Implementación de un control automático para el sistema de recepción y grabación de datos satelitales en la estación Cotopaxi del CLIRSEN

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(1)i. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. IMPLEMENTACIÓN DE UN CONTROL AUTOMÁTICO PARA EL SISTEMA DE RECEPCIÓN Y GRABACIÓN DE DATOS SATELITALES EN LA ESTACIÓN COTOPAXI DEL CLIRSEN. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL. ANDREA CARLOTA DÍAZ GUASGUA [email protected] LUIS EDUARDO GARCÉS CALDERÓN [email protected]. DIRECTOR: ING. MAURICIO ROLANDO MUÑOZ CUEVA [email protected]. CODIRECTOR: DR. LUIS ANIBAL CORRALES PAUCAR, PhD [email protected]. Quito, Diciembre 2011.

(2) ii. DECLARACIÓN. Nosotros, Andrea Carlota Díaz Guasgua, Luis Eduardo Garcés Calderón, declaramos bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. ______________________ Andrea Carlota Díaz Guasgua. ___________________ Luis Eduardo Garcés Calderón.

(3) iii. CERTIFICACIÓN. Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Andrea Carlota Díaz Guasgua y Luis Eduardo Garcés Calderón, bajo nuestra supervisión.. ________________________ Ing. Mauricio Muñoz DIRECTOR DEL PROYECTO. ________________________ Dr. Luis Corrales CODIRECTOR DEL PROYECTO.

(4) iv. AGRADECIMIENTO. A CLIRSEN por haber contribuido y apoyado en el desarrollo del proyecto. A los ingenieros de planta de la estación Cotopaxi por brindarnos su apoyo. y. asesoramiento. Un agradecimiento especial al Ing. Mauricio Muñoz, director de nuestra tesis.. A. todos los miembros de mi familia por apoyarme durante toda mi vida y. constituir mi ejemplo, aliento y pilar para seguir adelante en mis proyectos de vida.. Al Dr. Luis Corrales por brindarnos sus consejos y establecer prioridades dentro de la realización del proyecto.. A la Escuela Politécnica Nacional por formarme como profesional.. A mis amigas y amigos por ser incondicionales y brindarme su apoyo.. Un agradecimiento especial al Dr. Mafla por su asesoramiento en el manejo de sistemas Unix y Linux y a todas las personas que directamente o indirectamente contribuyeron en la realización del proyecto.. Andrea Díaz G..

(5) v. AGRADECIMIENTO. Este proyecto es el resultado del esfuerzo conjunto con mi compañera de tesis Andrea Díaz con quien pude trabajar en armonía y llegamos a alcanzar muchos logros, con quien estoy muy agradecido al igual que con el personal de la Estación Terrena Cotopaxi CLIRSEN, quienes nos brindaron todo el apoyo que requerimos, y finalmente le agradezco a nuestro director de tesis quién creyó en nosotros y nos ayudó en todo momento, Ing. Mauricio Muñoz.. Luis Garcés.

(6) vi. DEDICATORIA. A mis padres, hermanas, abuelita que han estado conmigo y apoyado incondicionalmente y a todas aquellas personas que forman parte de mi vida.. Andrea Díaz G..

(7) vii. DEDICATORIA. La realización de este proyecto está dedicada a mis padres, que han sido gran ejemplo de tenacidad y lucha insaciable a lo largo de mi vida y siempre han velado por mi bienestar y educación siendo mi apoyo en todo momento. También dedico este proyecto a mi esposa, compañera inseparable que me dió fuerzas en momentos de decline y cansancio. A ellos este proyecto, que sin ellos, no hubiese podido ser.. Luis Garcés.

(8) viii. CONTENIDO. DECLARACIÓN ...................................................................................................... ii CERTIFICACIÓN ................................................................................................... iii CONTENIDO ........................................................................................................ viii RESUMEN ............................................................................................................ xv PRESENTACIÓN ................................................................................................ xvii CAPÍTULO 1 .......................................................................................................... 1 ANÁLISIS DE LA RECEPCIÓN Y GRABACIÓN SATELITAL.............................. 1 1.1. ANTECEDENTES ..................................................................................... 1. 1.2. INTRODUCCIÓN A LA RECEPCIÓN Y GRABACÍON SATELITAL ................ 1 1.2.1.. PASE SATELITAL ..................................................................................... 3. 1.3.. SUBSISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS (DAS)............................... 3. 1.3.1.. ANTENA ............................................................................................. 4. 1.3.2.. CONSOLA DE CONTROL 3842 ......................................................... 4. 1.3.3.. GENERADOR DE TIEMPO ................................................................ 5. 1.3.4.. ANALIZADOR DE ESPECTROS ........................................................ 5. 1.3.5.. UNIDAD DE DISTRIBUCION (IF DISTRIBUTION UNIT 924-7) ......... 5. 1.3.6.. MODULADOR 924-6 .......................................................................... 6. 1.3.7.. DEMODULADOR 924-2 ..................................................................... 6. 1.3.8.. SINCRONIZADOR DE BITS (BIT SYNCHRONIZER SIGNAL. CONDITIONER - BSSC) 924-2 .............................................................................. 6 1.3.9.. RECEPTOR DE TELEMETRIA 930 ................................................... 6. 1.3.10.. CONVERTIDOR 924-3 ....................................................................... 7. 1.3.11.. OSCILADOR LOCAL (CCU) 924-5..................................................... 7. 1.3.12.. TRANSMISOR DE BANDA-X BORESIGHT ....................................... 7.

(9) ix. 1.4.. SUBSISTEMA DE PROCESAMIENTO MÚLTIPLE DE DATOS (MDPS) . 8. 1.4.1.. SERVIDOR DE INGESTIÓN .............................................................. 8. 1.4.1.1.. ESTACIÓN DE TRABAJO INDY ........................................................ 8. 1.4.1.2.. CATALOGO DE Q/L DE PASES SATELITALES................................ 9. 1.4.2.. COMPAQ PROSIGNIA 500 SERVER ................................................ 9. 1.4.2.1.. PC DE PROCESAMIENTO SACC ..................................................... 9. 1.5.. PROCEDIMIENTOS PREVIOS, DURANTE Y POSTERIORES A LA. TOMA DE UN PASE SATELITAL .......................................................................... 9 1.5.1.. INGRESO Y OBTENCIÓN DE DATOS ORBITÁLES ......................... 9. 1.5.1.1.. ARCHIVOS TLE (TWO LINE ELEMENTS) ...................................... 10. 1.5.2.. EJECUCIÓN DE LAS PRUEBAS PRE-PASE .................................. 10. 1.5.3.. CONFIGURACIÓN DE LOS EQUIPOS ............................................ 10. 1.5.3.1.. ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL SACC ............................................... 11. 1.5.3.2.. ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL LANDSAT, SPOT, ERS ................... 12. 1.5.4.. ACTIVIDADES POSTERIORES AL PASE ...................................... 13. 1.6.. MODULACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK) ................... 13. 1.6.1.. MODULACIÓN BPSK ....................................................................... 14. 1.6.2.. MODULACIÓN QPSK ...................................................................... 16. CAPITULO 2 ........................................................................................................ 18 ANÁLISIS DE LOS EQUIPOS Y SUS INTERFACES DE COMUNICACIÓN ..... 18 2.1.. EQUIPOS DE MEDICIÓN ...................................................................... 18. 2.1.1.. ANALIZADOR DE ESPECTROS ...................................................... 18. 2.1.1.1.. ACCESO REMOTO .......................................................................... 19. 2.1.1.1.1.. CABLE PARA LA COMUNICACIÓN GPIB ....................................... 19. 2.1.1.1.2.. CONFIGURACIÓN PARA LA COMUNICACIÓN .............................. 20. 2.1.1.1.3.. COMANDOS PARA COMUNICACIÓN REMOTA ............................ 20. 2.2.. EQUIPOS DE CONTROL REMOTO ....................................................... 20.

(10) x. 2.2.1.. CONSOLA DE CONTROL ................................................................ 20. 2.2.1.1.. MODOS DE OPERACIÓN ................................................................ 22. 2.2.1.1.1.. *STAND BY ...................................................................................... 22. 2.2.1.1.2.. *SLEW .............................................................................................. 23. 2.2.1.1.3.. *MANUAL POSITION ....................................................................... 23. 2.2.1.1.4.. *SLAVE ............................................................................................. 23. 2.2.1.1.5.. *STOW ............................................................................................. 23. 2.2.1.1.6.. REMOTE .......................................................................................... 23. 2.2.1.1.7.. TYPE - 1 ........................................................................................... 23. 2.2.1.1.8.. SCAN................................................................................................ 24. 2.2.1.2.. CONTROLES DE AUTOSEGUIMIENTO ......................................... 24. 2.2.1.2.1.. AUTO (EL - AZ) ................................................................................ 24. 2.2.1.2.2.. RATE MEMORY ............................................................................... 24. 2.2.1.2.3.. AUTO DIVERSITY ............................................................................ 24. 2.2.1.2.4.. ACQUIRE LEVEL ............................................................................. 24. 2.2.1.2.5.. CH1/CH2 .......................................................................................... 25. 2.2.1.3.. ACCESO REMOTO .......................................................................... 25. 2.2.1.3.1.. CABLE PARA LA COMUNICACIÓN RS-232C ................................. 25. 2.2.1.3.2.. CONFIGURACIÓN PARA LA COMUNICACIÓN .............................. 26. 2.2.1.3.3.. COMANDOS PARA COMUNICACIÓN REMOTA ............................ 29. 2.2.1.3.4.. FORMATO DE ENVÍO DE COMANDOS .......................................... 30. 2.2.2.. DETECTOR DEL SENTIDO DE GIRO ............................................. 30. 2.2.2.1.. DISEÑO DEL CIRCUITO .................................................................. 31. 2.2.3.. GENERADOR DE TIEMPO .............................................................. 35. 2.2.3.1.. ACCESO REMOTO .......................................................................... 35. 2.2.3.1.1.. CABLE PARA LA COMUNICACIÓN RS-232C ................................. 36. 2.2.3.1.2.. CONFIGURACIÓN PARA LA COMUNICACIÓN .............................. 36.

(11) xi. 2.2.3.1.3.. COMANDOS PARA COMUNICACIÓN REMOTA ............................ 37. 2.2.4.. DEMODULADOR ............................................................................. 37. 2.2.4.1.. ACCESO REMOTO .......................................................................... 38. 2.2.4.1.1.. CABLE PARA LA COMUNICACIÓN RS-232C ................................. 38. 2.2.4.1.2.. CONFIGURACIÓN PARA LA COMUNICACIÓN .............................. 38. 2.2.4.1.3.. COMANDOS PARA COMUNICACIÓN REMOTA ............................ 39. 2.2.5.. SINCRONIZADOR DE BITS (BSSC)................................................ 40. 2.2.5.1.. ACCESO REMOTO .......................................................................... 40. 2.2.5.1.1.. CABLE PARA LA COMUNICACIÓN RS-232C ................................. 41. 2.2.5.1.2.. CONFIGURACIÓN PARA LA COMUNICACIÓN .............................. 41. 2.2.5.1.3.. COMANDOS PARA COMUNICACIÓN REMOTA ............................ 41. 2.2.6.. SINCRONIZADOR DE BITS DEL SAC-C......................................... 42. 2.2.6.1.. ACCESO REMOTO .......................................................................... 42. 2.2.6.1.1.. CABLE PARA LA COMUNICACIÓN RS-232 ................................... 42. 2.2.6.1.2.. CONFIGURACIÓN PARA LA COMUNICACIÓN .............................. 43. 2.2.6.1.3.. COMANDOS PARA COMUNICACIÓN REMOTA ............................ 43. 2.2.7.. RECEPTOR DE TELEMETRIA ........................................................ 44. 2.2.7.1.. ACCESO REMOTO .......................................................................... 44. 2.2.7.1.1.. CABLE PARA LA COMUNICACIÓN RS-232C ................................. 45. 2.2.7.1.2.. CONFIGURACIÓN PARA LA COMUNICACIÓN .............................. 45. 2.2.7.1.3.. COMANDOS PARA COMUNICACIÓN REMOTA ............................ 45. 2.2.7.1.4.. FORMATO DE ENVÍO DE COMANDOS .......................................... 46. 2.2.8.. OSCILADOR LOCAL (CCU) ............................................................. 47. 2.2.8.1.. ACCESO REMOTO .......................................................................... 48. 2.2.8.1.1.. CABLE PARA LA COMUNICACIÓN RS-232C ................................. 48. 2.2.8.1.2.. CONFIGURACIÓN PARA LA COMUNICACIÓN .............................. 48. 2.2.8.1.3.. COMANDOS PARA COMUNICACIÓN REMOTA ............................ 48.

(12) xii. 2.2.8.1.4. 2.3.. FORMATO DE ENVÍO DE COMANDOS .......................................... 49. EQUIPO PARA PRUEBAS ..................................................................... 49. 2.3.1.. BORESIGHT..................................................................................... 50. 2.3.2.. DISEÑO DEL CONTROL DEL BORESIGHT ................................... 51. 2.3.2.1.. DISEÑO DEL CIRCUITO INGA CORRAL ........................................ 52. 2.3.2.2.. DISEÑO DEL CIRCUITO EN LA ESTACIÓN COTOPAXI ................ 60. 2.4.. SERVIDORES DE INGESTION .............................................................. 65. 2.4.1.. SERVIDOR DE INGESTION SACC ................................................. 65. 2.4.2.. SERVIDOR DE INGESTION LS-5, SPOT, ERS. .............................. 65. 2.4.2.1.. ACCESO REMOTO .......................................................................... 65. 2.4.2.1.1.. TELNET ............................................................................................ 66. 2.5.. INTERFACES SERIALES ....................................................................... 66. 2.5.1.. RS-232 ............................................................................................. 66. 2.5.1.1.. ESPECIFICACIÓN MECÁNICA........................................................ 67. 2.5.1.2.. ESPECIFICACIÓN ELÉCTRICA ...................................................... 67. 2.5.1.3.. ESPECIFICACIÓN FUNCIONAL ...................................................... 67. 2.6. 2.6.1.. INTERFACES PARALELOS ................................................................... 69 GPIB-IEEE 488 ................................................................................. 69. CAPITULO 3. ....................................................................................................... 72 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL CONTROL DEL SISTEMA Y SU INTERFAZ GRÁFICA ............................................................................................................. 72 3.1.. DEFINICIÓN DE LA ARQUITECTURA DE COMUNICACIÓN ................ 72. 3.2.. DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE AUXILIAR UTILIZADO ..................... 74. 3.2.1.. SATBUSTER .................................................................................... 74. 3.2.1.1.. CONFIGURACIÓN DEL SATBUSTER ............................................. 75. 3.2.1.2.. GENERACIÓN DE ÁNGULOS ......................................................... 77. 3.2.2.. LOGMEIN ......................................................................................... 80.

(13) xiii. 3.3.. PROGRAMAS DE CONTROL DE LOS CIRCUITOS ADICIONALES ..... 81. 3.3.1.. DETECCIÓN DEL SENTIDO DE GIRO ............................................ 81. 3.3.2.. CONTROL DEL BORESIGHT – INGA CORRAL.............................. 82. 3.3.3.. CONTROL DEL BORESIGHT – ESTACIÓN .................................... 84. 3.4. 3.4.1. 3.5.. DESARROLLO DE INTERFAZ HOMBRE MÁQUINA (HMI) ................... 86 ACCESO A LA INTERFAZ GRÁFICA .............................................. 87 LÓGICA DE PROGRAMACIÓN DEL SOFTWARE Y DESCRIPCIÓN DE. PANTALLAS......................................................................................................... 91 3.5.1.. SUBRUTINAS DE EJECUCIÓN PERMANENTE ............................. 92. 3.5.1.1.. SUBRUTINA “RELOJ” ...................................................................... 92. 3.5.1.2.. SUBRUTINA “ANALIZADOR DE ESPECTROS” .............................. 93. 3.5.1.3.. SUBRUTINA “CONTROL DE BOTONES PRINCIPALES” ............... 96. 3.5.2.. SUBRUTINAS DE EJECUCIÓN EN MODO MANUAL.......................... 101. 3.5.2.1.. SUBRUTINA “RECEPTOR DE TELEMETRÍA” .............................. 102. 3.5.2.2.. SUBRUTINA “CCU” ........................................................................ 103. 3.5.2.3.. SUBRUTINA “DEMODULADOR” ................................................... 104. 3.5.2.4.. SUBRUTINA “BORESIGHT”........................................................... 106. 3.5.2.5.. SUBRUTINA “CONSOLA DE CONTROL”...................................... 108. 3.5.2.6.. SUBRUTINA “BSSC SAC-C” .......................................................... 115. 3.5.2.7.. SUBRUTINA “SENTIDO DE GIRO”................................................ 117. 3.5.3.. SUBRUTINAS DE EJECUCIÓN DE MODO AUTOMÁTICO................. 119. 3.5.3.1.. SUBRUTINA ANTERIOR A LA RECEPCIÓN AUTOMÁTICA ........ 119. 3.5.3.2.. SUBRUTINA DURANTE LA RECEPCIÓN AUTOMÁTICA ............. 121. 3.5.3.3.. SUBRUTINA DE LA INTERFAZ DE VISUALIZACIÓN MODO. AUTOMÁTICO ................................................................................................... 123 3.6.. LISTADO DE MATERIALES Y PRESUPUESTO REFERENCIAL ........ 125. 3.7.. COSTO DE OTROS SISTEMAS SIMILARES ....................................... 126.

(14) xiv. CAPITULO 4 ...................................................................................................... 127 PRUEBAS Y RESULTADOS ............................................................................. 127 4.1.. INSTALACIÓN FÍSICA DE LAS INTERFACES DE COMUNICACIÓN . 127. 4.2.. INSTALACIÓN DE CIRCUITOS ADICIONALES ................................... 128. 4.3.. PRUEBAS DE PUESTA EN MARCHA DEL HMI .................................. 130. 4.3.1.. MODO MANUAL............................................................................. 131. 4.3.2.. MODO AUTOMÁTICO.................................................................... 141. 4.4.. ACCESO A TRAVÉS DE INTERNET.................................................... 146. CAPITULO 5 ...................................................................................................... 149 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................... 149 5.1.. CONCLUSIONES.................................................................................. 149. 5.2.. RECOMENDACIONES ......................................................................... 151. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 153 ANEXOS ............................................................................................................ 156 MANUAL DEL USUARIO ........................................ ¡Error! Marcador no definido..

(15) xv. RESUMEN El proyecto de titulación presentado en las siguientes páginas consiste en un control automático para el sistema encargado de la recepción y grabación de los datos satelitales en la estación Cotopaxi del CLIRSEN (Centro de Levantamientos Integrados de Recursos Naturales por Sensores Remotos), ubicada en la provincia del Cotopaxi, Panamericana Sur, camino a la entrada del parque Nacional “El Boliche”.. CLIRSEN nace en el año de 1977, con el objetivo principal de recopilar información de los recursos naturales del Ecuador; dos décadas antes de su creación, la NASA (Agencia Nacional para la Aeronáutica y el Espacio de Estados Unidos) fue la encargada de la instalación de la estación, de seguimiento y control de misiones espaciales en las faldas del volcán Cotopaxi, en 1982 la NASA transfiere las instalaciones al Gobierno Ecuatoriano que a su vez las pone a cargo del CLIRSEN, y en el año 1989 la estación fue transformada en una estación receptora, grabadora y procesadora de datos satelitales.. Para llevar a cabo la implementación del sistema, se estudió la manera más apropiada de realizar la comunicación para la operación remota de cada uno de los equipos: consola de auto seguimiento (y detector de la posición de la antena), receptores de telemetría, analizador de espectros, reloj GPS, demoduladores, sincronizadores de bits, Boresight, oscilador local (CCU) y los sistemas de ingestión de datos. La interfaz adoptada, en casi la totalidad de los equipos, fue comunicación serial. El formulario de programación para la recepción satelital, el acceso a las computadoras de ingestión (término técnico utilizado para describir el proceso de almacenamiento de información en medios físicos), y la configuración de IP’s y puertos de comunicación están incluidos dentro de la interfaz Hombre – Máquina (HMI), el cual ha sido desarrollado en lenguaje gráfico mediante el software LabVIEW..

(16) xvi. La integración de los equipos se realizó por medio de una tarjeta PCI que concentra ocho puertos seriales. El computador utilizado está únicamente dedicado a este sistema de control automático, que permite el monitoreo y control de los mismos por medio del software. Los sistemas de ingestión, que se encuentran dentro de la red local, se integraron al sistema automático mediante el protocolo de red TELNET, también automatizados mediante el HMI desarrollado en LabVIEW.. Dentro de la interfaz, el operador puede trabajar en modo manual o automático con los equipos, el acceso puede realizarse de modo remoto o local. El acceso remoto al computador dedicado se realiza a través del software LogMeIn, el cual permite tener el control del computador a manera de escritorio remoto, utilizando el internet. Adicionalmente, el HMI posee alarmas, almacena datos históricos y provee un acceso a los usuarios mediante contraseñas..

(17) xvii. PRESENTACIÓN El presente proyecto de titulación “Implementación de un control automático para el sistema de recepción y grabación de datos satelitales en la Estación Cotopaxi del CLIRSEN” monitorea y controla automáticamente, de manera remota, el sistema encargado de la recepción y grabación de los datos satelitales en la estación terrena Cotopaxi.. El Primer Capítulo hace referencia al estudio del sistema, los subsistemas que lo componen, sus partes y los procedimientos que se realizan previamente, durante y posterior a la toma de un pase satelital.. El Segundo Capítulo abarca una descripción más detallada sobre los equipos y sus interfaces de comunicación, tanto en hardware como en software, para satisfacer los requerimientos para la automatización. Además, presenta el diseño de los circuitos adicionales necesarios. La selección de la interfaz de comunicación, se realiza tomando como referencia las ventajas económicas, requerimientos de velocidad y facilidad de acceso a las mismas por medio del HMI.. El Tercer Capítulo muestra el diseño de una plataforma de integración para el control automático del sistema, para lo cual se presenta la arquitectura de comunicación y desarrollo de la interfaz gráfica, así como también diagramas de flujos de la lógica de la plataforma de integración, la cual se dividió en dos partes principales modo manual y modo automático.. El Cuarto Capítulo presenta las pruebas y resultados obtenidos de la puesta en marcha del sistema automático de recepción y grabación de datos satelitales.. El Quinto Capítulo hace referencia a las conclusiones y recomendaciones que se presentan una vez desarrollado el proyecto..

(18) 1. CAPÍTULO 1 DEDE LALA RECEPCIÓN Y GRABACIÓN 1. ANÁLISIS ANÁLISIS RECEPCIÓN Y GRABACIÓN SATELITAL 1.1. ANTECEDENTES. La Estación Cotopaxi, que tiene como objetivo receptar, almacenar y procesar datos de los satélites para observación de la Tierra de las Agencias Espaciales con las cuales mantiene convenios, requiere un sistema (software y hardware) de control automático con capacidad de acceso remoto vía red Ethernet, instalado en un computador local de la Estación que permita el manejo programado de los equipos y software necesarios para la recepción y grabación de los pases satelitales. El control automático del sistema de control de recepción y grabación pretende optimizar el proceso de recepción y grabación, ya que el sistema automático suple al operador, por tanto las posibles fallas que pueda tener un operador, el control automático no las va a tener, mejorando así la calidad de los datos a procesarse. A continuación se presentan los fundamentos de la recepción y grabación satelital.. 1.2. INTRODUCCIÓN A LA RECEPCIÓN Y GRABACÍON SATELITAL La Estación Cotopaxi recepta y almacena datos de los satélites de órbita baja (LEO Low Earth Orbiting satellites), que sirven para observación de la Tierra y sus recursos naturales. Actualmente, se reciben datos de los satélites SAC-C (argentino) y Landsat-5 (USGS-USA).. El sistema de recepción, grabación y procesamiento de los datos tiene dos subsistemas:.

(19) 2. Subsistema de adquisición de datos (DAS)1. Subsistema de procesamiento múltiple de datos (MDPS)2.. El diagrama funcional en bloques de la estación se muestra en la Figura 1.1.. Figura 1.1. Sistema de recepción satelital 1 2. Sistema de adquisición de datos (Data, Acquisition System) Sistema de procesamiento de múltiples datos (Multiple data processing system).

(20) 3. La antena recibe las señales de radio frecuencia en el rango de 8025 a 8400 MHz y provee señales de seguimiento y datos para los equipos de control y captura de datos. Las señales de datos son enviadas hacia el demodulador y sincronizadores de bits para obtener datos que se almacenan en un arreglo de discos SCSI. Las señales de seguimiento se usan para generar un error angular y un error DC en voltaje para manejar los servos del movimiento de la antena. Este sistema trabaja en lazo cerrado, lo cual permite que la antena esté continuamente apuntando hacia el satélite objetivo durante la operación de auto seguimiento.. La descripción de los equipos. y su función. en la recepción de información. satelital, se ampliará en las siguientes líneas.. 1.2.1. PASE SATELITAL. Un pase satelital constituye el período de tiempo en que un satélite transmite telemetría dentro del alcance de cobertura de la antena de una estación de adquisición de datos, como lo es la Estación Cotopaxi. .. 1.3. SUBSISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS (DAS) El subsistema de adquisición de datos (DAS) consiste de una antena parabólica de seguimiento más los respectivos Demoduladores, Sincronizadores de Bit/Acondicionadores de Señal - BSSCs, para recepción de datos de los diferentes satélites. Incluye también equipos de prueba, como el Boresight y un Modulador RF1 de datos PRBS2 que permite pruebas de lazo cerrado de la antena y el equipo de recepción para verificar la integridad del sistema DAS y como ayuda en el diagnóstico y mantenimiento del sistema. La operación del DAS es manual y está bajo control del operador.. El DAS está constituido por las siguientes partes: 1 2. Radio frecuencia (Radio Frequency) Secuencia pseudo aleatoria binaria (Pseudorandom Binary Sequence).

(21) 4. 1.3.1.. ANTENA. Antena parabólica de seguimiento de 10 metros de Scientific-Atlanta Inc. con electrónica asociada para la recepción de señales de bajada de radio frecuencia en Banda-X en el rango de 8025 a 8400 MHz con una cobertura de aproximadamente 2500 kilómetros de radio, La ubicación de la antena en la estación Cotopaxi permite un área de cobertura que incluye 25 países del Centro, Sudamérica y El Caribe.. Banda-X es una parte de la región de microondas del espectro electromagnético que van desde 8 a 12 GHz.. La antena se controla a través de una consola, mientras que el sistema de potencia para el control de su movimiento es un convertidor trifásico de cuatro cuadrantes, que consta de dos puentes, éstos contienen doce SCRs, encargados de la generación de las ondas para el control bidireccional de los motores de la antena. (ANEXO 1) .. 1.3.2.. CONSOLA DE CONTROL 3842. Consola Análogo/Digital que permite el encendido y el movimiento en los 3 ejes de la antena de 10 m (elevación, azimut e inclinación (tilt)), así como también las operaciones de auto seguimiento (auto-tracking).. Figura 1.2. Ángulos de elevación y azimut.

(22) 5. Elevación El ángulo de elevación indica la inclinación de la antena con respecto al plano horizontal para orientarla hacia el satélite.. Azimut El ángulo de azimut es el ángulo horizontal al que hay que girar el eje de la antena, desde el polo norte geográfico terrestre hasta encontrar el satélite.. Inclinación Este ángulo se utiliza generalmente para evitar la pérdida de la señal de seguimiento cuando la posición del satélite sea mayor a 87º en elevación. La antena se mueve máximo 2,46º en la dirección este u oeste.. 1.3.3.. GENERADOR DE TIEMPO. Receptor de. tiempo y frecuencia de alta precisión Symmetricom’s XL-GPS,. indispensable para el posicionamiento de la antena a la hora exacta UTC1 para la recepción de un pase satelital.. 1.3.4.. ANALIZADOR DE ESPECTROS. Equipo de medición electrónica que permite visualizar el espectro de frecuencias que recibe a través de sus entradas.. 1.3.5.. UNIDAD DE DISTRIBUCION (IF2 DISTRIBUTION UNIT 924-7). Unidad que recibe y corrige la amplitud de las señales de IF de datos y de tracking que vienen de la antena vía cable coaxial y las distribuye a los equipos de datos y de tracking.. 1 2. Tiempo Universal Coordinado (Universal Time Coordinated) Frecuencia Intermedia (Intermediate frequency).

(23) 6. 1.3.6.. MODULADOR 924-6. Equipo que sirve para modular una señal de RF con los datos PRBS generados en el RPS1 y así poder realizar pruebas de lazo cerrado. Estas pruebas determinan que el camino de los datos y tracking se encuentre sin problemas y que los datos receptados sean almacenados correctamente.. 1.3.7.. DEMODULADOR 924-1. Esta unidad recibe y procesa las señales QPSK2 y UQPSK3 con datos de alta velocidad. de. transmisión.. Proporciona. seis. pares. de. salidas. aisladas. independientemente I4 y Q5 en el panel posterior para la interconexión con el sincronizador de bits (BSSC).. I = Datos (bits) en fase. Q = Datos (bits) en cuadratura.. 1.3.8.. SINCRONIZADOR. DE. BITS. (BIT. SYNCHRONIZER. SIGNAL. CONDITIONER - BSSC) 924-2 El sincronizador de bits provee los datos grabables (ECL6) y la señal de reloj de la señal demodulada recibida desde el Demodulador 924-1.. 1.3.9.. RECEPTOR DE TELEMETRIA 930. Equipo que recibe una señal IF de tracking de 375 MHz desde el Downconverter, a través de la Unidad de Distribución, la procesa y entrega a la Consola de Control 3842 una señal de tracking de video de 10 MHz modulada en AM, y una. 1. Sistema de grabación y reproducción de datos (Recording and playback system) Modulación por deslizamiento de Fase en Cuadratura (Quadrature Phase-Shift Keying) 3 Modulación por deslizamiento de Fase en Cuadratura desbalanceada (Unbalanced Quadrature Phase-Shift Keying) 4 En fase (In phase) 5 Cuadratura (Quadrature) 6 Lógica Acoplada del Emisor ( Emitter Coupled Logic) 2.

(24) 7. señal de nivel de señal, que proveen la información necesaria para las funciones de auto seguimiento.. 1.3.10.. CONVERTIDOR 924-3. Consiste de dos módulos: Downconverter y un módulo Upconverter que operan en el rango de frecuencia de Banda-X, ubicado entre la electrónica de radiofrecuencia y la unidad de distribución.. El módulo Downconverter acepta señales de RF (8.025 GHz – 8.4 GHz) de la antena y las convierte en una señal IF de 375 MHz, para que sea utilizada por los receptores de rastreo y de datos.. El módulo Upconverter convierte la señal de frecuencia IF de 375 MHZ a RF en banda X para ser utilizada en el sistema de pruebas de lazo cerrado interno (8025 MHz – 8400 MHz).. 1.3.11.. OSCILADOR LOCAL (CCU1) 924-5. Sirve para seleccionar (sintonizar) la frecuencia requerida, proporcionando las frecuencias de referencia al Convertidor 924-3, dependiendo del satélite al que se vaya a tener acceso, en rango establecido de 8025 Mhz a 8400Mhz, y este a su vez entregue una frecuencia fija (IF) de 375 MHz... 1.3.12.. TRANSMISOR DE BANDA-X BORESIGHT. Sistema que proporciona una fuente de señal para frecuencias en banda X y permite el chequeo y calibración de los equipos de recepción y seguimiento. Para ello se posiciona la antena a EL: 0.243 grados y AZ: 298,36 grados y se establece la conexión entre la Estación y el Boresight (ubicado en Inga Corral, frente a la Estación, 10 km línea de vista), este procedimiento se realiza mediante Antenas, Radios (VHF) y Módems. Se opera el Transmisor del Boresight y se selecciona 1. Oscilador Local (Converter Control Unit).

(25) 8. diferentes frecuencias por medio de un generador de tonos o vía módem, permitiendo realizar la prueba de funcionamiento correcto.. 1.4. SUBSISTEMA DE PROCESAMIENTO MÚLTIPLE DE DATOS (MDPS) El MDPS consta de dos sistemas físicos independientes, divididos según los satélites que se procese, uno permite procesar e “ingestar” el satélite SAC-C y el otro para los satélites SPOT, LANDSAT y ERS.. Ingestión:. Término técnico utilizado en la recepción satelital que se refiere a la. captura y al almacenamiento de los datos satelitales provenientes del DAS en medios físicos.. 1.4.1.. SERVIDOR DE INGESTIÓN. Consta de un sistema IRIX que está capacitado para ingestar los datos de los satélites SPOT 1, 2 (50 Mbps), LANDSAT 5 (85 Mbps), y ERS 1, 2 (105 Mbps) desde el BSSC del DAS. Además tiene la capacidad de recibir datos de otros satélites cuya tasa de datos sea menor o igual a 160 Mbps. Durante el proceso de almacenamiento, los datos son grabados en cintas DLT1 y los Q/L son insertados en el catalogo de Q/L de pases satelitales.. 1.4.1.1.. ESTACIÓN DE TRABAJO INDY. Estación de trabajo, que opera sobre sistema operativo IRIX (versión propietaria de UNIX), presenta la interfaz de operación o la porción del GUI2 de los procesos del Server y controla las operaciones del Sistema IAC3.. El sistema IAC se encarga de: 1. Cinta lineal Digital (Digital Linear Tape ) Interfaz Gráfica de Usuario (Graphical User Interface ) 3 Sistema de Ingestión, Almacenamiento y Actualización de Catálogos (Ingestion, Archiving and Cataloguing System) 2.

(26) 9. •. Ingestar los datos satelitales de los pases en arreglos de discos SCSI.. •. Archivar los datos ingestados en cintas DLT.. •. Actualizar el catalogo de Q/L1 de adquisición de la información ingestada.. 1.4.1.2.. CATÁLOGO DE Q/L DE PASES SATELITALES. Consta de cuatro discos de 4GB de capacidad cada uno, en donde se almacenan los Q/L disponibles de los pases receptados (LANDSAT, SPOT y ERS) para uso externo.. 1.4.2.. COMPAQ PROSIGNIA 500 SERVER. Servidor de ingestión de la información satelital SACC. Utiliza una tarjeta de ingestión ISA de 8 bits, la cual reconstruye los datos, que provienen del BSSC MBS 720 para ser almacenados en el servidor.. 1.4.2.1.. PC DE PROCESAMIENTO SACC. Trabaja sobre el sistema operativo UNIX con un programa (IMAGINA), que realiza la interfaz operadora.. 1.5. PROCEDIMIENTOS PREVIOS, DURANTE Y POSTERIORES A LA TOMA DE UN PASE SATELITAL 1.5.1.. INGRESO Y OBTENCIÓN DE DATOS ORBITÁLES. Se actualiza los archivos .TLE y estos datos son procesados por un programa informático de seguimiento para obtener predicciones de tiempo y posición del satélite desde el lugar de observación elegido. Estos archivos son descargados de la página web “Celestrak”2. Luego de ser actualizados los archivos desde 1 2. Vista Previa del Pase ( Quick Looks ) http://celestrak.com/NORAD/elements/noaa.txt.

(27) 10. Internet se genera los ángulos de elevación y azimut de la órbita del satélite en el software de seguimiento “Trakstar”, en el intervalo de tiempo que sea necesario y luego son impresos.. 1.5.1.1.. ARCHIVOS TLE (TWO LINE ELEMENTS). Es un archivo de texto de tres líneas que contiene los datos de un modelo matemático estándar para describir la órbita del satélite.. SAC C 1 26620U 00075B 11097.45135975 .00000456 00000-0 11167-3 0 2644 2 26620 97.8715 104.8172 0001708 92.4254 267.7158 14.56610960551645. La primera línea es la identificación información del satélite y las siguientes son datos para la construcción de la órbita mediante software (ANEXO 2). La precisión de los TLE depende de varios factores, principalmente de la cantidad de información recolectada, del tipo de órbita del satélite y del medio del espacio exterior.. 1.5.2.. EJECUCIÓN DE LAS PRUEBAS PRE-PASE. a) Se realiza las pruebas de Lazo Cerrado, para determinar la calidad de los datos de todo trayecto de Radio Frecuencia y Datos.. b) Se realiza la prueba de apunte físico a la antena BORESIGHT, para determinar el correcto funcionamiento de la antena y del DAS, tanto en el posicionamiento como en auto seguimiento.. 1.5.3.. CONFIGURACIÓN DE LOS EQUIPOS. Esta parte involucra lectura, verificación y cambio de los parámetros y especificaciones de los equipos, de acuerdo al satélite que se vaya recibir. A.

(28) 11. continuación se muestra un cuadro en el que se señala la configuración para cada satélite:. Tabla 1.1. Configuración de los equipos según el satélite receptado CCU. SATELITE. [Hz]. LS-5. BSSC. UQPSK. LS 4-5. 180º. QPSK. SPOT. 0º. 8212,4 8307,4 BEACOM. SP-1,2. FASE DE. DEMODULADOR. 8253,0 DATOS. RELOJ [º]. ERS - 2. 8140,0. QPSK. ERS-1. 0º. SAC - C. 8386. QPSK. SACC. 0º. En el caso de que existan pases traslapados, los operadores deben ser lo suficientemente rápidos para cambiar de una configuración a otra, dependiendo del tipo de satélite que se vaya a recibir, considerando que para cualquier satélite se debe apuntar también la antena por medio de la consola de control, se necesita por tanto dos operadores mínimo para realizar estas acciones.. 1.5.3.1.. ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL SACC. a) Se compara la hora de pase del satélite con el generador de tiempo de la estación, para sincronizar las actividades.. b) Se posiciona manualmente la antena según los ángulos generados tanto en elevación (EL) y en azimut (AZ) por medio de la consola de control 3842, fuera de cualquier obstrucción física considerando el perfil del terreno circundante.. c) Se activa la función de auto seguimiento de la consola de control 3842, tanto en EL como en AZ.. d) Una vez con la señal enganchada, se verifica el comportamiento del analizador. de. espectros. (una. buena. amplitud. de. señal. (-30. dBm. aproximadamente), receptores (buena ganancia (-42 dB aproximadamente)),.

(29) 12. demoduladores (enganchados), BSSC`s (enganchados) y se envía a ingestar en el servidor COMPAQ PROSIGNIA 500.. e) El pase dura máximo 12 minutos, intervalo de tiempo en el cual puede ocurrir un desenganche del satélite (señal muy baja u obstáculo en línea de vista). En caso de que esto ocurra, los operadores deben de prever un tiempo prudente (20 segundos) hacia adelante, para rápidamente colocar la antena en la nueva posición y así sucesivamente, hasta que se enganche nuevamente.. 1.5.3.2.. ADQUISICIÓN DE LA SEÑAL LANDSAT, SPOT, ERS. a) Se compara la hora de pase del satélite con el generador de tiempo de la estación, para sincronizar las actividades.. b) Se posiciona la antena según los ángulos generados tanto en elevación (EL) y en azimut (AZ) por medio de consola de control 3842, fuera de cualquier obstrucción física considerando el perfil del terreno circundante.. c) Se activa la función de auto seguimiento de la consola de control 3842, tanto en EL como en AZ.. d) Una vez con la señal enganchada, se verifica el comportamiento del analizador. de. espectro. (una. buena. amplitud. de. señal. (-30. dBm. aproximadamente)), receptores (buena ganancia (-42 dB aproximadamente)), demoduladores (enganchados), BSSC`s (enganchados) y se envía a ingestar en la estación de trabajo INDY automáticamente, la cual permite esperar hasta que exista señal de enganche; procedimiento que puede realizarse unos minutos antes del pase.. e) El pase dura alrededor de 8 minutos, intervalo de tiempo en el cual puede ocurrir un desenganche del satélite (señal muy baja u obstáculo en línea de vista), en caso de que esto ocurra los operadores deben de prever un tiempo.

(30) 13. prudente (20 segundos) hacia adelante, para rápidamente colocar la antena en la nueva posición y así sucesivamente, hasta que se enganche nuevamente.. 1.5.4.. ACTIVIDADES POSTERIORES AL PASE. a) Se deshabilita el botón de auto seguimiento en la consola.. b) Se coloca la antena en “Posición de Descanso” presionando el botón “STOW” en la consola, esto hace que la antena se posicione en EL=90o y AZ=0o.. c) Se presiona el botón “MAN POS” y se apaga el botón “CTR PWR” que activa los frenos electro - magnéticos de la antena.. d) Se genera un reporte en el libro de registro de pases del DAS, fecha, satélite, órbita, si es que existió alguna novedad, por último las iniciales de los operadores que realizaron esta actividad.. 1.6. MODULACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK) Modulación muy eficiente.. Ampliamente utilizada en radio digital por sus. características de amplitud constante, insensibilidad a variaciones de nivel, buen desempeño contra errores. La modulación PSK es la fase de la portadora la que cambia de acuerdo a la señal binaria en banda base. La expresión matemática que describe una señal modulada PSK es la siguiente:. cos W t. θ 2. Donde,. =. señal simétrica NRZ1 en banda base que toma los valores ±1, ±3 …. N. número de fases (potencias de 2). 1. =. No retorno a Cero (No return to Zero).

(31) 14. W. =. θ. =. frecuencia angular de la portadora . =. separación entre fases adyacentes.. Se tiene modulaciones de múltiples estados. Entre las más comunes: 2 – BPSK (BPSK), 4 – PSK (QPSK), 8 – PSK, 16 – PSK.. 1.6.1.. MODULACIÓN BPSK. En este caso se tienen dos fases diferentes, asignándoles una de ellas a los 1s y la otra a 0s, la separación entre fases adyacentes es de 180 grados. En el dominio del tiempo la portadora modulada para el caso BPSK se vería como lo muestra la Figura 1.3.. Figura 1.3. Señal modulada BPSK. Es muy ilustrativo representar la portadora modulada usando un diagrama de constelación, donde cada punto representa una posible señal de la modulación. Tal diagrama para el caso BPSK se muestra en la Figura 1.5.. Tabla 1.2. Fases BPSK Entrada binaria. Fase de salida. 0 lógico. 180o.

(32) 15. 1 lógico. 0o. +9 0 o co s W c t. sin W c t (0 o ) Ló gica 1. -sin W c t (1 80 o ) Ló gica 0. -cos W c t (-90 o ). Figura 1.4. Diagrama Fasorial. Figura 1.5. Diagrama de constelación.

(33) 16. 1.6.2.. MODULACIÓN QPSK. Para una señal modulada QPSK el número de fases correspondientes es 4, cada una de ellas transmitirá dos bits, los cuales estarán separados 90 grados, tal como lo muestra el diagrama de constelación de la Figura 1.7. Tabla 1.3. Fases QPSK Entrada binaria. Fase de salida. Q. I. 0. 0. -135o. 0. 1. -45o. 1. 0. +135o. 1. 1. +45o. Figura 1.6. Diagrama Fasorial.

(34) 17. Figura 1.7. Diagrama de Constelación. Nota: La diferencia entre modulación QPSK y UQPSK radica en que la potencia, así como las tasas de datos de las direcciones de cuadratura son desiguales en la modulación UQPSK y son iguales en la modulación QPSK..

(35) 18. CAPÍTULO 2 DE LOS Y SUSYINTERFACES DE 2.ANÁLISIS DESCRIPCIÓN DEEQUIPOS LOS EQUIPOS SUS INTERFACES COMUNICACIÓN DE COMUNICACIÓN Este capítulo estudia cada uno de los equipos que intervienen en el proceso de recepción y grabación satelital. Además, incluye los diseños de los circuitos elaborados para la prueba del Boresight y que permiten conocer la posición de la antena en azimut. Para el control remoto de la recepción satelital se agrupan los equipos en:. Tabla 2.1. Equipos del control del sistema de recepción y grabación Equipos de medición Control Remoto Pruebas Servidores Ingestión Visualización. Analizador de espectros Generador de tiempo, consola y detector del sentido de giro, demodulador, receptores de telemetría, sincronizador de bits del SAC-C, y oscilador local. Boresight. PC de ingestión del SAC-C. PC estación de trabajo de la INDY. Video cámara que muestra la antena.. 2.1. EQUIPOS DE MEDICIÓN 2.1.1.. ANALIZADOR DE ESPECTROS. Es un equipo de medición electrónica que sirve para visualización y análisis de señales, cuyas componentes espectrales son representadas a partir de su transformada de Fourier. El dominio de la frecuencia facilita la visualización de las señales y como parte de la recepción satelital, permite comprobar el espectro en la zona determinada por la posición de la antena cuando se produce un estado de enganche con el satélite a recibirse.. En la pantalla del equipo, la amplitud o potencia de las señales se representa en el eje Y y la frecuencia en el eje X. La medida de potencia viene indicada en dBm..

(36) 19. 2.1.1.1.. Acceso remoto. El equipo posee dos interfaces para control remoto, una de ellas es la interfaz RS232 y la GPIB IEE-488.2 1987. La interfaz elegida fue la GPIB (velocidad de transferencia 1 Mbps), ya que se requiere una tasa de transmisión de datos mayor que la RS-232 (velocidad de transmisión 20 Kbps) por la cantidad de datos que se requiere por segundo.. 2.1.1.1.1. Cable para la comunicación GPIB. El conector GPIB se encuentra en el panel trasero del analizador.. Figura 2.1. Puerto GPIB del Analizador de Espectros. Para realizar la conexión a un controlador externo se adquirió un conversor USB – GPIB.. Figura 2.2. Conversor GPIB – USB.

(37) 20. 2.1.1.1.2. Configuración para la comunicación. Antes de encender el equipo se debe conectar el cable al analizador, luego por medio del panel frontal a través de la teclas “SHIFT” y “.” se selecciona la interfaz de comunicación GPIB y se coloca la dirección del mismo como “1” para acceder a través de un controlador externo.. 2.1.1.1.3. Comandos para comunicación remota. El equipo incorpora un gran número de funciones que pueden ser accedidas local o remotamente. Por tal motivo, únicamente se va a listar las funciones utilizadas cuando se toma un pase satelital.. Tabla 2.2. Funciones para el Control Remoto – Analizador de Espectros Comando Descripción 1 CF Frecuencia central SP2 Span de la frecuencia RLV3 Nivel de Referencia. CF? CF 300 MHZ SP? SP 1MHZ RLV? RLV. Formato de envío Lectura Frecuencia central a 300 MHz Lectura Span de frecuencia a 1 MHz Lectura Nivel de referencia a -10 dBm. 2.2. EQUIPOS DE CONTROL REMOTO 2.2.1.. CONSOLA DE CONTROL. La Consola de Control es una unidad basada en una microcomputadora de construcción modular, que permite tener un control completo del pedestal y la antena.. Incorpora dos sistemas microprocesados 8080A; uno encargado de monitorear la posición del pedestal y cerrar lazos de control digitales o análogos de los 1. Manual de operación, Volumen 3, MS2 665C/67C/68C, Página 8-28 Manual MS2 665C/67C/68C, Página 8-170 3 Manual MS2 665C/67C/68C, Página 8-164 2.

(38) 21. actuadores de los ejes, monitorear el estatus del pedestal y las condiciones límites, y para intercambiar información con procesadores externos; el otro monitorea los comandos del operador y provee la información actual para mostrarla en los registros.. Todos los controles e información primaria a los que. se tiene acceso en la consola localmente, pueden ser manejados remotamente, dicha información es almacenada en los denominados CMA1, que son direcciones del área común de memoria. Esta área es un sector de 256 bits de RAM, que van desde la dirección 8000H a 80FFH. Cada CMA contiene un dato expresado en un byte con privilegios de lectura, y otros tienen privilegios de lectura y escritura (refiérase al ANEXO 4 para más información de todos los CMAs de la consola o al manual2). Además, la consola posee un bit asignado a cada botón de su panel frontal, denotado desde S00 a S47 (véase la Figura 2.3), que también forman parte de los CMAs. Así por ejemplo, S00 corresponde a AZ STBY.. Figura 2.3. Mapa de botones de la consola. Se explicará uno de los punteros o CMA, por ejemplo suponiendo que el CMA 8000H (petición de modos de azimut) contiene el dato 40H, es decir, 100 en binario, se tendría: 1. Dirección de memoria común (Common Memory Address) Technical Manual, Operation and Maintenance with part list, Model 3842, Control Console, Página 2-18. 2.

(39) 22. Tabla 2.3. Ejemplo – Descripción puntero de memoria CMA. Descripción. 8000H Petición de modos de AZ. 7. 6. 5. 4. Bits 3. 2. 1. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1. 0. 0. 2. 1. 0. S02. S01. Tabla 2.4. Ejemplo – Descripción CMA 8000H CMA. Descripción. 7 8000H Petición de modos de AZ S07. 6. 5. 4. S06. S05. S04. Bits 3 S03. S00. De acuerdo a la Tabla 2.4 (Ver Anexo 4) el puntero 8000H, contiene información de los modos seleccionados en la consola en azimut (véase la Figura 2.3). El valor 40H, bit 2 en uno lógico, quiere decir que el modo S02 está seleccionado, en otras palabras, el modo MANL POS de la consola, está activado. Para posicionar la antena, la consola tiene un microprocesador auxiliar (AMC1), el cual convierte continuamente las señales presentes en tres hilos analógicos de corriente del transductor (Synchro), a señales binarias digitales a través de un convertidor análogo digital. Éstas son realimentadas al lazo de control, en donde se calcula el error y luego es corregido por un controlador PID y, finalmente por medio de un algoritmo interno, se ajusta la nueva posición de la antena en las coordenadas de elevación y azimut.. 2.2.1.1.. Modos de operación. La consola tiene ocho modos de operación que permiten controlar el pedestal, los cuales se describen a continuación:. 2.2.1.1.1. *STAND BY Modo en el cual los ejes del pedestal están energizados y los frenos electromecánicos están activados.. 1. Equipo basado en microprocesador auxiliar (Auxiliary Microprocessor – Based Computer).

(40) 23. 2.2.1.1.2. *SLEW Modo que permite controlar la velocidad de rotación, a través del dial “SLEW” ubicado en la parte superior de los botones de modos de la consola de control. La velocidad de rotación es proporcional al desplazamiento angular del dial.. 2.2.1.1.3. *MANUAL POSITION Modo en el cual se posiciona los ejes del pedestal a través del dial “POSITION”, en este modo el microprocesador de control cierra un lazo digital que compara la posición actual del pedestal con el comando de posición.. 2.2.1.1.4. *SLAVE Modo en el que la consola entra en modo esclavo, para ser controlada por señales externas, ya sean digitales o analógicas.. 2.2.1.1.5. *STOW Modo de posición de reposo. El eje de elevación en 90º y el de azimut en el cero más cercano.. 2.2.1.1.6. REMOTE Modo que permite tener un control digital total de la consola por medio de una fuente externa, como un computador o un panel remoto digital a través de la interfaz serial RS-232 o IEEE-488 GPIB.. 2.2.1.1.7. TYPE - 1 El modo Type - 1 del servo se caracteriza porque tiene una integración simple de la función de transferencia de posición de lazo abierto que resulta en un factor S -1 = (jwt)-1. Este tipo de control genera poco o ningún sobrepaso a una entrada escalón y se utiliza principalmente para posicionar el eje de la antena (individualmente seleccionable) en una posición estática.. 2.2.1.1.8. SCAN Este modo ayuda a rastrear la señal, haciendo que la antena oscile con una amplitud constante en el valor posicionado, los parámetros pueden ser.

(41) 24. modificados en las localidades de memoria ASCAMP y ESCAMP, por defecto están configuradas en ±2,8 grados de amplitud y 1,3 grados/segundo de velocidad.. Nota: Los modos que están con “*” son modos primarios. Los modos primarios son mutuamente exclusivos y puede ocasionar resultados impredecibles es por eso que la unidad, cuando es manejada localmente, no permite la combinación de éstos, pero si pueden operar en combinación con los modos secundarios, que son aquellos que no tienen asterisco, por ejemplo: Remote y Manual Position.. 2.2.1.2.. Controles de autoseguimiento. 2.2.1.2.1. Auto (EL - AZ) Permite seleccionar automáticamente el modo de auto seguimiento cuando la potencia de la señal receptada es mayor que el nivel seleccionado como referencia en la posición inicial de la antena en donde puede existir ruido, por medio de los receptores de telemetría se pone ese ruido como referencia con la función “Zero On Noise”.. 2.2.1.2.2. RATE MEMORY La consola se transfiere a este modo si la señal se ha perdido, las velocidades de los ejes se mantienen a la velocidad promedio en la que operaba en el modo de auto seguimiento y vuelve a modo de auto seguimiento cuando la señal se recupera.. 2.2.1.2.3. AUTO DIVERSITY Selecciona el mejor canal de recepción de telemetría (Receptor de telemetría 1 o 2) como fuente de auto seguimiento.. 2.2.1.2.4. ACQUIRE LEVEL Coloca automáticamente la ganancia en la cual el controlador va a cambiar al modo de auto seguimiento. 2.2.1.2.5. CH1/CH2.

(42) 25. Selecciona la fuente de recepción de la señal de rastreo. 2.2.1.3.. Acceso remoto. La consola tiene dos interfaces digitales de comunicación:. RDA byte – serial. Es una interfaz de alta velocidad paralela de 8 bits.. RS-232C. Es una interfaz lenta de hasta 9600 baudios de dos hilos asíncronos. Físicamente está implementada a través del dispositivo USART 8251A en el modo asíncrono.. El intercambio de información en ambos casos se hace a través de un conector estándar de 25 pines. La interfaz utilizada fue la RS-232C.. 2.2.1.3.1. Cable para la comunicación RS-232C. Para comunicar la consola y un computador se requiere de un adaptador null modem DB 25, puerto J12 de la consola.. Figura 2.4. Interfaz de comunicación.

(43) 26. En la actualidad no todas las computadoras tienen disponible un puerto RS-232, así que se adquirió un conversor USB – RS232 DB9 para el cual se construyó un cable conversor DB9 a DB25 que sea compatible con la consola.. Figura 2.5. Cable de comunicación – Consola. 2.2.1.3.2. Configuración para la comunicación. La configuración por defecto de la comunicación RS - 232 de la consola está dada por los jumpers ubicados en la tarjeta del procesador principal A10, dichas configuraciones pueden ser cambiadas en cualquier momento por medio de los jumpers mencionados, utilizando el panel frontal o a través de acceso remoto por medio de los CMA.. Al reiniciar el equipo, requiere que sea configurado manualmente desde el panel frontal (refiérase al “Manual del usuario”, página ¡Error! Marcador no definido.), debido a que en el encendido la consola toma la configuración de los jumpers y como algunos parámetros requieren de un reseteo de software, es recomendable realizar este reset al final de los cambios pertinentes. El reseteo se realiza enviado cualquier valor hexadecimal representado por un byte al CMA 80A7H.. Se presentan a continuación los parámetros de configuraciones CMA 80A5H y 80A6H, que posee la consola para la comunicación RS - 232..

(44) 27. Tabla 2.5. Parámetros de configuración para interfaz serial Función. Valor. CMA. Bit. Valor. 9600. 80A6H. 01H. 1. 4800. 80A6H. 02H. 1. 2400. 80A6H. 04H. 1. *Velocidad de. 1200. 80A6H. 08H. 1. transmisión. 600. 80A6H. 10H. 1. 300. 80A6H. 20H. 1. 150. 80A6H. 40H. 1. 75. 80A6H. 80H. 1. Comandos de. Habilitado. 80A5H. 01H. 0. monitoreo. Deshabilitado 80A5H. 01H. 1. Habilitado. 80A5H. 02H. 0. Deshabilitado 80A5H. 02H. 1. Supresión de. Habilitado. 80A5H. 04H. 0. espacio. Deshabilitado 80A5H. 04H. 1. Habilitado. 80A5H. 08H. 0. Deshabilitado 80A5H. 08H. 1. 7 bits. 80A5H. 10H. 0. 8 bits. 80A5H. 10H. 1. Par. 80A5H. 20H. 0. Impar. 80A5H. 20H. 1. Full. 80A5H. 40H. 0. Half. 80A5H. 40H. 1. Terminal. 80A5H. 80H. 0. Computador. 80A5H. 80H. 1. Expansión CC. *Paridad. Longitud de dato. *Sentido de paridad. Modo DUPLEX. Formato de salida. En resumen, la siguiente tabla muestra los controles de la interfaz serial y los parámetros que cada bit de cada byte debe tener asignado según la tabla anterior..

(45) 28. Tabla 2.6. Localidades de memoria de configuración serial CMA Controles de la interfaz serial. Identificación de los bits 7. 80A5H COMP Controles FRMT RS232C 80A6H Control de de 75 velocidad de transferencia 80A7H Reseteo de software. 6. 5. 4. 3. 2. 1. 0. HLF DPX. PTY ODD. 8 BIT. PTY DIS. 150. 300. 600. 1200 2400 4800 9600. UNIT ID No. Siempre Cero. Descripción CMA 80A5H:. Bit 7. En el formato de salida terminal, la interfaz añade ciertos caracteres a su respuesta, y en el modo computador dichos caracteres son omitidos para acelerar la transmisión de datos.. Bit 6. En el modo full dúplex, la interfaz hace eco de todos los caracteres recibidos del transmisor excepto de los caracteres especiales (Backspace, Delete, Ctrl+r, Ctrl+x), y en el modo half duplex el eco se suprime.. Bit 5, 4 y 3. Bits que determinan el tipo de paridad, longitud del dato y si la paridad está habilitada, respectivamente.. Bit 2. En el modo supresor de espacios, los espacios en blanco insertados en el formato de salida, que separan los bytes, se omiten si se selecciona esta opción.. Bit 1. La expansión de CC, control de expansión de carácter, añade un carácter ”↑” a la respuesta de la consola.. Bit 0. Habitación de los comandos de monitoreo que incorporan los accesos de los puertos de entrada, salida, la modificación del contador del programa y son.

(46) 29. características de depuración y pruebas del interfaz; debe estar deshabilitado durante la operación normal.. 2.2.1.3.3. Comandos para comunicación remota. El operador puede tener acceso remotamente a los CMA, punteros de la localidad de memoria, los cuales son una dirección de un byte, 8000H-80FFH. Cada CMA puede ser operado mediante los comandos mostrados a continuación, que permiten realizar las siguientes operaciones:. Tabla 2.7. Comandos para el control remoto – Consola Comando P. Función Puntero de la localidad de memoria, permite la modificación del CMA, al cual se desea hacer referencia. R. Lectura, interroga que datos contiene el CMA actual. W. Escritura , modifica los datos del CMA actual. X. Borrar, eliminar los datos del CMA actual. 2.2.1.3.4. Formato de envío de comandos. La estación remota envía a la consola el siguiente comando:. P00 R1 <cr>. P00. CMA 8000H (Petición de Modos de Azimut). R1. Lectura de un byte a partir de la localidad dada por el puntero P, en este caso 8000H.. <cr> Terminador de línea. De manera similar se utiliza para la escritura o borrado, sustituyendo la R por la W o X, respectivamente..

(47) 30. 2.2.2.. DETECTOR DEL SENTIDO DE GIRO. El circuito detector de sentido de giro indica la posición de la antena en azimut en el rango de 0° a 500° positivos y negativos. Éste s e incluyó en el sistema de control remoto debido a que al posicionar la antena mediante la consola, a través de la interfaz remota de comunicación, no es posible determinar con precisión donde se encuentra la antena cuyos valores de posición, obtenidos remotamente, oscilan en el rango de 0° a 360°.. Es un indicador muy importante a la hora de ubicar la antena en 0°, posición de descanso de la antena, porque posicionarla en un valor mayor a los ±500° ocasiona que se activen las protecciones y puede ocurrir fallas graves; además su importancia también se vincula a los cables de conexiones, los cuales giran con la antena y. al exceder los límites permisibles, que pueden causar daños a los. mismos, se dispara una alarma por activación de un sensor de torsión de los cables.. 2.2.2.1.. Diseño del circuito. EL circuito se compone de cuatro etapas, la amplificación de la señal proveniente del indicador de giro local, la detección del sentido de giro, el valor absoluto el ADC1 y la comunicación serial.. Etapa de amplificación. Para determinar la ganancia, se tomó medidas del ángulo de azimut y el voltaje para dicho ángulo (Véase el Anexo 5). Esta etapa genera valores de voltaje entre +5V y -5V. Para ello se amplificó la señal proveniente del indicador del sentido de giro con un circuito amplificador de instrumentación, en el cual el voltaje de salida está dado por: Vout = (1+2. 1. R1 R2 ) Rg R3. Convertidor Análogo/Digital (Analog to Digital Converter).

(48) 31. Figura 2.6. Circuito de amplificación. G=. Ganancia. ∆ ∆ . ∆ Vout = 10V. ∆ Vin = 48,4 – (- 39,3 mV) = 87,7mV.. G = 113 G(1+2. R1 R2 ) Rg R3. Dividiendo en dos ganancias G1 = 11,3 G2=10 R2. G2 R3. Se toma los valores comerciales de resistencias de:. R2=1000kΩ G1(1+2. R1 Rg. ).. R3 = 100kΩ Si R1=100kΩ entonces Rg = 19417 y por tanto,. Se toma el valor comercial de Rg = 20 kΩ.. Se incluyó un potenciómetro de precisión de 10kΩ con el fin de regular la ganancia para obtener la salida amplificada deseada. El operacional seleccionado fue el TL084 porque permite amplificar voltajes positivos tanto como negativos, necesarios para el indicador de sentido de giro..

(49) 32. Etapa de detección del sentido de giro. Los valores de la señal amplificada están en el rango de ±5V, de los cuales los valores negativos no pueden ser llevados a un micro controlador, por ello se diseñó un circuito que envíe 1 lógico a la entrada PBO del micro controlador cuando la señal sea mayor a cero y 0 lógico cuando sea menor a cero, de esta manera el micro controlador puede identificar que valores son negativos y cuales son positivos.. Figura 2.7. Circuito de detección del sentido de giro. El circuito encargado de generar la salida lógica consiste en un comparador inversor, cuya señal es enviada a transistor para que trabaje a manera de interruptor, dicha señal será enviada al micro controlador Atmega48. El transistor utilizado fue el 2N3904. De las características del 2N3904,se tiene:. Vce (sat). 0,3 V. Corriente máxima de colector. 200mA. Voltaje Colector Emisor máximo. 40V. Corriente máxima pines E/S Atmega48. 40mA. Para R2:. Una corriente Ic (corriente de colector) de 15mA está en el rango permisible del micro controlador..

(50) 33. R2=. "## "#$ %& Ic. R2=. 5 0,3 313 15m. Se toma el valor comercial de:. R2 = 300Ω. Ib = Ic / β, donde β (ganancia de corriente) se asumirá 150,. Para R1:. Ib. 15./ 1000uA 150. "## "#$ Ib 5 0,7 R1= 4300Ω 1000uA R1. Se toma el valor comercial de:. R1=4700Ω. Etapa del valor absoluto. Esta etapa consiste en un circuito que entrega el valor absoluto de la señal amplificada a valores de -5V a 5V para el ADC PC0, del micro controlador.. R3. 10k. 10k. 1N4007. TL084. 3. TL084. 3. 1. 1. 2. ADC. 2. 1N4007. 11. 10k. 11. R7 Señal de Entrada. 4. R2. 10k. 4. R1. TL084. R4. R5. 10k. 10k. Figura 2.8. Circuito del Valor Absoluto. TL084. R6 10k.

(51) 34. Etapa de comunicación. Este es el circuito encargado de enviar los datos del ADC y del sentido de giro del micro controlador Atmega 48 a un computador a través de comunicación serial. El circuito integrado encargado de realizar la interfaz es el MAX232.. Figura 2.9. Comunicación Serial. Los capacitores son de 1 uF (Hoja de Especificaciones).. La señal acondicionada del circuito del valor absoluto de la Figura 2.8. ingresa al canal 0 del ADC, la señal “Sentido” del circuito de la Figura 2.7. ingresa al PB0 y los pines de comunicación RS - 232 del micro controlador se conectan a los pines RX y TX del micro controlador, como se muestran en la siguiente figura:. Figura 2.10. Circuito de sentido de giro.

(52) 35. 2.2.3.. GENERADOR DE TIEMPO. El generador de tiempo es el equipo encargado de generar la hora UTC y es la base para la toma de los pases satelitales; la importancia del uso de la hora UTC radica en su universalidad, ya que constituye. un estándar de tiempo. internacional. Para la generación del tiempo con alta precisión, el equipo posee un receptor GPS1 y una antena, que son los encargados de receptar la información. El generador de tiempo GPS utiliza al menos cuatro satélites para determinar el tiempo y la posición en tres dimensiones. La hora en la escala de Tiempo Universal Coordinado UTC se calcula en el receptor a partir del Tiempo GPS usando las correcciones UTC, que son enviadas por los satélites como parte de los datos del mensaje de navegación, con una precisión de hasta 100 ns. (Véase el Anexo 3). 2.2.3.1.. Acceso remoto. El equipo permite acceder a él a través de un puerto de red RJ 45 o a través de la interfaz RS-232C DB9 como se muestra en el gráfico. La interfaz seleccionada fue la RS-232C porque presenta las ventajas de menor cableado, es económica y satisface las necesidades en velocidad de transmisión requeridas.. Figura 2.11. Panel trasero – Generador de tiempo. 2.2.3.1.1. Cable para la comunicación RS-232C. El control remoto se realizó a través de la interfaz RS-232 con un cable null modem. 1. Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System).

(53) 36. Figura 2.12. Cable de comunicación – Generador de tiempo. 2.2.3.1.2. Configuración para la comunicación. A través del panel frontal del generador de tiempo se debe configurar el equipo con los siguientes parámetros, los cuales se acceden a través de las teclas de flechas:. Puerto Serial. RS232. Baudios. 9600. Bits. 8. Paridad. Ninguna. Bits de parada. 1. Una vez seleccionados los parámetros anteriores y conectado el cable a una estación remota, el equipo está listo para ser controlado mediante los diferentes comandos.. 2.2.3.1.3. Comandos para comunicación remota. Para solicitar o enviar la información existen varios comandos. Refiérase al manual “XL-GPS User Guide”1 para más información. El formato de envío es muy sencillo y en su mayoría viene dado por la letra F más un número. Por ejemplo:. 1. XL – GPS, Time & Frequency System, Capítulo 5, página 32.

(54) 37. Enviar F8 a través de una estación remota, provee del tiempo cada segundo. La respuesta del generador será DDD:HH:MM:SS. Donde. DDD es el día del año HH, hora del día MM, minutos SS, segundos. Expresados en hora UTC, según se encuentre configurado el equipo.. 2.2.4.. DEMODULADOR. Es una unidad que consiste en un CPU interno, un control de ganancia automático, demodulador I/Q y un oscilador interno encargados de generar los seis pares de salidas I y Q, que son señales ortogonales1 entre sí, demoduladas de la señal RF con QPSK o UQPSK según el satélite transmisor.. El demodulador recibe y procesa una señal de radio frecuencia de 375 MHz. (IF), modulada con datos de alta velocidad en QPSK o UQPSK. Las salidas I y Q aisladas en el panel trasero sirven para la conexión con el sincronizador de bits. El indicador de enganche (Lock) se activa cuando la señal de frecuencia intermedia se pone en fase con la señal generada por el oscilador interno del equipo.. 2.2.4.1.. Acceso remoto. El demodulador puede ser controlado o monitoreado remotamente por medio de interfaz RS-232C y/o IEEE 488. La interfaz seleccionada fue la RS-232C porque presenta las ventajas de menor cableado, es económica y satisface las necesidades en velocidad de transmisión requeridas. .. 1. o. Se hallan desplazados entre sí 90.

(55) 38. 2.2.4.1.1. Cable para la comunicación RS-232C. Figura 2.13. Cable de comunicación - Demodulador 2.2.4.1.2. Configuración para la comunicación Tabla 2.8. Configuración interfaz de comunicación - Demodulador S201. 8. 7. 6. 5. 4. Sin uso Dirección IEEE 488. LSB -. -. -. 3. 2. X. X. MSB. Control RS-232. 0. Control. 1. IEEE 488 S202. 1. 8. 7. 6. 5. 4. Sin uso Configuración RS-232 110 Baudios. 0. 0. 0. 300 Baudios. 1. 0. 0. 1200 Baudios. 0. 1. 0. 2400 Baudios. 1. 1. 1. 4800 Baudios. 0. 0. 1. 9600 Baudios. 1. 0. 1. 19200 Baudios. 0. 1. 1. No paridad. 0. 0. Paridad Impar. 1. 0. Paridad Par. 0. 1. 3. 2. 1. X. X. X.

(56) 39. Los parámetros para la configuración pueden ser cambiados únicamente vía hardware por medio de interruptores, A1S201 y A1S202, ubicados dentro del equipo.. Con ayuda de la tabla anterior se puede configurar el Demodulador. Por ejemplo si se desea una velocidad de 9600 baudios y paridad impar se debe ingresar la siguiente combinación de estados en el Dip Switch S202 (10110xxx).. 2.2.4.1.3. Comandos para comunicación remota. El demodulador contiene varios comandos de configuración, lectura y escritura de sus parámetros1. Únicamente se mostrará los necesarios para configurar el equipo en una recepción de un pase satelital.. Tabla 2.9. Comandos para el control remoto – Demodulador y BSSC Comando. Función. C. Lectura y selección del canal del BSSC. P. Lectura y selección de la fase de reloj. D. Lectura y selección del tipo de demodulación. S. Lectura del estado de enganche del los canales. La estación remota envía a la consola el siguiente comando:. D,P <cr>. D. Tipo de demodulación QPSK o UQPSK (Estado del Demodulador). P. Reporte del estado de reloj (Estado del BSSC). <cr> Terminador de línea Nota: El demodulador sirve de puente de comunicación entre el BSSC y la PC, por eso aquí se incluye los comandos del BSSC. 1. Technical Manual, Operation and Maintenance with part list, Model 924-1, Demodulator, Página 3-10.