Rev. TΓ©c. Ing. Univ. Zulia. Volumen Especial, 2020, No. 1, pp. 03-55
49
MΓ©todo para determinar la ubicaciΓ³n de un nanosatelite utilizando ADS-B
IntroducciΓ³n
La apariciΓ³n de los nanosatΓ©lites del tipo
Cubesat representa el desarrollo natural de la tecnologΓa
aeroespacial. El lanzamiento de los Cubesat en
comparaciΓ³n con otros satΓ©lites o estaciones espaciales es
mΓ‘s econΓ³mico [1].
Entre las Γ‘reas prometedoras de aplicaciΓ³n
de los Cubesat, se encuentran las relacionadas con la
teledetecciΓ³n de la Tierra, el monitoreo a territorios y
ξξξξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξ§ξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξ€
Sin embargo, las naves espaciales modernas y
los Cubesat tienen limitadas capacidades para evaluar y
ξξξξξξξξξξ ξξξ ξξξξξξξ ξξξξ
ξξ
ξξξξ‘ξ ξξξξ ξξξξξξξξ‘ξ ξξξξξξξ ξξξξ
cantidad limitada de ciclos carga/descarga de las baterΓas,
las limitaciones de peso hacen que la carga ΓΊtil lanzada al
espacio, no permita resolver las tareas de teledetecciΓ³n
ξξξ ξξξξξξξξ ξξξξξξ ξξξ ξξξξξξξ€ξ ξξξ ξξξ ξξξξξξξξ ξξξ ξξξξ ξ
ξξξξξ‘ξ
las restricciones de masa y tamaΓ±o de los Cubesat, no
permiten que se implemente un sistema de estabilizaciΓ³n
activo, por esta razΓ³n no pueden determinar su ubicaciΓ³n
a partir de los mapas de estrellas del cielo, o de imΓ‘genes
ξξξ ξξξ ξξξξξξ§ξξ
ξξξ ξξξξξξξξξξ ξ ξ₯΄ξ ξ€ξ ξξξξξξ ξξξξξξξξξξξξξξξ
impuestos al diseΓ±o y funcionamiento determinan que
los sistemas de control de los Cubesat, adquieran mayor
importancia, ya que deben garantizar la determinaciΓ³n
continua de su propia ubicaciΓ³n y ademΓ‘s determinar las
ξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξξξξξξ
seguimiento.
Para determinar la posiciΓ³n de un Cubesat, se
utiliza diferentes mΓ©todos, algoritmos y/o combinaciones
entre ellos, que requieren altos niveles de cΓ‘lculo
computacional. La mayorΓa utilizan coordenadas de
ξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξ ξξξξξξξξ
ξξξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ§ξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξ‘ξ
que son proporcionados por las Estaciones Terrenas de
ξξξξξξξξξ ξξξξ ξ€
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ±ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ‘ξ
es la precisiΓ³n al momento de determinar la ubicaciΓ³n
del Cubesat, ya que las operaciones computacionales
mΓ‘s pesadas se realizan en los computadores de las
ETC. Sin embargo, estos mΓ©todos y algoritmos tienen
un inconveniente importante, que estΓ‘ asociado con las
limitaciones de transmisiΓ³n de los datos, lo cual estΓ‘ a su
vez determinado por la ubicaciΓ³n orbital del Cubesat, ya
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ§ξξ
ξξξξξξ ξξξ
tierra.
El mΓ©todo para calcular las coordenadas
aproximadas de ubicaciΓ³n del Cubesat, utilizando los
ξξξξξξ ξξξξξξξξ
ξξξ ξ ξξξξξξξξξξξ ξ ξξξ ξξξξξξ‘ξ ξξξξξξ ξξξ ξξξξξξ
bastante alto; ya que no considera las caracterΓsticas
ξξξξ§ξξξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξ€ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ‘ξ
las desviaciones en los cΓ‘lculos estΓ‘n asociadas con la alta
velocidad del vuelo a lo largo de toda la Γ³rbita, la limitada
ξξξξξ ξξξ ξ
ξξξξξξξξξ ξξξξ ξξξξξξξξ ξξξξξξ ξξξ ξξξξξξ§ξξ
ξξξ ξξξ ξξξ
ξξξξξξξ ξ ξ₯΄ξ₯²ξ₯²ξ₯²ξ¦ξ₯΅ξ₯²ξ₯²ξ₯²ξ ξξ2) y la dependencia simultanea de
ξξξξξξξ
ξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξ§ξξ
ξξξ
de la tierra y la del Cubesat en el espacio.
Uno de los mΓ©todos alternativos para determinar
las coordenadas del Cubesat en el espacio es el sistema
ξ²ξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξξξ ξξξξξξξξξξξ
ξξ¦ξ
ξξξξξ
ξξξξ³ξξ ξξξξ¦ξ
ξ ξξ
los sensores colocados en los aviones.
ADS-B es un sistema de informaciΓ³n y
mediciΓ³n que permite a los pilotos en la cabina de la
ξξξξξξξξξ ξξ ξξξξ ξ
ξξξξξξξξξξξξξ ξξξ ξξξξ§ξξ
ξξ ξξ±ξξξξ ξξξ ξξξξξξξ‘ξ
observar el movimiento de las aeronaves y recibir datos
de navegaciΓ³n aΓ©rea, en un computador sin utilizar los
radares tradicionales.
ADS-B no estΓ‘ diseΓ±ado directamente para
resolver el problema de triangulaciΓ³n, el formato del
campo βtrekβ en los sistemas ADS-B es de 5 dΓgitos, lo cual
ξξξξξξ§ξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ’ξ
considerando que la propagaciΓ³n de la seΓ±al emitida
por las aeronaves es omnidireccional, estas pueden ser
captadas por los dispositivos electrΓ³nicos del Cubesat
y servir como base para resolver el un problema de
ξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξξξ§ξξ
ξξξξ€
Aplicado el problema de triangulaciΓ³n
ξξξξξ§ξξ
ξξξξ ξξ ξξξξ ξξξξξξξξ ξξ ξ
ξξξξξξξξξξξξ ξξξξ ξξξξξ ξξξ ξξξ
ξξξξξξξξξξξξξ‘ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ£
β’ξ ξξξξξξξξξξξξξξξξξξ
ξξξξξξξ
ξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξξ
y buques; cuya posiciΓ³nes transmitida por el
sistema ADS-B;
β’ξ Se desconoce el momento exacto en el cual, las
seΓ±ales ADS-B son enviadas
β’ξ ξξξ ξξξξξξξ ξξξ ξξξξξξξξ
ξξξ ξξξ ξ
ξξξξξξξξξ ξξ
ξξξξξ‘ξ ξξξ
lo referente a la emisiΓ³n de paquetes de datos
desde los sensores ADS-B, mientras que el
Cubesatse considera pasivo.
β’ξ El cΓ‘lculo del cambio de ubicaciΓ³n para la
triangulaciΓ³n se realiza a bordo del Cubesat;
β’ξ ξξξ ξξξξξξξ ξξξ ξξξξξξ ξ ξξξξξξ ξ ξξξξξξξξ
ξξξξ ξξξξξ
sincronizaciΓ³n.
Un Cubesat puede estar compuesto por diversos
mΓ³dulos [3] siendo de principal interΓ©s el mΓ³dulo de
Control [4], ya que dependiendo de las acciones de control
realizadas [5] se puede dividir en:
1) Control de la maniobra del Cubesat, es decir,
el cambio de posiciΓ³n y velocidad simultΓ‘nea,
cambiando la magnitud y la direcciΓ³n del vector
principal de fuerzas externas;
2) CorrecciΓ³n de la trayectoria del Cubesat, es
decir, el cambio en el vector de fuerzas externas
es pequeΓ±o y los motores se encienden por un
corto tiempo;
3) InhibiciΓ³n del Cubesat, es decir, la formaciΓ³n
de un vector de fuerzas externas con el signo
opuesto, sin cambiar la posiciΓ³n del Cubesat en
el espacio;