Development of error models and tools for space-based multilateration systems performance assessment

Abstract

[ES] Los sistemas de Comunicaciones, Navegación y Vigilancia (CNS) basados en el espacio han desempeñado un papel crucial en el mejoramiento de la seguridad de las operaciones aéreas y en la expansión de la capacidad del espacio aéreo. Entre estos sistemas, la tecnología de Vigilancia y Difusión Dependiente Automática (ADS-B, por sus siglas en inglés) basada en el espacio se encuentra a la vanguardia de los avances en vigilancia aeronáutica. El siguiente salto evolutivo para los sistemas CNS basados en el espacio radica en el desarrollo de sistemas de vigilancia compuestos ADS-B+MLAT. Estos sistemas combinan los datos ADS-B de las aeronaves, que se transmiten en la portadora de 1090 MHz y se reciben en estaciones de recepción basadas en satélites pertenecientes a una constelación de órbita terrestre baja (LEO, por sus siglas en inglés) desplegada a nivel global, con los datos obtenidos a través de sistemas de multilateración (MLAT). Estas estaciones de recepción MLAT también se encuentran presentes en los mismos satélites que los receptores ADS-B. El objetivo principal de esta tesis de maestría es desarrollar herramientas que puedan estimar el error teórico asociado con un sistema de multilateración basado en el espacio. Al hacerlo, se vuelve posible diseñar una constelación de satélites que proporcione datos de posición con errores aceptables, según se definen en estándares específicos como el EUROCAE ED-142A. Para lograr este objetivo, se definirán indicadores de error apropiados, se desarrollarán modelos de error para los receptores a bordo de los satélites y se co-diseñará una interfaz con una herramienta de propagación de constelación LEO. Esta interfaz facilitará la provisión de información dinámica de posición de los satélites. Aprovechando esta información, se podrán realizar evaluaciones de rendimiento de un sistema específico y los resultados podrán visualizarse a través de una interfaz gráfica. Además, la interfaz gráfica permitirá la configuración de parámetros de evaluación, brindando al usuario la capacidad de adaptar el análisis a sus necesidades específicas.

[EN] Space-based Communications, Navigation, and Surveillance (CNS) systems have played a crucial role in enhancing the safety of air operations and expanding airspace capacity. Among these systems, space-based Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) technology stands at the forefront of aeronautical surveillance advancements. The next evolutionary leap for space-based CNS systems lies in the development of ADS-B+MLAT composite surveillance systems. These systems combine aircraft's ADS-B data, which are broadcasted on the 1090 MHz carrier and received by satellite-based receiving stations belonging to a globally deployed Low Earth Orbit (LEO) constellation, with data obtained through multilateration (MLAT) systems. These MLAT receiving stations are also present on the same satellites as the ADS-B receivers. The primary objective of this Master's Thesis is to develop tools that can estimate the theoretical error associated with a space-based multilateration system. By doing so, it becomes possible to design a satellite constellation that provides position data with acceptable errors, as defined in specific standards like EUROCAE ED-142A. To achieve this goal, appropriate error indicators will be defined, error models for the receivers onboard the satellites will be developed, and an interface will be co-designed with a LEO constellation propagation tool. This interface will facilitate the provision of dynamic satellite position information. Leveraging this information, performance evaluations of a particular system can be conducted and the results can be displayed through a graphical interface. Furthermore, the graphical interface will enable the configuration of evaluation parameters, empowering the user to tailor the analysis to their specific needs.