Valutazioni delle prestazioni di tecnologie a spettro espanso per applicazioni spaziali di monitoraggio

This thesis aims to analyze and integrate different aspects of telecommunication technologies in space environment, in order to monitor data from sensors in space. One aspect is the sensors monitoring on board; proposes the use of a UWB RADAR device which is completely analyzed, with analyzing and comparing two different detection methods, the frequential one and the method based on the mapping of correlation peaks delays, from received UWB RADAR signal. The RADAR detects breathing and hearbeat frequency of a human being through these methods. A channel model chest is described to evaluate the effect of the wave signal reflections due to inner layers . In addition, the signal processing is discussed to solve the problem created by the reflection due to fixed obstacles , so-called static clutter , evaluating different algorithms performances (MS , RPS , LTS , DMF). The chest signal movement extraction allows tracking and studying certain respiration disorders as obtaining also information on heartbeat rate. The Radar device can be integrated with WBAN; a streamlined proposal for low- energy impact, based on PPAM UWB, is mentioned to monitor astronaut vital signs. Further aspect of spread spectrum communication technologies in aerospatial scenarios, where relative velocity due to movement between the source and destination are high and cause a considerable Doppler, are investigated; for example the data originating from the spacecraft. Some doppler shift and synchronism recovery schemes are shown, using spreading sequence families (Gold, Chaotic and De Bruijn) analyzing and comparing them through the Ambiguity Functions, in order to study an uncompensate Doppler shift receiver effect, such as a system in orbit with essential reduced electronic, both in the case in which it own a compensate Doppler shift receiver but the demodulated signal is affected by code doppler, that generates distorted autocorrelation functions from the received spreading sequences.

Questa tesi mira ad analizzare e integrare diversi aspetti delle telecomunicazioni in ambito spaziale, al fine di monitorare i dati provenienti da sensori nello spazio. Un aspetto è quello del monitoring dei sensori a bordo; si propone l’uso di un dispositivo RADAR UWB che viene analizzato in maniera completa, sviluppando e confrontando diversi metodi di rivelazione, uno frequenziale e uno basato su mappaggio dei ritardi di correlazione, dalla matrice del segnale RADAR UWB ricevuto. Il RADAR si propone attraverso questi metodi di rilevare le frequenze di respiro e di battito di un essere umano. Viene descritto un modello di canale toracico per valutare l’effetto delle riflessioni degli strati interni sull’onda di segnale. Inoltre viene trattata l’elaborazione del segnale per risolvere il problema generato dalla riflessione dovuta a ostacoli fissi, valutando prestazioni di diversi algoritmi (MS, RPS, LTS, DMF). L’estrazione del segnale di movimento toracico permette di registrare il tracciato e di studiare alcune patologie della respirazione oltre che a ricavare l’informazione sulla frequenza cardiaca. Il dispositivo RADAR può essere integrato con le WBAN, di cui viene menzionata una proposta snella e a basso impatto energetico, basata su PPAM UWB per monitorare i parametri vitali di astronauti. L’ altro aspetto affronta le tecnologie di comunicazione a spettro espanso in presenza di scenari spaziali in cui le velocità di movimento relativo tra sorgente e destinazione sono elevate e determinano un Doppler considerevole, ad esempio per i dati provenienti dai velivoli spaziali; vengono presentati alcuni schemi per il recupero del doppler shift e per il recupero del sincronismo; vengono analizzate e confrontate, anche attraverso le Funzioni di Ambiguità, alcune famiglie di sequenze di espansione (Gold, Caotiche e De Bruijn) , al fine di studiare, sia l’effetto di un ricevitore che non può compensare il doppler shift, sia il caso in cui invece si riesca a compensare il Doppler shift ma il segnale demodulato risulta affetto da code doppler, il quale genera le distorsioni delle funzioni di autocorrelazione delle sequenze di spreading ricevute.