, se procedió a definir e implementar los bloques necesarios en la cadena de procesamiento, encargada de detectar y decodificar la señal. Se hicieron diferentes implementaciones de procesadores, tanto para software, como para hardware diseñado para ser utilizado en una FPGA. Con los mensajes validados y decodificados, se muestran implementaciones de aplicaciones para ser utilizadas por usuarios y operadores aéreos. En estas aplicaciones se le da importancia a la generación de bases de datos, a la visualización de las aeronaves en tiempo real y a la comunicación de la información, a través de protocolos como ASTERIX, a los controladores aéreos. El sistema fue probado tanto en el laboratorio como en el aeropuerto. En el laboratorio, se hicieron mediciones de desempeño del receptor utilizando un Simulador de Entorno de Radar (RES), que permite crear escenarios aéreos que serían difíciles de encontrar en entornos reales. Ademas, en las pruebas en el aeropuerto, se midió el área de cobertura del receptor, la cual se comprobó que esta limitada por línea de vista (LoS). Asimismo, las mediciones fueron de utilidad para validar los algoritmos desarrollados. Debido a la dependencia del sistema ADS-B con las constelaciones satélites GNSS y a la falta de autenticidad de los mensajes, se creyó necesario estudiar e implementar sistemas que trabajen junto al receptor ADS-B que sirvan de validadores de mensajes y de backup del sistema. Es por eso que se hizo un protipo de un sistema capaz de encontrar el Angulo de Arribo de la señal (AoA), este fue hecho con un arreglo lineal de dos antenas y utilizando métodos de diferencia de fases. También, se construyeron curvas de validación de potencia, las cuales guardan información de la potencia media que fue emitida por un avión a una distancia R. Con esas curvas, es posible validar los mensajes de posición enviados mediante ADS-B. El ultimo sistema analizado fue el de multilateración (MLAT), para el cual se estudiaron los diferentes factores que intervienen en su implementación. Estos sistemas permiten obtener la posición del avión emisor a partir de la diferencia de tiempos (TDoAs) entre diferentes receptores. Se hizo un estudio del algoritmo de Chan, de la precisión en función de factores como la sincronización de los relojes y la distancia, de las topologías de despliegue de las antenas y de la cobertura.
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Para ello, se realizo el diseño completo del sistema, abarcando desde la toma de señal hasta la obtención y aplicación de los mensajes. Se hizo la selección de antenas, de amplificadores y de filtros adecuados para esta aplicación. También, se utilizaron Radios Definidas por Software (SDR), que permiten seleccionar los parámetros de la cadena de recepción para optimizar el funcionamiento del radar. Una vez que la señal fue digitalizada y llevada a banda base, se procedió a definir e implementar los bloques necesarios en la cadena de procesamiento, encargada de detectar y decodificar la señal. Se hicieron diferentes implementaciones de procesadores, tanto para software, como para hardware diseñado para ser utilizado en una FPGA. Con los mensajes validados y decodificados, se muestran implementaciones de aplicaciones para ser utilizadas por usuarios y operadores aéreos. En estas aplicaciones se le da importancia a la generación de bases de datos, a la visualización de las aeronaves en tiempo real y a la comunicación de la información, a través de protocolos como ASTERIX, a los controladores aéreos. El sistema fue probado tanto en el laboratorio como en el aeropuerto. En el laboratorio, se hicieron mediciones de desempeño del receptor utilizando un Simulador de Entorno de Radar (RES), que permite crear escenarios aéreos que serían difíciles de encontrar en entornos reales. Ademas, en las pruebas en el aeropuerto, se midió el área de cobertura del receptor, la cual se comprobó que esta limitada por línea de vista (LoS). Asimismo, las mediciones fueron de utilidad para validar los algoritmos desarrollados. Debido a la dependencia del sistema ADS-B con las constelaciones satélites GNSS y a la falta de autenticidad de los mensajes, se creyó necesario estudiar e implementar sistemas que trabajen junto al receptor ADS-B que sirvan de validadores de mensajes y de backup del sistema. Es por eso que se hizo un protipo de un sistema capaz de encontrar el Angulo de Arribo de la señal (AoA), este fue hecho con un arreglo lineal de dos antenas y utilizando métodos de diferencia de fases. También, se construyeron curvas de validación de potencia, las cuales guardan información de la potencia media que fue emitida por un avión a una distancia R. Con esas curvas, es posible validar los mensajes de posición enviados mediante ADS-B. El ultimo sistema analizado fue el de multilateración (MLAT), para el cual se estudiaron los diferentes factores que intervienen en su implementación. Estos sistemas permiten obtener la posición del avión emisor a partir de la diferencia de tiempos (TDoAs) entre diferentes receptores. Se hizo un estudio del algoritmo de Chan, de la precisión en función de factores como la sincronización de los relojes y la distancia, de las topologías de despliegue de las antenas y de la cobertura. Within the scope of aerial surveillance systems, there is a revolutionary technology, ADS-B, for its low costs and versatility. Taking this into account, as well as recent regulations that make this system mandatory, a reception system for ADS-B signals was developed in this dissertation. The aim of this work was to make a functional prototype of an ADS-B receiver and to generate the necessary knowledge to take this model into a commercial system. For this, the complete design of the system was carried out, covering everything from signal capturing to obtaining and applying the messages. Suitable antennas, ampliers and lters for this application were selected. Also, Software-Dened Radios (SDR) were used, which allow to select the parameters of the reception chain to optimize the operation of the radar. Once the signal was digitized and being in its baseband representation, the denition and the implementation of necessary blocks in the processing chain was developed, in order to detect and decode the signal. Dierent implementations of processors were made, both for software and for hardware designed to be used in an FPGA. With validated and decoded messages, implementations of applications are shown to be used by users and air operators. In these applications, importance is given to the generation of databases, to the visualization of aircraft in real time and to the communication of information through protocols such as ASTERIX, to air trac controllers. Owing to the dependence of the ADS-B system with GNSS satellite constellations and the lack of authenticity of the messages, it was considered necessary to study and implement systems that work together with the ADS-B receiver that serve as validators of messages and backup of the system. For this, a prototype of an Angle of Arrival (AoA) system was made with a linear array of two antennas and using phase dierence methods. Also, power validation curves were constructed, which store information of the average power that was emitted by an airplane at a distance R. With these curves, it is possible to validate the position messages sent through ADS-B. The last system analyzed was Multilateration (MLAT), for which the dierent factors that intervene in its implementation were studied. These systems allows the position of the emitting aircraft to be obtained from the Time Dierence of Arrivals (TDoA) among dierent receivers. A study about Chan's algorithm, about precision based on factors such as clock synchronization and distance, on antennas deployment topologies and coverage area was made. 2017-12-20 Tesis NonPeerReviewed application/pdf http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/659/1/Chiesa_Pastor.pdf es Chiesa Pastor, Gianluca (2017) Desarrollo de un sistema de recepción para señales ADS-B. / Developmert of on ADS-B signel reception system. Proyecto Integrador Ingeniería en Telecomunicaciones, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro. http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/659/

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