Geolocalização por satélite - Satellite geolocation
A geolocalização por satélite é o processo de localização da origem de um sinal que aparece em um canal de comunicação por satélite. Normalmente, esse processo é usado para mitigar a interferência nos satélites de comunicação. Normalmente, esses sinais de interferência são causados por erro humano ou falha do equipamento, mas também podem ser causados por bloqueio deliberado. Identificar a localização geográfica de um sinal de interferência informa a atividade de mitigação.
Como funciona a geolocalização por satélite
Muitos satélites de comunicação compartilham uma determinada banda de frequência. À medida que um sinal é transmitido a um determinado satélite, existe uma certa quantidade de lóbulo lateral ou energia residual que é transmitida aos satélites adjacentes. Em uma estação de recepção que tem duas antenas, uma apontada para o satélite principal (o satélite para o qual o sinal se destina) e um satélite secundário (um satélite que está recebendo energia do lóbulo lateral), ambos os caminhos do sinal são recebidos e medidos. A partir de uma comparação desses caminhos, duas medições podem ser feitas: Diferencial de Tempo de Compensação (DTO) e Diferencial de Compensação de Freqüência (DFO). Essas medidas são frequentemente implementadas por meio do processamento de correlação. O DTO representa a diferença de tempo que o sinal leva para viajar pelos dois satélites, enquanto o DFO representa a diferença na frequência dos sinais recebidos pelos dois satélites. As diferenças de frequência observadas são devidas a diferentes desvios Doppler resultantes do movimento relativo do satélite e diferenças nas frequências de tradução dos dois canais de satélite. As frequências de tradução de canal e deslocamento e atraso Doppler de downlink podem ser calibrados fora das medições observando transmissores de localização conhecida simultaneamente nos canais. Isso deixa o uplink DTO e DFO como os observáveis. Consulte 'Sinais de referência' abaixo.
Linhas de Posição
Uma vez calculado o DTO, ele pode ser combinado com a posição conhecida dos satélites e da estação receptora. Essa combinação fornece um locus de posições na superfície da Terra para a fonte do sinal; a partir deste resultado, uma linha de posição (LOP) pode ser derivada. Uma linha semelhante pode ser derivada para as diferenças de frequência. Onde os dois LOPs se cruzam é o local de transmissão do sinal. Além da geolocalização com um LOP de tempo e um LOP de frequência, uma localização também pode ser determinada encontrando o ponto de cruzamento de dois LOPs de tempo. O segundo tempo LOP é uma medição idêntica usando um satélite secundário diferente, ou usando o mesmo satélite secundário, mas mais tarde no tempo. Da mesma forma, dois LOPs de frequência podem ser usados para determinar uma localização. Pode-se mostrar que, em geral, espera-se que os dois LOPs se cruzem em dois lugares. Em muitas circunstâncias, é possível descontar uma das interseções, por exemplo, por não estar na área de cobertura de um ou de ambos os satélites. Em algumas circunstâncias, não é possível distinguir as interseções de um par de LOPs; nesse caso, LOPs adicionais precisam ser determinados.
Sinais de Referência
Embora a medição do DTO e do DFO lhe dê uma ideia da localização da fonte do sinal, a localização será imprecisa. Existem muitos vieses no sistema de medição que, se não forem considerados adequadamente, se manifestarão como atrasos de tempo ou desvios de frequência. Por exemplo, embora a frequência de tradução de um satélite seja conhecida em alguns kHz, a geolocalização precisa requer medições de frequência com precisão de mHz único.
A fim de determinar a posição da fonte de sinal, um segundo conjunto de medições é necessário. Normalmente, isso é feito fazendo medições DTO e DFO para um sinal de referência simultaneamente com a medição do sinal alvo. A medição do sinal de referência é puramente passiva e serve simplesmente para remover os vieses do sistema. As mesmas medições feitas para o sinal de destino, DTO e DFO, são feitas para o sinal de referência. A chave para um sinal de referência é que a localização de transmissão desse sinal seja conhecida. Comparando o DTO do sinal de referência e o DTO do sinal alvo, um resultado conhecido como Diferença de Tempo de Chegada ( TDOA ) pode ser calculado. Da mesma forma, a partir do DFO do alvo e do DFO do sinal de referência, uma diferença de frequência de chegada ( FDOA ) pode ser determinada. Os resultados de TDOA e FDOA fornecem um número finito de localizações na superfície da Terra e, portanto, as linhas de posição (LOPs) são determinadas a partir dos resultados de TDOA e FDOA .
Uma limitação quanto à precisão com que uma localização pode ser obtida é o conhecimento das posições e velocidades dos satélites geradas pelas efemérides do satélite (descritores de órbita). Uma única referência geograficamente próxima ao alvo dará um alto grau de cancelamento dos efeitos de localização do erro de efeméride. As medições em sinais de vários locais de referência podem ser usadas para melhorar a precisão das efemérides de satélite, proporcionando assim uma precisão de geolocalização melhorada em geral.
Vários métodos de geolocalização
Os resultados de TDOA e FDOA podem ser reunidos e combinados em vários métodos para produzir resultados de geolocalização. Cada método tem suas vantagens e desvantagens em diferentes cenários de medição.
Geolocalização TDOA-TDOA
TDOA - A geolocalização do TDOA é realizada, geralmente, medindo os valores DTO usando dois satélites secundários, ou três satélites totais. Fazendo isso, duas linhas TDOA são geradas, esperançosamente, com um ponto de cruzamento. TDOA - A geolocalização do TDOA é ideal para alvos móveis, uma vez que o movimento do alvo irá introduzir mudanças de frequência variadas e aleatórias, fazendo com que um resultado FDOA seja inútil, a menos que seja obtido de um satélite altamente inclinado. TDOA - A geolocalização do TDOA não funciona para sinais não modulados. Devido à natureza repetitiva do sinal, nenhuma solução TDOA exclusiva existirá. Um problema com o uso de apenas TDOA linhas de posição é que eles tendem a ser norte-sul orientada e quase paralelos, de modo que o “ponto de passagem” de um TDOA - TDOA medição pode ser propenso a erros e incerto, como é “escondida” em uma longa interseção das linhas. Também é necessário cuidado ao interpretar os resultados dos alvos móveis se as duas observações do TDOA não forem obtidas simultaneamente, pois o alvo terá se movido entre as observações.
Geolocalização FDOA-FDOA
FDOA - A geolocalização do FDOA é realizada usando três satélites, ou usando medições separadas no tempo em dois satélites. A separação de tempo pode ser de 5 minutos ou até uma hora ou mais. Novamente, as duas linhas FDOA são usadas para encontrar um ponto de cruzamento ou local de destino. FDOA - A geolocalização do FDOA é necessária para os sinais CW. Georeferenciada sobre satélites altamente inclinadas, quer um de ambos a ser utilizado na medição, irá resultar em resultados mais precisos, realizando FDOA - FDOA geográfica. Isso se deve a uma grande diferença no movimento relativo, levando a uma grande diferença na frequência relativa entre os dois satélites. Um ponto relacionado é o erro para FDOA - FDOA cálculo contribuído por efemérides incerteza é relativamente pequeno. Alvos móveis provavelmente não serão localizados usando métodos FDOA , a menos que usando um satélite altamente inclinado. FDOA - A geolocalização do FDOA tem uma fraqueza interessante, pois durante uma certa quantidade de tempo por dia, os dois satélites usados têm muito pouca freqüência diferencial. Isso se deve ao movimento cíclico dos satélites. Durante esses períodos, as medições de FDOA não serão ideais. Além disso, a pequena diferença de frequência sendo medida é muito mais difícil de medir com precisão do que as diferenças de tempo.
Geolocalização TDOA-FDOA
TDOA - geolocalização FDOA , na maioria dos cenários, dá resultados ideais. Combinando linhas de tempo, que geralmente são orientadas de norte a sul, e linhas de frequência, que, geralmente, são orientadas de leste a oeste, você obtém um cruzamento quase perpendicular. Um cruzamento perpendicular significa menos incerteza na localização calculada. O TDOA - a geolocalização do FDOA também tem uma limitação interessante, pois geralmente há dois horários por dia, separados por cerca de 12 horas, onde o FDOA se torna muito pequeno e difícil de relacionar com um LOP preciso. Esses tempos podem ser calculados com base em informações de efemérides de satélite conhecidas e localização aproximada do transmissor e, portanto, podem ser evitados ao fazer medições FDOA .
O processo de geolocalização de um sinal requer algum conhecimento do sinal e de todas as técnicas para obter uma localização precisa.
A geolocalização de um sinal CW é quase impossível com TDOA-FDOA. No entanto, uma transmissão nominal em CW pode conter imperfeições, especialmente se uma estação transmitir perto de seu EIRP máximo. Conseqüentemente, ele geralmente tem um componente de ruído de fase que pode ser reconhecido como um sinal modulado e, portanto, usado para fazer medições de TDOA. No entanto, geralmente é mais preciso localizar uma portadora CW usando geolocalização FDOA-FDOA, mesmo para satélites não inclinados.
Isso é especialmente usado hoje em dia, sempre que ocorre um bloqueio de CW de alta potência de transmissões multiplex de potência total reais.
Referências
US 5570099 , DesJardins, Gerard A., " técnica TDOA / FDOA para localizar um transmissor", publicado em 1996
US 6018312 , Haworth, David Patrick, "Localizando a fonte de um sinal desconhecido", emitido em 2000
Haworth DP; Smith NG; Bardelli R; Clement T (1997). "Localização de interferência para o sistema de satélite Eutelsat". International Journal of Satellite Communications . 15 : 155–183.