Dissertação (Mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2012-10-17T05:57:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T01:21:19Z : No. of bitstreams: 1 110674.pdf: 11284550 bytes, checksum: abb5fb2c31f7a60a9594268dfe247a7f (MD5)

Orientador: Germano Bruno Afonso / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Parana / Resumo: Revemos os fenômenos da interação entre um satélite esférico e partículas neutras e carregadas da alta atmosfera. Introduzimos a perturbação no plasma causada pelo movimento do satélite e estimamos o efeito desta perturbação na aceleração de arrasto elétrico. Aplicamos os resultados para o satélite LAGEOS. / Abstract: The phenomena of interaction of a satellite with neutral and charged particles of the high atmosphere were here reviewed. The modification in the plasma due to the movement of a spherical satellite was introduced and this modification effect on the acceleration of electrical drag was evaluated. These results were applied to the LAGEOS satellite.

[pt] Este trabalho está relacionado ao problema da utilização eficiente da órbita de satélite geoestacionários. Neste problema, os satélites devem ser alocados adequadamente na órbita, obedecendo a limites de interferência máxima, de modo a satisfazer os requisitos de desempenho dos sistemas. Algumas técnicas para a determinação das posições orbitais de satélites existentes e planejados são mencionadas. Um novo modelo matemático para a otimização das posições orbitais dos satélites, baseado na minimização de uma função objetivo associada à interferência total que afeta cada um dos sistemas, é proposto. Finalmente, alguns resultados obtidos através da aplicação deste modelo são analisados e comparados a outros resultados disponíveis. / [en] This work is related to the problem of efficiently using the geoestationary satellite orbit in an interference limited environment. Some techniques to determine the orbital positions of existing and planned satellites are mentioned. A new mathematical model for optimizing satellite orbital positions based on the minimization of an objective function associated to the total interference affecting each system is proposed. Finally, results obtained through the application of this model are analysed and compared to other available results.

[pt] Este trabalho está relacionado ao problema do uso eficiente da órbita de satélite geoestacionário. A utilização eficiente da órbita é obtida através de um algoritmo de otimização que permite escolher as posições orbitais para os diversos sistemas de modo a reduzir ao máximo o percentual do arco orbital utilizado. Sendo assim, desenvolvido um modelo matemático que considerou além de aspectos de interferência, detalhes da geometria envolvida no problema (posições orbitais dos satélites, posições das estações terrenas, apontamento de antenas, etc.). Este modelo foi utilizado na definição de um problema de otimização com restrição cuja função objetivo se baseia na parcela do arco orbital utilizado. Neste problema de otimização com restrição foram consideradas restrições de níveis máximos de interferência (de entrada única e agregada) além de restrições de arcos orbitais, impostas por aspecto de propagação. O algoritmo de otimização utilizado requer o cálculo do Vetor Gradiente e da Matriz Hessiana. Para evitar erros de origem numéricos essas quantidades foram calculadas utilizando expressões analíticas desenvolvidas neste trabalho. O método matemático foi aplicado a situações específicas conduzindo a resultados que mostraram um uso eficiente da órbita de satélites geoestacionários através de soluções onde a parcela utilizada do arco é minimizada. / [en] This work is related to the efficient use of the geostationary satellite orbit. It presents and describes an optimization model which chooses the best orbital position for each satellite so that the length used orbital arc is minimized. A mathematical model considering aspects such as interference, geometry details (orbital position of the systems, earth station position, boresight of the antenna, etc) is proposed. This model was used in the definition of a constrained optimization problem in which the cost function is the length of the used orbital arc. Constrained imposed by propagation aspects (minimum elevation angle) and by the maximum allowable interference levels (aggregate and single-entry) are considered. The optimization algorithm requires the evaluation of the Gradient vector and the Hessian matrix. To avoid numeric problems, analytic expressions of these quantities were derived. Results of the application of this model to specific situations involving real data were also described and conducted to solutions where the length of the orbit used was minimized

[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.