UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA TOR VERGATA FACOLTA DI INGEGNERIA

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI ROMA TOR VERGATA FACOLTA DI INGEGNERIA LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI ANALISI E SIMULAZIONE DELLE INTERFERENZE CAUSATE DAI SISTEMI RADAR E DME SUI RICEVITORI GALILEO Relatore: Prof. Mauro Leonardi Laureando: Cristian Auciello Co-relatore esterno: Ing. Franco Gottifredi Alcatel Alenia Space Italia Anno accademico

2 Introduzione Il presente lavoro si propone di studiare gli effetti di interferenza introdotti dai sistemi radar e DME su un tipico ricevitore Galileo. Si partirà da una breve introduzione ai fondamenti e alle tecniche di navigazione satellitare per poi passare ad una descrizione del sistema Galileo sia in termini di applicazioni e servizi che di aspetti architetturali legati in particolar modo alla definizione della costellazione dei satelliti e del segmento di terra. Verrà inoltre effettuata una trattazione dettagliata sulla struttura e modulazione dei segnali trasmessi. Il primo capitolo si concluderà con la valutazione delle possibili sorgenti di interferenza. I sistemi radar per il controllo del traffico aereo che lavorano in banda L ed i sistemi DME potrebbero inficiare negativamente sulla ricezione dei segnali Galileo. Nel secondo capitolo introdurremo inizialmente i principi di funzionamento di un generico sistema radar per poi approfondire la struttura del radar ATCR-44S; nel terzo capitolo affronteremo lo studio dei sistemi DME. Nel quarto capitolo sarà descritto un esempio di architettura per un generico ricevitore Galileo. Sebbene ci siano molte varianti di progettazione, tale ricevitore deve essere caratterizzato da alcune funzionalità di base. Tali funzioni saranno discusse in dettaglio partendo dalla caratterizzazione del front end fino ad arrivare all elaborazione digitale del segnale ricevuto. Proseguendo, nel capitolo 5 verrà effettuata un analisi teorica dell impatto che le interferenze a banda stretta hanno sulle modulazioni BPSK e BOC tipiche del segnale Galileo. L ultimo capitolo sarà infine incentrato sulla simulazione, in linguaggio di programmazione Matlab, del processo di acquisizione del segnale effettuato dal

3 INTRODUZIONE 6 ricevitore Galileo. Sarà quindi valutata l entità delle problematiche introdotte dai segnali interferenti e l efficacia della tecnica di pulse blanking come tentativo di mitigazione dell interferenza stessa. Al termine della trattazione sarà quindi possibile individuare se e in quale misura i sistemi ATCR-44S e DME comprometteranno l operato del ricevitore Galileo in termini di acquisizione del segnale trasmesso dalla costellazione satellitare.

4 INDICE Introduzione... 5 Capitolo 1 IL SISTEMA GALILEO Introduzione Principi di funzionamento Obiettivi e Servizi GALILEO Satellite-Only Services GALILEO Support Services Locally Assisted Services Performance dei servizi di navigazione I domini applicativi Settore marittimo Settore aeronautico Settore urbano Architettura del sistema Galileo Space Segment Componenti satellitari Il payload I moduli di servizio Ground Control Segment Ground Mission Segment Test User Segment Il segnale di navigazione I codici di spreading La modulazione del segnale Galileo Il segnale E Il segnale E Il segnale L Livelli di potenza ricevuti a terra Analisi delle interferenze Capitolo 2 I SITSTEMI RADAR Caratteristiche generali... 50

5 INDICE Radar per controllo del traffico aereo ATCR-44 S Le forme d onda Il trasmettitore Il ricevitore Unità a Radio Frequenza Unità a Frequenza Intermedia L antenna G Capitolo 3 IL DME Principi di funzionamento Caratteristiche del trasponder e dell interrogatore Specifiche sul segnale DME Capitolo 4 IL RICEVITORE GALILEO Stadio a radio frequenza Stadio a frequenza intermedia Automatic Gain Control Convertitore A/D Canale di ricezione Acquisizione Le soglie di acquisizione Il tracking Tracking del codice Tracking della portante Schema di tracking completo Capitolo 5 ANALISI TEORICA DELLE INTERFERENZE Calcolo del Jamming Resistance Quality Factor Q Calcolo del rapporto J/S tollerabile Capitolo 6 SIMULAZIONE DEL PROCESSO DI ACQUISIZIONE Simulazione del segnale E Acquisizione sul canale pilota Effetto dell interferenza dovuta all ATCR-44S Il pulse blanking sul canale pilota

6 INDICE Acquisizione sul canale con modulazione BOC(10,5) Effetto dell interferenza dovuta all ATCR-44S Il pulse blanking sul canale A Simulazione del segnale E Acquisizione sul canale pilota della sottobanda E5a Effetto dell interferenza dovuta al DME Il pulse blanking Capitolo 7 CONCLUSIONI APPENDICE A: Modulazioni numeriche utilizzate dal sistema Galileo A-1 Modulazione BOC A-2 Modulazione AltBOC APPENDICE B: Listato delle funzioni Matlab utilizzate nelle simulazioni B-1 Generazione del codice PRN B-2 Generazione della sottoportante quadrata B-3 Generazione del segnale E B-4 Calcolo della potenza del segnale ATCR-44S B-5 Generazione del segnale chirp B-5 Generazione dell impulso DME B-6 Acquisizione del segnale E6 sul canale pilota (command window) B-7 Acquisizione del segnale E6 sul canale A (command window) B-8 Acquisizione del segnale E5 sul canale pilota E5a (command window) Indice delle figure Indice delle tabelle Lista degli acronimi Riferimenti bibliografici