Les systèmes de communication prennent de nos jours une importance de plus en plus prépondérante dans tous les aspects de la vie courante et les exigences de connectivité se retrouvent dorénavant dans de très nombreux projets. Ces besoins de connexion exigent des débits de communication ainsi que des taux de couverture de plus en plus importants, poussant de ce fait vers l’utilisation de systèmes de communication par satellite (SATCOM). Les applications envisagées n’étant pas limitées à des installations fixes, celles-ci demandent de pouvoir assurer une communication par satellite depuis un porteur en mouvement. Il est donc nécessaire d’utiliser des servomécanismes de positionnement de l’antenne de façon à assurer un pointage correct de l’antenne vers le satellite. Ces positionneurs sont donc asservis de façon à orienter la ligne de visée de l’antenne vers le satellite, avec une erreur angulaire de l’ordre du dixième de degré. Cette précision a pour conséquences certaines exigences fortes sur la conception. Ces contraintes imposent l’utilisation de composants de qualité supérieure, des études mécaniques poussées ainsi que des réglages propres à chaque positionneur après assemblage. Dans le cadre de ces travaux de thèse, une stratégie de pointage différente de l’état de l’art a été conçue. Cette stratégie, nommée Helios (Hybrid Estimator of Line Of Sight), permet de lever certains verrous scientifiques spécifiques. Notamment, elle permet une diminution des performances requises de l’asservissement en position de l’antenne en fournissant une trajectoire plus facile à suivre. Cela permet une diminution des contraintes de conception, notamment mécaniques (frottements, raideurs …). Cela est rendu possible par une meilleure estimation de la direction à pointer, utilisant un plus grand nombre de mesures, sans introduire de retard dans l’estimation. Les moyens d’essais de Thales ont permis d’effectuer des essais expérimentaux sur des prototypes industriels. Ainsi, la stratégie est testée en simulation et en expérimentation sur un hexapode simulant un porteur, permettant un recalage du modèle de simulation à partir de données expérimentales. C’est ainsi que la stratégie est validée en conditions opérationnelles. Afin de réaliser ces tests expérimentaux, une étape de mise en place du moyen d’essais a été réalisée. Notamment, les outils de communication ont été mis au point (bus de terrains, liaisons série …). L’asservissement en position de la station a été réalisé à partir d’une identification non-paramétrique en boucle fermée du mécanisme. L’intégration de la station complète a été réalisée, permettant ainsi les tests en extérieur, sur un hexapode. / In military and civil application, satellite communications (SACTOM) are often needed on moving vehicles (drones, planes, land vehicles, vessels…) in order to transfer all kind of data (pictures, videos, internet …). These types of stations are called SATCOM On The Move (SOTM). In order insure high data rates, the antenna must be directional, which means that they direct electro-magnetic waves in a particular direction of space, called line of sight. The line of sight must be steered in order to be aligned with the satellite to insure a strong communication link with the highest data rate possible. Stabilized platforms, called Antenna Positioning System, aim to steer the antenna’s line of sight in the satellite direction. The pointing requirements are the source of conception constraints that reduce the cost efficiency of the overall station. This PhD report focus on the development and the study of a new pointing strategy called Helios (“Hybrid Estimator of LIne Of Sight”). This algorithm uses least squares to found the antenna pattern in real time, using an observation window. Among others, it allows to reduce the bandwidth of the control loops by generating a trajectory easier to follow. Therefore, it decreases the conception constraints (friction, backlash, field bus data rate …). Helios is tested through experimentation, using Thales industrial prototypes. The vehicle is emulated by a hexapod. Simulation is carried out in order to fit the measured experimental behavior. To do so, parametrical and non-parametrical identification has been done on the SOTM prototype. This way, Helios is validated and studied in operational conditions.

[pt] Atualmente, diversas áreas de Computação Gráfica necessitam processar uma grande quantidade de dados. Para visualizar em tempo-real esses dados é necessário lidar com dois tipos de problema. O primeiro está relacionado com o pouco tempo destinado para realizar os cálculos no processo de síntese de imagem. O segundo problema surge da capacidade limitada de armazenamento dos dispositivos de alta velocidade, como memórias RAM e de textura. Para resolver o primeiro problema, este trabalho utilizou a técnica de multi-resolução para representar os dados gráficos. A representação em multi-resolução permite que a quantidade de dados processada durante a visualização seja praticamente constante. O segundo problema foi resolvido a partir de um sistema de gerenciamento de memória preditivo baseado no modelo de memória virtual. Este trabalho propõe uma arquitetura que permite que qualquer tipo de dispositivo de armazenamento seja inserido. Os dispositivos estão organizados em seqüência. O funcionamento do sistema consiste em reservar um espaço de memória em cada dispositivo e gerenciar esse espaço de forma otimizada. O sistema de predição tem a finalidade de carregar antecipadamente os dados que serão provavelmente utilizados pela aplicação num futuro próximo. Este trabalho propõe um algoritmo de predição adaptativo específico para o problema de visualização. Este algoritmo explora as informações sobre as variações dos parâmetros da câmera e as informações sobre a taxa de transferência de dados, que são usadas para decidir o que deve ser carregado. As informações dos parâmetros da câmera ajudam a determinar os dados que possivelmente serão utilizados pela aplicação. A informação da taxa de transmissão é utilizada para decidir qual o nível de resolução desses dados que devem ser carregados antecipadamente para os dispositivos de alta velocidade. O sistema de gerenciamento de memória preditivo foi testado em aplicações de visualização de imagens de satélite e panoramas virtuais,em tempo-real. / [en] Nowadays, many areas of computer graphics need to process a huge amount of data. In order to visualize the data in realtime time, it is necessary to solve two different problems. The first problem is the limited time available to perform rendering. The second one arises from the restricted capacity of storage high-speed memories, like RAM and texture memories. In order to solve the first problem, this work has used multi-resolution techniques. The multi-resolution representation allows the application to work with a constant amount of data during the rendering process. The second problem has been solved by a predictive management memory system based on the virtual memory model. This work proposes an architecture that allows any storage device to be incorporated in the system. Devices are organized sequentially. The heart of the system consists in allocating an area of memory for each device and managing this space optimally. The predictive system aims to load in advance. The data that will probably be used by the application in the near future. This work proposes a specific adaptative prediction algorithm for the visualization problem. This algorithm exploits the information about the camera parameter variations as well as the data transfer rate, in order to decide what should be loaded. The camera parameters are used to determine which data will possibly be used by the application. The transfer rate is used to decide which resolution level of the data should be loaded to the high- speed devices, in advance. The predictive memory management system has been tested for real-time visualization of satellite images and virtual panoramas.

[pt] O efeito da atenuação por chuvas em enlaces satélites que operam em frequências acima de 10 GHz é decisivo no cálculo de desempenho do sistema. A evolução da tecnologia dos sistemas satélite e a necessidade de expansão dos serviços de comunicações móveis pessoais levaram ao uso de sistemas de comunicação com satélites de órbita baixa. Estes sistemas são particularmente interessantes para o oferecimento destes serviços por suas características de pequeno atraso de propagação e uso de potência de transmissão mais baixas que os sistemas geoestacionários. Satélites em órbita baixas (LEO) operam em altitudes de cerca de 1000km e possuem movimento em relação à estação terrena. Esta característica de mobilidade traz novas questões sobre o comportamento da atenuação por chuvas, em particular a necessidade de um modelo de previsão de atenuação para estes enlaces com ângulo de elevação variante no tempo. Neste trabalho um modelo para a previsão de atenuação em enlaces com ângulo de elevação fixo, mais preciso do que os existentes na literatura técnica, foi desenvolvido como primeiro passo para o tratamento do problema de enlaces com ângulo de elevação variável. A seguir foi feita uma simulação de medidas em enlaces LEO a partir do banco de dados de medidas de atenuação em enlaces fixos no Brasil, considerando um modelo de constelação de satélites. Foi implementado um método geral que utiliza o histograma dos ângulos de elevação do satélite como ponderação da distribuição cumulativa de atenuação em cada ângulo. O método foi testado contra os resultados obtidos com simulações para a constelação Globalstar sendo obtida muito boa concordância entre o modelo de predição desenvolvido e a simulação. / [en] Rain attenuation is the most important propagation effect to be taken into account in the performance calculation for satellite systems operation at frequencies above 10 GHz. The technological evolution of such systems and the need for personal communication systems with global coverage lead to the use of low earth orbit communication systems, that not only have shorter propagation delays but also allow the use of lower transmission power than the traditional geostationary systems. Low earth orbit (LEO) satellites have altitudes around 1.000 Km and are in motion relatively to the earth stations. This mobility requires a new approach to the problem of rain attenuation prediction, particularly the need for a prediction model that takes into account the elevation angle variability. In this work, an improved rain attenuation prediction method for the geostationary case has been developed as a starting point for the analysis of the nongeostationary case. Then, the rain attenuation in the a LEO system has been simulated using measured data from fixed system systems and the satellite constellation model. A general method for slant path rain attenuation prediction considering variable elevation angles is proposed. The method uses the histogram of the elevation angles to weight the distributions obtained for fixed elevation. The method has been tested with simulations performed for the Globalstar LEO system and a very good agreement was obtained.

[pt] Sintetizadores de séries temporais de atenuação por chuva constituem um importante recurso para o projeto, teste e otimização de Técnicas de Mitigação de Desvanecimento. Como dados experimentais de propagação não estão disponíveis para todas as configurações possíveis de enlaces Terra-espaço, a síntese de séries temporais de atenuação por chuva torna-se uma solução interessante, permitindo a reprodução das características dinâmicas de longa duração da atenuação pela chuva. Nesta tese de doutorado, modelos de canal capazes de sintetizar períodos curtos e longos de atenuação por chuva são analisados, testados e validados para os climas tropical e equatorial brasileiros. Aspectos críticos que determinam o correto comportamento destes geradores de séries temporais são analisados e sua faixa de validade é apresentada. Em regiões de clima tropical e equatorial, o desenvolvimento insuficiente da estrutura de telecomunicações terrestre e, por vezes, a necessidade de vencer distâncias continentais, amplificam a necessidade de implementação de sistemas de comunicação por satélite no médio prazo. Tais sistemas apresentam a vantagem de servir grandes áreas com curto tempo de implantação e a possibilidade de atingir mercado considerável. Para as novas aplicações, fortemente focadas em conteúdo multimídia para consumidores corporativos e residenciais, a banda C não é atraente porque o desenvolvimento de novos sistemas com pequenos terminais, como desejado, é incompatível com as grandes antenas necessárias para a proteção dos sistemas existentes nesta banda. Para o fornecimento de serviços multimídia a altas taxas é previsto o uso da banda Ka. Problemas de propagação são severos nestas altas faixas de frequência de forma que figuras de mérito padrão para desempenho e disponibilidade são difíceis de ser obtidas em regiões climáticas tropicais e equatoriais. Por esta razão, metodologias tradicionais de cálculo de enlaces, que levam ao uso de altas margens fixas não são as mais indicadas. Lança-se mão de Técnicas de Mitigação de Desvanecimento (Fade Mitigation Techniques, FMT). No projeto e otimização de FMTs, o conhecimento do comportamento dinâmico do canal de radiopropagação é necessário. Objetivando preencher este requisito, são usadas séries temporais de atenuação por chuva nas simulações de sistema. Porém, séries temporais experimentais não estão disponíveis em nível global em todas as frequências e inclinações de enlace desejadas, para que se projete e teste FMTs. Portanto, a alternativa ao uso de séries experimentais é a geração (sintetização) de séries temporais de atenuação por chuva fazendo uso de características climatológicas bem como de parâmetros geométricos e de propagação relativos ao enlace. Neste trabalho, modelos de canal baseados na abordagem original de Maseng e Bakken são testados com dados de beacon em 11,5 GHz (banda Ku), medidos em quatro localidades Brasileiras, representativas de climas tropical, subtropical e equatorial. Ainda, um modelo misto usando cadeias de Markov e um modelo, já existente, gerador de eventos de atenuação por chuva sob demanda é proposto e analisado. Validação é realizada por meio de variáveis de teste propostas pela ITU-R e também pela análise da fidelidade que características específicas dos eventos sintetizados possuem em relação às características de eventos reais medidos. / [en] Rain attenuation time series synthesizers constitute an important resource to the design, test and optimization of Fade Mitigation Techniques (FMTs). In the absence of experimental propagation data for every possible Earth-Space configuration, the synthesis of rain attenuation time series becomes an interesting solution to allow for the reproduction of the long-term dynamic characteristics of rain attenuation. In this thesis, channel models able to synthesize long- and shortterm rain attenuation periods are discussed, tested and validated for the Brazilian tropical and equatorial climates. Critical issues determining the correct behavior of such time series generators are analyzed and their range of validity is presented.

[pt] Neste trabalho, limites para a densidade de fluxo de potência equivalente produzida pelos lances de descida de sistemas de satélites nãogeoestacionários (não-GEO), operando na faixa de 3,7-4,2 GHz, são analisados. Estes limites visam proteger os receptores do Serviço Fixo por Satélite (FSS) das interferências produzidas por sistemas de satélites não geoestacionários, quando ambos operam na faixa de frequências considerada. A analise destes limites foi motivada pela Resolução 157 da Conferência Mundial de Radiocomunicações de 2015 (WRC-15), que ressalta a necessidade de estudos envolvendo aspectos técnicos e operacionais relativos à operação de sistemas não-GEO operando na faixa de frequências de 3,7 - 4,2 GHz de modo a permitir que esses sistemas possam operar nestas faixas de frequências assegurando, ao mesmo tempo, que os serviços primários existentes, entre eles o FSS, continuem protegidos. A importância do assunto fez com que este tópico fosse incluído na agenda da WRC-19. No trabalho, é inicialmente desenvolvida uma metodologia para a determinação de máscaras limitantes para a densidade de fluxo de potência equivalente produzida pelos lances de descida (epfd(descida)) de sistemas de satélites não-GEO. Esta metodologia foi utilizada na obtenção de duas máscaras baseadas, respectivamente, nos critérios de proteção das recomendações ITU-R S.1323 e ITU-R F.1495. Uma análise comparativa das máscaras de epfd(descida) obtidas foi feita considerando-se cinco constelações de satélites não-GEO do tipo Walker Delta, escolhidas adequadamente para cobrir um amplo conjunto de possibilidades. A análise utilizou, como base, o comportamento estatístico das margens associadas a cada uma das máscaras de epfd(descida) propostas. / [en] In this work, the limits for the equivalent power-flux density produced by the down-links of non-geostationary satellite systems (non-GSO), operating in the 3,7-4,2 GHz band are analyzed. These limits aim the protection of Fixed-Satellite Service (FSS) receivers, from the interferences produced by non-geostationary satellite systems, operating in the same frequency band. The analysis of these limits was motivated by Resolution 157 of the 2015 World Radiocommunication Conference (WRC-15), that recognized the need for studies on technical and operational aspects related to the operation of non-GSO systems operating in the 3,7-4,2 GHz frequency band, so that these systems can adequately operate in these frequency band while ensuring, at the same time, that the existing primary services, among them the FSS, remain protected. Due to its importance the topic was included in the agenda of the WRC-19. In this work, a methodology for the determination of limiting masks for the equivalent power-flux density generated by the down-links (epfd(down)) of non-GSO satellite systems is initially developed. This methodology was used to obtain two mask based, respectively, on the protection criteria of the ITU-R S.1323 and ITU-R F.1495 recommendations. A comparative analysis of the two obtained epfd(down) masks was made considering five Walker Delta type non-GSO satellite constellation, appropriately chosen to cover a wide set of possibilities. The analysis used, as a basis, the statistic behavior of the margins associated to each of the proposed epfd(down) masks.

[pt] A prestação de serviços de comunicação utilizando plataformas móveis é realizada tradicionalmente por sistemas via satélite do Serviço Móvel por Satélite (MSS) em faixas de frequência relativamente baixas. O crescimento elevado no número de conectividades de banda larga tornou claro que o espectro do Serviço Móvel por Satélite não é suficiente para atender às novas necessidades. Este fato motivou a Conferência Mundial de Radiocomunicações 2015 (WRC-15) a solicitar, em sua Resolução 158, que Setor de Radiocomunicações da União Internacional de Telecomunicações realizasse estudos envolvendo o compartilhamento de frequências e a compatibilidade entre estações terrenas em movimento (ESIMs) operando na faixas alocadas ao Serviço Fixo por Satélite (FSS) e outros serviços. Como consequência, o assunto foi também incluído na agenda da WRC-19. O presente trabalho, aborda a proteção de receptores do Serviço Fixo Terrestre contra interferência produzidas por ESIMs e propõe, inicialmente, uma metodologia para determinar a Áreas de Coordenação em torno da área de serviço de ESIMs operando no FSS na faixa 27,5-29,5 GHz. Conforme evidenciado no trabalho, as áreas de coordenação obtidas são normalmente complexas e inadequadas para utilização em um texto regulamentar. Assim, é também proposta uma metodologia para a determinação de uma Área de Coordenação Alternativa baseada numa distância D pré estabelecida. Na metodologia, a escolha da distância D adequada é feita com base em curvas do tipo ROC (Receiver Operating Chracteristics), usualmente utilizadas em problemas de detecção. Finalmente, é feita uma análise da redução de potência de transmissão das ESIMs (redução que depende de sua localização na área de serviço) necessária para garantir a proteção dos receptores do Fixo Terrestre fora da Área de Coordenação Alternativa proposta. / [en] The provision of communication services to mobile platforms has traditionally been accomplished by Mobile-Satellite Service (MSS) satellite systems using relatively low frequency bands. The high growth in connectivity requirements has made it clear that the spectrum allocated to the MSS is not enough to meet these new needs. This fact has motivated the World Radiocommunication Conference in 2015 (WRC-15) to invite, in its Resolution 158, Radiommunications Sector of the International Telecommunication Union (ITU-R) to carry out studies involving the frequency sharing and the compatibility between earth stations in motion (ESIM) operating within geostationary FSS allocations and other services. As a consequence, the issue was also included in the WRC-19 agenda. This paper deals with the protection of Fixed Service receivers against interference produced by ESIMs and proposes, initially, a methodology to determine the Coordination Areas around the service area of the ESIMs operating in the FSS in the range 27.5-29.5 GHz. As evidenced in the paper, the obtained coordination areas are usually complex and unsuitable for use in a regulatory text. Thus, a methodology is also proposed for the determination of an Alternative Coordination Area based on a predetermined distance D. In the methodology, the choice of the proper distance D is made based on ROC type curves (Receiver Operating Characteristics), usually used in detection problems. Finally, an analysis of the ESIMs transmission power reduction (reduction that depends on their location in the service area) necessary to guarantee the protection of the Fixed Service receivers outside the proposed Alternative Coordination Area.

[pt] O crescente interesse em Sistemas de alta densidade do Serviço Fixo por Satélite (High Density Fixed-Satellite Services - HDFSS) deu origem a estudos na União Internacional de Telecomunicações (UIT) para que sua implantação siga recomendações no intuito de minimizar a interferência em outros serviços de telecomunicações. Tais sistemas são interessantes devido à sua flexibilidade na implantação ubíqua de terminais de pequeno porte, sem a necessidade de coordenação. Com o objetivo de regulamentar a implantação de tais sistemas, o Grupo de Estudos 4 do Setor de Radio comunicações da UIT, que trata do serviço fixo por satélite, tem desenvolvido e sugerido estudos visando à criação de uma recomendação contendo metodologias para o compartilhamento de frequências envolvendo estações terrenas (terminais) ubiquamente distribuídas. Assim, em 2003, na Conferência Mundial de Radio comunicações da UIT, foram identificadas faixas de frequências específicas para a operação de sistemas HDFSS, sendo que grande parte das faixas de frequência identificadas é compartilhada, em caráter primário, com os sistemas do Serviço Fixo Terrestre (FS) e, por este motivo, é importante que sejam desenvolvidos estudos para regulamentação e o controle deste compartilhamento. No âmbito da UIT a principal motivação desses estudos é a análise da interferência provocada por sistemas HDFSS implantados em um país em serviços que compartilham a mesma frequência em um país vizinho. É neste cenário que o presente trabalho propõe uma metodologia para avaliação da interferência produzida por terminais ubiquamente distribuídos em sistemas FS. Essa metodologia visa a determinação de uma região de coordenação, possibilitando, assim, que terminais sejam implantados livremente fora desta região, garantindo níveis adequados de interferência nos sistemas FS. / [en] The growing interest in High-Density Fixed Service Satellite systems (HDFSS) has led to studies at the International Telecommunication Union (ITU) aiming the development of a recommendation for guidance on its implementation in order to minimize interference affecting other telecommunications services. Such systems are of interest due to their flexibility in the ubiquitous deployment of small terminals, Without the need for coordination. In order to regulate the implementation of such systems, the Study Group 4 of the ITU Radiocommunication Sector, responsible for the fixed-satellite service, has developed and suggested studies aimed at creating a recommendation containing methodologies for frequency sharing involving earth stations (terminals) ubiquitously distributed. Thus, in 2003, at the World Radiocommunication Conference of the ITU, specific frequency bands for HDFSS systems operation have been addressed, and most of the frequency bands identified are shared, on a primary basis, With the terrestrial fixed service systems (FS) and, for this reason, such studies for regulation and control of this share has become important. The ITU main motivation for these studies is the analysis of the interference caused by the HDFSS systems deployed in a country, into the communication sevices of neighboring countries. In this scenario, this paper proposes a methodology for evaluating interference produced by a ubiquitously distributed terminals into FS systems. This method aims at determining a coordination region, thus enabling terminals to be freely deployed outside this region, without producing unacceptable levels of interference into the FS receivers.

The thesis deals with exploitation of means of satellite navigation and derived technologies in the field of precision instrument approaches of civil air transport aircraft. Various navigation systems used for precision approaches are analysed. Their function is described as well as the benefits and limitations of them. Further, the technology of GPS satellite navigation is explained, as well as other technologies, which enhance the precision and capabilities of these systems.