Integration of a GPS subsystem into the Aalto-1 nanosatellite

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis

Date

2013-04-22

Major/Subject

Älykkäät tuotteet

Mcode

ETA3006

Degree programme

AUT - Automaatio- ja systeemitekniikka

Language

en

Pages

90+11

Series

Abstract

GPS:ää käytetään lisääntyvässä määrin matalan kiertoradan avaruusalusten navigoinnissa. Satelliitin varustaminen GPS-vastaanottimella mahdollistaa paikan, nopeuden ja ajan tarkan määrittämisen autonomisesti ilman tarvetta usealle maanpäälliselle seuranta-asemalle. Yleisten kaupallisten GPS-komponenttien käyttö mahdollistaa autonomisen paikannuksen jopa edullisille nanosatelliiteille. GPS-komponentit on kuitenkin valittava ja niiden toimivuus varmistettava huolellisesti. Diplomityön tavoite on tuottaa tarkka suunnitelma GPS-alijärjestelmästä, joka tullaan integroimaan Aalto-1-nanosatelliittiin. Vaikka satelliitin avaruuteen menevä malli ei ole diplomityön lopussa valmis, diplomityön sisältämää suunnitelmaa voidaan suoraan käyttää lopulliseen järjestelmäintegraatioon. Työssä myös arvioidaan tämänkaltaisten GPS-laitteiden soveltuvuutta avaruussovelluksiin. Diplomityössä esitellään aluksi taustatietona Aalto-1-satelliittiprojekti, GPS-paikannusjärjestelmän toiminta yleisesti sekä satelliittien seuranta GPS:llä. Perustietojen esittelyn jälkeen kuvataan Aalto-1-satelliittiin suunniteltu GPS-alijärjestelmä sekä sen mekaaniset, sähköiset ja ohjelmistorajapinnat. Suunnitellulle alijärjestelmälle hahmotellaan verifiointisuunnitelmaa, jolla pyritään varmistamaan alijärjestelmän toimivuus avaruudessa halutulla tavalla. Myös joitakin verifiointisuunnitelman alkuvaiheen testejä esitellään, tärkeimpinä GPS-signaalisimulaatiot, PCB-prototyyppitestit ja antennin suorituskykytestit. Lopuksi esitetään loppupäätelmät järjestelmän toimivuudesta sekä ehdotuksia järjestelmän lopulliseen integrointiin satelliittiin.

GPS is increasingly used for spacecraft navigation in low Earth orbit. Equipping a satellite with a GPS receiver enables it to determine position, velocity and time autonomously, without the need for ground-based tracking stations. Using commercial off-the-shelf GPS components enables autonomous positioning even for low-cost nanosatellites. However, the components need to be selected and qualified carefully. This thesis presents the design of a GPS subsystem and a plan for its integration into the Aalto-1 nanosatellite. Although the flight model of the satellite won’t be ready by the completion of the thesis, the plan can be used in the integration of the final satellite system. The thesis also evaluates the feasibility of using this kind of commercial components in a satellite application. The thesis begins by introducing the Aalto-1 satellite project, basics of the Global Positioning System, and satellite tracking with GPS. After this necessary background information, the design for the GPS subsystem is presented, as are its mechanical, electrical and software interfaces. A verification plan is outlined that aims to ensure that the subsystem will operate correctly in space. Some initial steps of the verification plan are done as a part of the thesis and are also described, most importantly GPS signal simulations, PCB prototype tests and antenna performance tests. Finally, conclusions about the spaceworthiness of the GPS subsystem are given, as are suggestions for the final integration of the subsystem into the satellite.

Description

Supervisor

Kai Zenger

Thesis advisor

Martin Vermeer
Jaan Praks

Keywords

GPS, Aalto-1, CubeSat, nanosatellite, satellite tracking, nanosatelliitti, satelliittien seuranta

Other note

Citation