In der Übersicht
Das Projekt behandelt die Satellitenverfolgung mittels Antennennachführung auf Basis von empfangenen Signalstärken und der Analyse von Abweichungen zwischen berechneten Satellitenbahndaten und tatsächlich gemessenen Bahnen. Ausgangspunkt sind die Bahndaten im TLE-Format, die von der US Space Force bereitgestellt werden und im öffentlichen Internet abgefragt werden können. Diese Daten können, abhängig von ihrer Aktualität, Abweichungen zur realen Satellitenbahn aufweisen, was die präzise Nachführung von Antennen mit hohem Gewinn erschwert. Zusätzlich können weitere Fehlerquellen bei der Antenne und deren Montierung oder atmosphärische Effekte die Genauigkeit der Nachführung beeinträchtigen.
Im Rahmen des Forschungsprojektes wird untersucht, in welchem Umfang Abweichungen zwischen den TLE-Daten und der tatsächlichen Satellitenbahn auftreten. Hierzu wird eine Empfangsanlage genutzt, die auf dem Campus der Hochschule Luzern in Horw, Kt. Luzern, installiert ist. Durch automatische Antennennachführung anhand des empfangbaren Baken-Signals eines Satelliten werden kontinuierlich die Winkeleinstellungen der beiden Achsen des Antriebssystems aufgezeichnet, um die Überflugbahn präzise zu rekonstruieren. Ein Vergleich dieser Daten mit den Bahndaten aus den TLE-Daten gibt Aufschluss über die Genauigkeit und die potenziellen Abweichungen.
Eine Literaturstudie zur elektromagnetische Wellenausbreitung bei Frequenzen im UHF- und SHF-Band zeigt, dass die Ausbreitung nur marginal von der Ionosphäre beeinflusst wird, jedoch Effekte der nichtionisierten Atmosphäre, wie Dämpfung durch atmosphärische Gase, Absorption durch Regen und Szintillation, von Bedeutung sind. Für Frequenzen über 10 GHz sowie bei niedrigen Elevationswinkeln nehmen die Dämpfungseffekte deutlich zu.
Die dynamische Charakterisierung der X/Y-Montierung der Antenne zeigt, dass diese präzise Kursvorgaben umsetzt, wobei die Fehler im Azimut unter 0,5° und in der Elevation unter 0,3° liegen. Während der Überflüge wird durch einen entwickelten Algorithmus die Antenne anhand der empfangenen Signalstärke nachgeführt, wobei kontinuierlich die Signalverluste infolge zufällig gewählter Abweichungen minimiert werden. Der Algorithmus schätzt die Position und Geschwindigkeit des Satelliten in Echtzeit und passt die Antennenausrichtung entsprechend an.
Die Ergebnisse einer Messkampagne zeigen auf, dass der Algorithmus die Antenne präzise auf dem Satellitenkurs hält. Die festgestellten Abweichungen der aufgezeichneten Bahnverläufe zu den Bahnen gemäss TLE-Daten liegen mit Ausnahme eines Satelliten, in der Grössenordnung von Zehntelgrad.
