Antena con seguimiento basado en tracking monopulso

Por fin he tenido algo de tiempo para empezar a esbozar el sistema que comentaba hace un par de posts, y que me servirá de base para profundizar en GNU Octave. Lo que ves en la imagen de portada, corresponde al diagrama de bloques básico de un sistema de seguimiento de satélites basado en tracking monopulso -uno de ellos, porque hay muchos-. ¿Y por qué monopulso? Porque me gusta. Me resulta un sistema realmente elegante, además de ser uno de los sistemas de seguimiento que presenta mejores prestaciones en cuanto a errores de tracking. Pero antes de empezar a describir  lo que vemos en el diagrama, empecemos por comentar brevemente algo sobre monopulso.

Históricamente, los sistemas de seguimiento basados en monopulso se remontan a los orígenes del radar. De ahí el nombre monopulso, pues teóricamente, con un pulso de retorno, el sistema es capaz de extraer toda la información necesaria para establecer con precisión la posición del objetivo.

Hoy en día, el monopulso es uno de los sistemas más utilizados por antenas de apertura de gran diámetro para el seguimiento preciso de satélites. Y es que, a diferencia de los métodos de seguimiento programado (program track), en los que el apuntamiento de la antena se hace a partir de la propagación de la órbita (y por tanto, su precisión dependerá de cómo de buena sea esa propagación), en el tracking monopulso, el sistema es capaz de corregir en tiempo real  la posición de la antena, para minimizar el error de apuntamiento. ¿Elegante verdad? Solo necesitas saber donde va a estar el satélite en un instante determinado, y una vez enganchado (locked) a la señal de downlink, la antena será capaz de seguirlo hasta el infinito y más allá.

Y ahora sí, entrando en materia, lo que nos interesa es tener una idea básica de como funciona este sistema para poder empezar a construir las señales y sus transformaciones en GNU Octave. Como vemos en el diagrama de bloques, el sistema representa un sistema de control en lazo cerrado, en el que distinguimos los siguientes elementos:

Alimentador con capacidad de tracking monopulso (Feed-horn monopulso): este es el núcleo del sistema, pues será el responsable de entregar tanto la señal suma, como las señales diferencia (ΔX, ΔY) necesarias para el correcto funcionamiento del monopulso. Aunque no voy a entrar en detalle sobre cómo se pueden generar estas tres señales a partir de la señal procedente del satélite (cosa que seguramente haga en futuras entradas no relacionadas con esta serie),  podríamos resumir que, tanto ΔX como ΔY serán señales que se generan cuando la antena está desapuntada en azimuth y/o elevación respectivamente, y serán proporcionales a la “cantidad de desapuntamiento”.

Acoplador híbrido a 90º: estas señales de error, en esta implementación, se combinan en cuadratura mediante un acoplador híbrido a 90º. ¿Para qué? Para ahorrarnos un LNA (Low Noise Amplifier). Puesto que ambas señales tienen que llegar de alguna manera al receptor de tracking, el hecho de combinarlas nos permite amplificar una sola señal (que incluye los dos errores).

Combinador monopulso: la señal de error, junto con una muestra de la señal suma (extraída del acoplador direccional) entrarán en este bloque, donde serán procesadas para formar la señal final monopulso que será entregada al receptor de tracking. Hay infinidad de diseños diferentes para este bloque, aunque el que voy a describir aquí se basa en el concepto de tracking monopulso de un canal (los hay de dos o tres canales). El combinador monopulso lo desglosaremos por separado en otra entrada aparte, para ver las transformaciones de la señal dentro del mismo. Así que, por ahora vamos a quedarnos con que a la salida de este bloque tendremos una señal de RF, modulada en amplitud (AM). La envolvente de esa señal de AM, contendrá la información de los errores de apuntamiento ΔX y ΔY.

Conversor de bajada (Down Converter): la señal de Tracking será convertida a frecuencia intermedia (FI) mediante este bloque. Fíjate que, por otro lado, la señal suma de telemetría también será convertida a FI para su demodulación, pero no tiene ninguna función para cerrar el bucle de tracking.

Receptor de tracking: este es otro de los sistemas importantes, y su función es extraer la envolvente de la señal de AM (demodularla) y procesarla para obtener las tensiones  de error  Vx y Vy que serán proporcionales a ΔX y ΔY. ¿Y por qué son importantes estas señales Vx y Vy? Pues porque serán las señales que le digan al  ACU (Antenna Control Unit), cómo tiene que corregir la posición de la antena para que esos errores sean 0 (Vx=Vy=0 V)

Controlador de antena (ACU): este sistema recibirá las tensiones de error del receptor de tracking y generará las señales necesarias hacia los motores (pasando antes por los servo-amplificadores) para que corrijan la posición de apuntamiento.

Como vemos, en este punto se ha cerrado el bucle, así que el sistema reaccionará siempre intentando minimizar las tensiones de error generadas en el alimentador, realizando así el seguimiento al satélite.

Aunque este sistema está muy simplificado, creo que refleja bien sobre lo que vamos a trabajar y poder entender así las transformaciones que tendremos que hacer sobre la señal.

Así que, en un par de entradas más, espero estar jugando ya con Octave.


Nota: esta entrada pertenece a la serie “Aprendiendo GNU Octave, simulando un sistema real”

Estoy por la red…