Design selection of micro-satellites constellation in LEO orbits on purpose of global coverage for communication and AIS services in shipping
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Μορφή: | Μεταπτυχιακή εργασία |
| Γλώσσα: | English |
| Έκδοση: |
Α.Ε.Ι. Πειραιά Τ.Τ.
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/5497 |
| _version_ | 1780278387096420352 |
|---|---|
| abstract | Last two decades, the trend for microsatellite constellations has been growing, especially in LEO orbits, to support a plethora of applications in various domains. At the same time, the increasing reliability and the use of low-cost (COTS- commercial off-the-shelf) of electronic equipment, in conjunction with the commercialization of space exploration, give an unprecedented momentum to the deployment of mega-constellations. In this ambit, the scope of this dissertation is to identify a design selection of satellite constellation, to support the AIS system for global and specific (Hellenic) region coverage, including the Mediterranean, mainly of commercial vessels. Initially, it has been detected the factors of orbit definition and its characteristics. Then, it is presented a review of satellite constellations, with an emphasis on shipping applications. Steps of design constellation have been identified, to design and simulate the scenarios of eight (8), twelve (12), and twenty-four (24) satellites. Walker-delta method has been used, as the most symmetric and optimum algorithm, for maximum coverage and the minimum number of satellites. Then, with the help of the STK program, simulations of subclasses have been analyzed and the results are related between themselves, to isolate the best performance of the scenarios. The comparison of the results confirmed that the scenario of twenty-four satellites can support the best performance for coverage, from 1350 km and inclination of 45°. At the same time, the scenario of twelve satellites, gives satisfactory results, for both, global and specific regions (Hellenic). Finally, the strategic value of microsatellite constellations, especially for small countries like Greece, has been detected. |
| abstracttranslated | Τις δυο τελευταίες δεκαετίες, παρατηρείται μια αυξανόμενη τάση στην ανάπτυξη αστερισμών μικροδορυφόρων, ειδικά σε χαμηλές τροχιές, τις επονομαζόμενες LEO (Low Earth Orbit), μεταξύ 400 και 2.000 χιλιομέτρων. Το χαμηλό κόστος κατασκευής τους και η υψηλή αξιοπιστία των ηλεκτρονικών συστημάτων τους, τους κάνει ιδιαίτερα δημοφιλείς στην υποστήριξη πολλών εφαρμογών σε ποικίλα πεδία της οικονομίας και της άμυνας. Σε αυτό το πλαίσιο, η παρούσα διπλωματική εργασία, αποσκοπεί στη σχεδιαστική επιλογή ενός αστερισμού μικροδορυφόρων, με στόχο την παγκόσμια κάλυψη του συστήματος AIS (Automatic Identification System) των πλοίων της εμπορικής ναυτιλίας και των επικοινωνιών αυτών. Επίσης, αναλύεται η κάλυψη (coverage) μιας περιοχής Ελληνικού ενδιαφέροντος, η οποία περιλαμβάνει την ευρύτερη περιοχή της Μεσογείου. Αρχικά, αναγνωρίζονται οι παράγοντες προσδιορισμού της τροχιάς ενός δορυφόρου και παρουσιάζεται μια επισκόπηση των αστερισμών δορυφόρων, με έμφαση σε εφαρμογές στη ναυτιλία. Έπειτα αναλύονται οι παράγοντες που συμβάλλουν στο σχεδιασμό ενός αστερισμού μικροδορυφόρων. Στη συνέχεια εντοπίζονται τα διαδικαστικά βήματα στο σχεδιασμού ενός αστερισμού δορυφόρων, με τη δημιουργία σεναρίων των οκτώ (8), δώδεκα (12) και είκοσι τεσσάρων (24) δορυφόρων. Στην ανάπτυξη των σεναρίων των αστερισμών, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Walker-delta, η οποία υπολογίζει τη μεγαλύτερη κάλυψη με τον μικρότερο αριθμό δορυφόρων. Η εξομοίωση των υποπεριπτώσεων συντελέστηκε με τη βοήθεια του προγράμματος STK (Systems Tool Kit). Τα αποτελέσματα συσχετίστηκαν μεταξύ τους, με στόχο την επιλογή του βέλτιστου συνδυασμού δορυφόρων, για την μεγαλύτερη κάλυψη και το μικρότερο revisit time. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων επιβεβαιώνει τη δυνατότητα επιλογής βέλτιστης απόδοσης, στο συνδυασμό των είκοσι τεσσάρων (24) δορυφόρων, αλλά και την πολύ ικανοποιητική απόδοση των σεναρίων των δώδεκα (12) και των οκτώ (8) δορυφόρων, στο ύψος των 1350 χλμ., με inclination 45°, αναλόγως των απαιτήσεων της αποστολής. Τέλος, επισημαίνεται η στρατηγική αξία ενός αστερισμού μικροδορυφόρων, τόσο στο εμπορικό όσο και στον αμυντικό πεδίο, για μικρές χώρες όπως η Ελλάδα. |
| advisor | |
| author | Νικολαΐδης, Δημήτριος |
| author_facet | Νικολαΐδης, Δημήτριος |
| author_sort | Νικολαΐδης, Δημήτριος |
| collection | Okeanis Institutional Repository |
| format | Μεταπτυχιακή εργασία |
| id | okeanis-123456789-5497 |
| institution | University of West Attica Campus II |
| keyword | Low earth orbit Space based AIS LEO orbits AIS Satellite constellation Earth coverage Revisit time Αστερισμός δορυφόρων Ναυτιλία |
| language | English |
| physical | 114 |
| publishDate | 2020 |
| publisher | Α.Ε.Ι. Πειραιά Τ.Τ. |
| record_format | dspace |
| spelling | okeanis-123456789-54972020-11-24T13:26:21Z Design selection of micro-satellites constellation in LEO orbits on purpose of global coverage for communication and AIS services in shipping Σχεδιαστική επιλογή αστερισμού μικροδορυφόρων σε τροχιά LEO με σκοπό την παγκόσμια κάλυψη υπηρεσιών επικοινωνίας και AIS στην εμπορική ναυτιλία Νικολαΐδης, Δημήτριος Νικητάκος, Νικήτας Μαντζούρης, Γεώργιος Παπαχρήστος, Δημήτριος TPSH::Τεχνολογία::Ναυτική Μηχανική TPSH::Τεχνολογία::Τηλεπικοινωνία::Τεχνητοί Δορυφόροι στην Τηλεπικοινωνία Low earth orbit Space based AIS LEO orbits AIS Satellite constellation Earth coverage Revisit time Αστερισμός δορυφόρων Ναυτιλία Last two decades, the trend for microsatellite constellations has been growing, especially in LEO orbits, to support a plethora of applications in various domains. At the same time, the increasing reliability and the use of low-cost (COTS- commercial off-the-shelf) of electronic equipment, in conjunction with the commercialization of space exploration, give an unprecedented momentum to the deployment of mega-constellations. In this ambit, the scope of this dissertation is to identify a design selection of satellite constellation, to support the AIS system for global and specific (Hellenic) region coverage, including the Mediterranean, mainly of commercial vessels. Initially, it has been detected the factors of orbit definition and its characteristics. Then, it is presented a review of satellite constellations, with an emphasis on shipping applications. Steps of design constellation have been identified, to design and simulate the scenarios of eight (8), twelve (12), and twenty-four (24) satellites. Walker-delta method has been used, as the most symmetric and optimum algorithm, for maximum coverage and the minimum number of satellites. Then, with the help of the STK program, simulations of subclasses have been analyzed and the results are related between themselves, to isolate the best performance of the scenarios. The comparison of the results confirmed that the scenario of twenty-four satellites can support the best performance for coverage, from 1350 km and inclination of 45°. At the same time, the scenario of twelve satellites, gives satisfactory results, for both, global and specific regions (Hellenic). Finally, the strategic value of microsatellite constellations, especially for small countries like Greece, has been detected. Τις δυο τελευταίες δεκαετίες, παρατηρείται μια αυξανόμενη τάση στην ανάπτυξη αστερισμών μικροδορυφόρων, ειδικά σε χαμηλές τροχιές, τις επονομαζόμενες LEO (Low Earth Orbit), μεταξύ 400 και 2.000 χιλιομέτρων. Το χαμηλό κόστος κατασκευής τους και η υψηλή αξιοπιστία των ηλεκτρονικών συστημάτων τους, τους κάνει ιδιαίτερα δημοφιλείς στην υποστήριξη πολλών εφαρμογών σε ποικίλα πεδία της οικονομίας και της άμυνας. Σε αυτό το πλαίσιο, η παρούσα διπλωματική εργασία, αποσκοπεί στη σχεδιαστική επιλογή ενός αστερισμού μικροδορυφόρων, με στόχο την παγκόσμια κάλυψη του συστήματος AIS (Automatic Identification System) των πλοίων της εμπορικής ναυτιλίας και των επικοινωνιών αυτών. Επίσης, αναλύεται η κάλυψη (coverage) μιας περιοχής Ελληνικού ενδιαφέροντος, η οποία περιλαμβάνει την ευρύτερη περιοχή της Μεσογείου. Αρχικά, αναγνωρίζονται οι παράγοντες προσδιορισμού της τροχιάς ενός δορυφόρου και παρουσιάζεται μια επισκόπηση των αστερισμών δορυφόρων, με έμφαση σε εφαρμογές στη ναυτιλία. Έπειτα αναλύονται οι παράγοντες που συμβάλλουν στο σχεδιασμό ενός αστερισμού μικροδορυφόρων. Στη συνέχεια εντοπίζονται τα διαδικαστικά βήματα στο σχεδιασμού ενός αστερισμού δορυφόρων, με τη δημιουργία σεναρίων των οκτώ (8), δώδεκα (12) και είκοσι τεσσάρων (24) δορυφόρων. Στην ανάπτυξη των σεναρίων των αστερισμών, χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Walker-delta, η οποία υπολογίζει τη μεγαλύτερη κάλυψη με τον μικρότερο αριθμό δορυφόρων. Η εξομοίωση των υποπεριπτώσεων συντελέστηκε με τη βοήθεια του προγράμματος STK (Systems Tool Kit). Τα αποτελέσματα συσχετίστηκαν μεταξύ τους, με στόχο την επιλογή του βέλτιστου συνδυασμού δορυφόρων, για την μεγαλύτερη κάλυψη και το μικρότερο revisit time. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων επιβεβαιώνει τη δυνατότητα επιλογής βέλτιστης απόδοσης, στο συνδυασμό των είκοσι τεσσάρων (24) δορυφόρων, αλλά και την πολύ ικανοποιητική απόδοση των σεναρίων των δώδεκα (12) και των οκτώ (8) δορυφόρων, στο ύψος των 1350 χλμ., με inclination 45°, αναλόγως των απαιτήσεων της αποστολής. Τέλος, επισημαίνεται η στρατηγική αξία ενός αστερισμού μικροδορυφόρων, τόσο στο εμπορικό όσο και στον αμυντικό πεδίο, για μικρές χώρες όπως η Ελλάδα. 2020-10 Μεταπτυχιακή εργασία http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/5497 en http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/ Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα Α.Ε.Ι. Πειραιά Τ.Τ. Πανεπιστήμιο Αιγαίου 114 http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/bitstream/123456789/5497/4/ntst108.pdf.jpg |
| spellingShingle | TPSH::Τεχνολογία::Ναυτική Μηχανική TPSH::Τεχνολογία::Τηλεπικοινωνία::Τεχνητοί Δορυφόροι στην Τηλεπικοινωνία Νικολαΐδης, Δημήτριος Design selection of micro-satellites constellation in LEO orbits on purpose of global coverage for communication and AIS services in shipping |
| title | Design selection of micro-satellites constellation in LEO orbits on purpose of global coverage for communication and AIS services in shipping |
| title_full | Design selection of micro-satellites constellation in LEO orbits on purpose of global coverage for communication and AIS services in shipping |
| title_fullStr | Design selection of micro-satellites constellation in LEO orbits on purpose of global coverage for communication and AIS services in shipping |
| title_full_unstemmed | Design selection of micro-satellites constellation in LEO orbits on purpose of global coverage for communication and AIS services in shipping |
| title_short | Design selection of micro-satellites constellation in LEO orbits on purpose of global coverage for communication and AIS services in shipping |
| title_sort | design selection of micro-satellites constellation in leo orbits on purpose of global coverage for communication and ais services in shipping |
| title_translated | Σχεδιαστική επιλογή αστερισμού μικροδορυφόρων σε τροχιά LEO με σκοπό την παγκόσμια κάλυψη υπηρεσιών επικοινωνίας και AIS στην εμπορική ναυτιλία |
| topic | TPSH::Τεχνολογία::Ναυτική Μηχανική TPSH::Τεχνολογία::Τηλεπικοινωνία::Τεχνητοί Δορυφόροι στην Τηλεπικοινωνία |
| url | http://okeanis.lib2.uniwa.gr/xmlui/handle/123456789/5497 |