Realisierung einer automatisierten Optical Ground Station für die Satelliten-Kommunikation

Abstract

Diese Arbeit behandelt sowohl die konzeptionelle Entwicklung als auch die Inbetriebnahme einer sogenannten optischen Bodenstation (engl. Optical Ground Station – OGS) für die Satellitenkommunikation. Diese Form der optischen Kommunikation gewinnt immer mehr an Bedeutung, da im Vergleich zur RF-Funkübertragung wesentlich höhere Bandbreiten erreicht werden können. Auf Basis einer bereits vorhandenen mechanischen Konstruktion wurde ein vollständiges Automatisierungskonzept für das sogenannte ASA Eye (Produktname der Fa. ASA Astrosysteme GmbH) entworfen und im Zuge dieser Arbeit auch umgesetzt. Das ASA Eye ist mit zwei Drehachsen für die Positionierung der Shutter-Öffnung ausgerüstet. Die erste Achse befindet sich in der Basis und entspricht dem Azimut-Winkel. Die zweite Achse ist 45 Grad zur Basis geneigt. Mit dieser Konfiguration können Satelliten auch bei einem direkten Zenit-Transit ohne Singularität getrackt werden. Die Übertragung der notwendigen Energieversorgung und der Kommunikationssignale des verwendeten CAN-Bus erfolgt über Schleifkontakte bei den beiden Achsen. Im Inneren befindet sich ein 80 cm Spiegelteleskop mit speziellem Equipment für die optische Satellitenkommunikation. Ziel dieser Arbeit war es, eine fernsteuerbare OGS umzusetzen. Dazu gehört nicht nur die Ansteuerung des Shutter-Antriebs und der beiden Drehachsen, sondern auch die Einbindung von Sensoren, eines Entfeuchters und zweier Ventilatoren. Die Umsetzung besteht aus drei dezentralen Kontrolleinheiten auf Basis des ESP32-S3 Mikrocontrollers, die über einen CAN-Bus mit einem externen Kontroll-PC vernetzt sind. Für die zentrale Steuerung der Funktionen der OGS wurde eine Windows-Software mit einer GUI implementiert. Zur Verifikation wurden zuerst verschiedene grundlegende Tests durchgeführt. Nach der Feinabstimmung der OGS wurden dann mehrere Low-Earth-Orbit-Satelliten (LEO) getrackt. Dabei wurde die Performance in Form von Jitter-Analysen im Live-Betrieb evaluiert. Alle Tests haben sehr zufriedenstellende Ergebnisse geliefert..

Datum der Bewilligung	2024
Originalsprache	Deutsch (Österreich)
Betreuer/-in	Gerald Zauner (Betreuer*in)