Printer Friendly

Identification of complementary functions for the satellite ground station of the Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia/Identificacion de funciones complementarias para la estacion terrena satelital de la Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia.

INTRODUCCION

El grupo de investigacion en Informatica, Electronica y Comunicaciones INFELCOM de la Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia Uptc, ha desarrollado desde el ano 2010 trabajos de investigacion relacionados con comunicaciones satelitales y, en particular, en lo que atane al segmento terrestre encargado de recibir las senales provenientes de los satelites. La estacion terrena satelital de la Uptc fue implementada siguiendo el diseno tradicional monolitico, por lo que esta formada esencialmente por cuatro componentes: antenas, mecanismo de posicionamiento, transceptor y modem [1].

Antenas

Una antena es un dispositivo con la capacidad de radiar y capturar ondas electromagneticas, de acuerdo con la funcion que realicen de transmision o recepcion. En el transmisor la antena convierte la energia electrica que contiene la informacion en ondas electromagneticas y en el receptor la antena convierte las ondas electromagneticas en energia electrica, de tal forma que pueda ser interpretada la informacion [2]. La estacion terrena de la Uptc cuenta con dos antenas Yagi, una que opera en la banda de muy alta frecuencia (VHF) y la otra en la banda de ultra alta frecuencia (UHF).

Mecanismo de posicionamiento

El mecanismo de posicionamiento es un sistema que permite ajustar la orientacion de las antenas para poder realizar seguimiento a los satelites. Dichos sistemas de posicionamiento ajustan los angulos de azimut y elevacion.

La elevacion es el angulo requerido para elevar la antena desde el horizonte (90[degrees] en el ecuador), y azimut es el angulo horizontal necesario para hacer girar la antena desde el polo norte geografico hasta encontrar el satelite, tal como se puede ver en la Figura 1. Los valores de estos angulos no son constantes, sino que dependen de la ubicacion geografica de la estacion y la trayectoria seguida por el satelite con que se desea realizar el enlace, este proceso es realizado en la estacion terrena de la Uptc a traves de un rotor de referencia G-5500 de Yaesu y su respectiva unidad de control.

Transceptor

El transceptor es el equipo encargado de trasladar la senal de informacion hacia una portadora con frecuencias de operacion optimas para los radios de enlaces satelitales [1].

Modem

El modem es un dispositivo que, utilizando un esquema de modulacion para senales de radio analogicas, procesa la informacion que se desea transmitir o recibir desde la estacion terrena [1]. En la estacion terrena de la Uptc se cuenta con un equipo que realiza tanto las funciones de modem como las de transceptor para VHF y UHF.

La estacion terrena satelital de la Uptc actualmente ejecuta funciones de seguimiento a satelites de orbita baja y recepcion de senales provenientes de los mismos; sin embargo, para que se pueda establecer un enlace satelital se requiere disponibilidad de satelites a fin de establecer comunicacion con ellos y linea de vista entre la estacion terrena y el satelite. En los trabajos realizados en la Uptc no se ha incursionado en el segmento espacial y por tanto no se cuenta con satelites propios disponibles para establecer enlaces de comunicacion de forma recurrente, entonces el uso de la estacion terrena se ha limitado a la realizacion de seguimientos ocasionales a satelites cuya prediccion de trayectoria coincida con la ubicacion geografica de la estacion, pero dadas las caracteristicas de la infraestructura que posee la estacion terrena satelital Uptc, esta podria ser usada en otras funciones o aplicaciones en tierra. Identificado este problema se realiza el presente trabajo con la finalidad de contribuir a incrementar el porcentaje de uso de la estacion terrena sin que se vean afectadas las funciones satelitales para las cuales fue concebida.

El presente trabajo muestra inicialmente una descripcion de la estacion terrena satelital Uptc; en segundo lugar se presentan las bandas de frecuencia compatibles con la infraestructura existente; acto seguido, se muestran las funciones y alternativas para el uso de la estacion en aplicaciones en tierra; en la seccion siguiente se realiza un analisis de respuesta en frecuencia de las senales que maneja la estacion Uptc; y, finalmente, se entrega la conclusion del trabajo.

Estacion terrena satelital de la Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia

Una estacion terrena satelital es "la parte encargada de establecer comunicacion con una o varias estaciones espaciales; o con una o varias estaciones terrenas, mediante el empleo de uno o varios satelites reflectores" [3]. La estacion terrena satelital de la Uptc, con miras a cumplir la funcion para la cual fue disenada, realiza las funciones que se describen a continuacion:

A. Seguimiento (tracking)

Esta funcion permite establecer la posicion del satelite en su orbita. Usando el sistema de posicionamiento con que cuenta la estacion se orientan las antenas de forma que se tenga linea de vista con el satelite. La estacion terrena de la Uptc utiliza un software de prediccion para establecer la trayectoria de los satelites con respecto a la ubicacion geografica de la estacion [4], y con base en esos datos, realizar los ajustes de orientacion de las antenas.

B. Recepcion de senales

Esta funcion implica la adquisicion de senales provenientes de los satelites en la banda UHF. Para la realizacion de esta funcion la estacion terrena cuenta con una antena Yagi para UHF, un amplificador de bajo ruido y un radio que realiza las funciones de transceptor y modem.

En la revision de antecedentes se encontro que todos los trabajos de investigacion relacionados con la Estacion Terrena Satelital de la Uptc se limitan exclusivamente a las funciones de seguimiento y recepcion de senales provenientes de satelites de orbita baja, los resultados y aspectos mas relevantes de dichos proyectos se encuentran en trabajos como el de Espindola y Mesa [3], quienes plantearon un diseno del sistema de comunicaciones para la estacion terrena y dieron recomendaciones para la fase de implementacion; Espindola, Ferro y Mesa [5] propusieron un software con el proposito de realizar el direccionamiento autonomo de las antenas de dicha estacion empleando tecnicas de inteligencia artificial. No se encuentra evidencia ni recomendaciones para investigaciones futuras en dichos trabajos relacionadas con realizacion de otras funciones desde la estacion terrena de la Uptc.

Bandas de operacion permitidas para la estacion

En Colombia, el Ministerio de las Tecnologias de la Informacion y las Comunicaciones es el ente regulador de todo el sector de las comunicaciones, por tanto se realizo la revision de las bandas de frecuencia que pueden ser usadas de forma libre para fines sin animo de lucro, como el caso del presente proyecto de investigacion, y que se encuentran dispuestas en el Cuadro Nacional de Atribucion de Bandas de Frecuencia (CNABF) en la categoria de radioaficionados, se compararon estas frecuencias legalmente permitidas con las de operacion de las antenas que hacen parte de la estacion terrena de la Uptc, dando como resultado las frecuencias de operacion mostradas en la Tabla 1:
Tabla 1. Rango de frecuencias para operacion de la
estacion terrena Uptc.

Rango de frecuencias         Uso

UHF: 430-440 MHz       Radioaficionados
VHF: 145-148 MHz       Radioaficionados

Fuente: elaboracion propia.


FUNCIONES Y APLICACIONES COMPLEMENTARIAS PARA LA ESTACION TERRENA SATELITAL DE LA UPTC

A partir de una revision documental acerca de estaciones terrenas se identificaron funciones alternativas para el aprovechamiento de este tipo de infraestructuras, monitoreo de senales en bandas UHF o VHF dentro del marco legal aplicable a este tipo de comunicaciones en Colombia.

Con las caracteristicas de los equipos existentes en la estacion terrena satelital Uptc se encontraron funciones y aplicaciones que podrian ser implementadas en tierra para dar un mayor uso a la infraestructura existente, sin dejar de realizar las actividades de seguimiento a satelites para las cuales fue disenada originalmente. Se muestra a continuacion el listado de funciones que actualmente no se ejecutan en la estacion y que contribuirian dar mayor uso a la misma.

Procesamiento

Por procesamiento de datos se entienden habitualmente las tecnicas electricas, electronicas o mecanicas usadas para manipular datos y lograr en ellos una transformacion, en dicha transformacion el sistema de procesamiento convierte al dato en informacion [6]. Teniendo en cuenta que actualmente en la estacion terrena Uptc solo se reciben senales beacom provenientes de los satelites de orbita baja, seria conveniente disenar un sistema de procesamiento para la decodificacion y posterior uso de la informacion, esta funcion seria aplicable tanto para senales provenientes del segmento espacial como para senales en tierra.

Monitoreo

El monitoreo es el proceso continuo de recoleccion y analisis de datos cualitativos y cuantitativos que permite la observacion de un proceso en funcionamiento, examinando el transcurso del mismo por medio de ciertas variables seleccionadas; tiene como proposito descubrir fortalezas o debilidades a fin de establecer lineas de accion, permitiendo brindar correcciones y reorientaciones tecnicas en la ejecucion, con base en los objetivos planteados en un programa o proyecto [7]. La implementacion de esta funcion adicional en la estacion terrena de la Uptc implicaria el desarrollo de un sistema de procesamiento para las senales recibidas y la transmision de las mismas hacia la estacion en las bandas de operacion de la estacion.

Telemando

Utilizacion de las telecomunicaciones para la transmision de senales destinadas a iniciar, modificar o detener el funcionamiento de los dispositivos de un equipo [7]. Dado que no se cuenta con satelite propio o alianzas con instituciones que tengan satelites y permitan la realizacion de operaciones de telemando, no se podrian realizar este tipo de funciones en el segmento satelital, pero si seria posible implementar esta funcion en tierra con otros dispositivos que operen en la banda UHF.

Telemedida

Aplicacion de las telecomunicaciones que permite indicar o registrar automaticamente medidas a distancia del instrumento de medida [7]. Esta funcionalidad adicional se podria implementar tanto para los enlaces satelitales como para enlaces en tierra, requiere el procesamiento de las senales y que la transmision de las mismas se haga en las frecuencias de operacion de la estacion terrena.

Enlaces (voz y datos)

Si se establecen una o varias de las funcionalidades descritas en este item, se puede adicionalmente establecer enlaces (voz y datos) con otras estaciones o centros de procesamiento para compartir la informacion obtenida en la estacion terrena Uptc.

Aplicaciones adicionales para la estacion terrena de la Uptc

Ademas de las funciones complementarias que ya se describieron, el presente trabajo permitio la identificacion de aplicaciones puntuales que podrian ser implementadas para aumentar el porcentaje de uso de la estacion terrena de la Uptc, o podrian usarse para futuros trabajos de investigacion, tales como: telemetria de variables en cultivos, sistemas de comunicacion para personas con audicion deficiente, control de dispositivos inalambricos, telemetria biomedica, monitoreo de sistemas de alarmas y sensores, telemetria y telecontrol de medidores, identificacion automatica de elementos, entre otras.

RESULTADOS DE MEDICION DE RESPUESTA EN FRECUENCIA DE LAS SENALES COMPATIBLES CON LA ESTACION TERRENA UPTC

Con el fin de soportar la seleccion de las aplicaciones adicionales a la infraestructura existente de la estacion terrena satelital Uptc se realizaron mediciones con la ayuda del analizador de espectros, con el proposito de determinar el comportamiento en frecuencia de las senales que pueden ser captadas por las antenas con que cuenta la estacion, en la figura 2 se muestra el espectro en el rango de frecuencias de 430 MHz a 440 MHz.

En el momento de realizar la medicion se utilizo el transceptor kenwood TM-D700 con que cuenta la estacion sintonizado a una frecuencia de 437.05 MHz, en la figura 2 se observa que en esta frecuencia la potencia de la senal tiene mayor intensidad reflejada en una potencia de -28.51 dBm.

Con la ayuda de la funcion de espectrograma con que cuenta el analizador de espectros tektronix RSA306 con el que se realizaron las medidas es posible visualizar la existencia de otras dos senales captadas por la estacion, en la figura 3 se muestra el espectrograma en el cual se puede observar al lado izquierdo del marcador MR las dos senales captadas de menor potencia.

DISCUSION

El presente trabajo tiene como objetivo principal la identificacion de funciones o aplicaciones alternativas para la estacion terrena de la Uptc con miras a darle un mayor tiempo o porcentaje de uso a la misma, y se encontraron funciones complementarias y aplicaciones en tierra que se pueden implementar con la infraestructura existente.

Con base en la respuesta en frecuencia producto de las mediciones realizadas sobre la banda UHF, se infiere que la estacion puede funcionar perfectamente como estacion de monitoreo o radio base para aplicaciones que transmitan en el rango de frecuencias comprendidas entre los 430 y los 440 MHz.

El valor agregado del presente trabajo radica en la identificacion de nuevas funcionalidades para una estacion terrena de seguimiento a satelites, pero sin dejar de realizar las tareas para las cuales fue disenada e implementada originalmente, en la revision de antecedentes se encontro que trabajos como el de Espindola, Nonsoque y Molano [4], Salas et al. [8], Perez y Hernandez [9], entre otros, dan cuenta del uso de las estaciones terrenas exclusivamente para seguimiento a satelites; sin embargo, Garcia y Rivera [10], Gonzalez [11], Aparicio y otros [12] exploran la posibilidad de usar las estaciones terrenas en aplicaciones de telemetria y telemedicina.

La aplicabilidad de la estacion terrena se podria ampliar en gran medida, y el presente trabajo da una vision de los trabajos que se podrian realizar para explotar al maximo el potencial de la infraestructura, no solo de la estacion terrena satelital de la Uptc sino de todas las estaciones que hayan sido construidas usando el modelo tradicional monolitico.

CONCLUSIONES

El presente trabajo describe la infraestructura de la estacion terrena satelital de la Uptc, bandas de operacion y funciones que realiza la misma actualmente, a partir de la necesidad de dar un mayor uso a dicha estacion se realizo el analisis de la banda de frecuencias de 430MHZ a 440 MHz y se obtuvo una respuesta positiva en cuanto a los niveles de potencia que puede captar la estacion y se concluye que la infraestructura existente puede ser utilizada con sistemas que utilicen frecuencias de portadora que esten en la banda de UHF.

De igual forma, el analisis realizado permitio identificar funciones y aplicaciones adicionales que se pueden llegar a implementar para aprovechar de manera mas eficiente la infraestructura de la estacion terrena satelital Uptc. Como proyecto a corto plazo, se implementara el sistema de monitoreo desde la estacion terrena de las senales provenientes de un sistema de sensores de variables meteorologicas.

REFERENCIAS

[1] Vera, O. Analisis de desempeno del protocolo AX.25 en el enlace de la estacion terrena satelital Uptc. Tesis de maestria, Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia, Tunja, 2015.

[2] Tomasi, W. Sistemas de comunicaciones electronicas. Phoenix, Arizona: Pearson Education, 2003. 948 pp.

[3] Espindola J. y Mesa J., "Implementacion de estacion terrena para seguimiento a picosatelites de orbita LEO", Ventana Informatica, vol 26, 2012, p. 77-91.

[4] Nonsoque, C., Molano J. y Espindola, J. "Montaje e implementacion de una estacion terrena satelital para el seguimiento de satelites de orbita baja". Tenth LACCEI Latin American and Caribbean Conference--International Competition of Student Posters and Papers (LACCEI'2012), Jul. 23-27, 2012.

[5] J. E. Espindola Diaz, R. Ferro Escobar, y J. A. Mesa Lara, "Direccionamiento automatico de antenas en estaciones terrenas de seguimiento a picosatelites," Tecnura, vol. 17, no. 35, pp. 26-37, 2013. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.tecnura.2013.1.a02

[6] Munoz J., Castaneda J. y Ruiz G., Diseno e Implementacion de un Controlador de Temperatura y Monitoreo de Senales para la automatizacion de equipos de refrigeracion. Tesis de Ingenieria electronica, Facultad de Ingenieria, Universidad de San Buenaventura, Bogota, D.C., Colombia, 2006.

[7] Cuellar G. Aspectos tecnicos de los sistemas de informacion. Universidad del Cauca, S.f. [En linea]. Disponible en: <http://fccea.unicauca.edu.co/old/procesamiento.htm.>

[8] Salas, M. et al. "Nueva Estacion Terrena para seguimiento de satelites LEO". Actas del XXIII Simposium Nacional de la Union Cientifica Internacional de Radio (URSI), 2008, De 22-24 Septiembre de 2008.

[9] Perez, O. y Hernandez, M. "Diseno e Implementacion de una estacion terrena en la Unipanamericana Bogota para seguimiento de Satelites en la banda de Radioaficionados". III Simposio Nacional y II Internacional de investigacion y emprendimiento, 12 pp., 2014.

[10] Garcia, D. y Rivera, H. Diseno del sistema de comunicaciones de la estacion terrena sede Neiva Cubesat UD. Tesis de Ingenieria electronica, Facultad de Ingenieria, Universidad Surcolombiana, Neiva, Colombia, 2007

[11] Gonzalez, R. Propuesta para el calculo de un enlace en un sistema de comunicacion satelital (SCPC- FDMA) utilizando el estandar ATSC para aplicaciones en Telemedicina. Tesis de Maestria, Instituto Politecnico Nacional, 2009.

[12] Aparicio, L., Cerquera y Perez, C. Diseno, simulacion e implementacion de una estacion terrena cubesat UD-USCO. Convenio de cooperacion academica Universidad Surcolombiana-Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas, Neiva, 2014

Maria Paula Maury Atencia (1) Oscar Fernando Vera Cely (2)

Para citar este articulo: Maury, P. y Vera, O. (2017). Identificacion de funciones complementarias para la estacion terrena satelital de la Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia. Revista Redes de Ingenieria. 8(1), 29-35, doi: https://doi.org/10.14483/2248762X.11177.

Recibido: 16-noviembre-2016 / Aprobado: 9-junio-2017

(1.) Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia. Correo electronico: maria.maury@uptc.edu.co

(2.) Universidad Pedagogica y Tecnologica de Colombia. Correo electronico: oscar.vera@uptc.edu.co

Caption: Figura 1. Angulos de elevacion y azimut. Fuente: elaboracion propia.

Caption: Figura 2. Respuesta en frecuencia en la banda UHF Fuente: elaboracion propia.

Caption: Figura 3. Espectograma de la banda UHF. Fuente: elaboracion propia.
COPYRIGHT 2017 Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2017 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Author:Atencia, Maria Paula Maury; Cely, Oscar Fernando Vera
Publication:Redes de Ingenieria
Date:Jan 1, 2017
Words:2876
Previous Article:Quality of service schemes in Li-Fi networks focus on 5th generation environments/Esquemas de calidad de servicio en redes Li-Fi enfocados en...
Next Article:Monitoring system of environmental pollution powered by photovoltaic solar energy for a bus station/Sistema de monitorizacion de contaminacion...
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2019 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters