Radome Protecting Multi-Band Test Terminal

La potente antena reconfigurable del MIT permite realizar pruebas avanzadas de comunicaciones por satélite


El radomo que protege la terminal de prueba multibanda, una gran antena en el techo de un edificio de laboratorio Lincoln del MIT, se muestra iluminado por la noche. Crédito: Glen Cooper

La antena reconfigurable puede transmitir y recibir señales en múltiples bandas de radiofrecuencia relevantes para aplicaciones militares y comerciales.

Una caja de antena de radio abovedada de 38 pies de ancho, o radomo, se encuentra en el techo de un[{” attribute=””>MIT Lincoln Laboratory building. Inside the climate-controlled environment, shielded from the New England weather, a steel structure supports a 20-foot diameter, 20,000-pound satellite communications (SATCOM) antenna. Called the Multi-Band Test Terminal (MBTT), the antenna can rotate 15 degrees per second, completing a single revolution in 24 seconds. At this speed, the MBTT can detect and track satellites in medium and low Earth orbit (medium and low refer to the altitude at which the satellites orbit the Earth).

Prior to the installation of the MBTT in 2017, the laboratory relied on a variety of smaller antennas for SATCOM testing, including OTAKaTT, the Over-the-Air Ka-band Test Terminal. The MBTT is seven times more sensitive compared to the nearly eight-foot diameter OTAKaTT antenna. And unlike its predecessor, the MBTT, as its name suggests, is designed to be easily reconfigured to support multiple radio frequency (RF) bands used for military and commercial satellite SATCOM systems.

“As a much larger, more powerful, and more flexible test asset than OTAKaTT, the MBTT is a game-changer for enabling the development of advanced SATCOM technology,” says Brian Wolf. He is a technical staff member in Lincoln Laboratory’s Advanced Satcom Systems and Operations Group.

Wolf participó en la instalación y puesta en marcha inicial del MBTT en 2017. Luego dirigió el MBTT a través de un riguroso proceso de certificación con el Comando de Defensa de Misiles y Espacio del Ejército de los EE. para operar en el sistema Wideband Global SATCOM (WGS).

Una constelación de 10 satélites propiedad y operados por el Departamento de Defensa de EE. UU., WGS proporciona conectividad de alta velocidad entre diferentes puntos de la Tierra. Desde 2019, Wolf ha sido investigador principal en un proyecto que posee el MBTT, apoyando el desarrollo de las capacidades SATCOM antiinterferencias tácticas (PATS) de la Fuerza Espacial de EE. UU.

“PATS está ampliando la capacidad para proporcionar servicios de forma de onda táctica protegida, o PTW, sobre WGS, así como satélites de transpondedores comerciales y nuevos satélites del Departamento de Defensa con procesamiento de PTW incorporado dedicado”, dice Wolf.

Terminal de prueba multibanda y equipo de desarrollo para comunicaciones tácticas antiinterferencias protegidas por satélite

La terminal de prueba multibanda y el equipo de desarrollo de comunicaciones satelitales tácticas antiinterferencias protegidas se reúnen dentro de una cúpula en el Laboratorio Lincoln del MIT. Crédito: Glen Cooper

Como explica Wolf, una forma de onda es la señal que se transmite entre dos módems cuando se comunican, y PTW es un tipo especial de forma de onda diseñado para proporcionar comunicaciones altamente seguras y resistentes a interferencias. La interferencia se refiere a cuando las señales de comunicación se interrumpen, ya sea accidentalmente por fuerzas amigas (quienes, por ejemplo, pueden haber configurado mal su equipo SATCOM y están transmitiendo en la frecuencia incorrecta) o intencionalmente por adversarios que buscan impedir las comunicaciones. Lincoln Laboratory comenzó a desarrollar PTW en 2011, contribuyendo con el diseño inicial y la arquitectura del sistema. En los años siguientes, el laboratorio participó en los esfuerzos de creación de prototipos y pruebas para ayudar a la industria a madurar los módems para el procesamiento de formas de onda.

“Nuestro prototipo de módem PTW se ha implementado en sitios industriales de todo el país para que los proveedores puedan probarlos al desarrollar sistemas PTW que se implementarán en el mundo real”, dice Wolf. La capacidad operativa inicial de los servicios de PTW en WGS está prevista para 2024.

El personal diseñó originalmente el MBTT como una herramienta de prueba para vehículos motorizados de dos ruedas. Directamente debajo del MBTT hay un laboratorio de desarrollo de PTW, donde los investigadores pueden realizar conexiones directamente a la antena para realizar pruebas de PTW.

Instalación de un nuevo alimentador de antena MBTT

El técnico de Lincoln Laboratory, John Boughner (en primer plano), ayuda a dos ingenieros de General Dynamics a instalar una nueva antena durante la instalación inicial del MBTT. Crédito: Glen Cooper

Uno de los objetivos de diseño del PTW es la flexibilidad de funcionamiento en una amplia gama de bandas de RF relevantes para las comunicaciones por satélite. Esto significa que los investigadores necesitan una forma de probar los vehículos motorizados de dos ruedas en estas bandas. El MBTT fue diseñado para admitir cuatro bandas de uso común para SATCOM que cubren frecuencias de 7 GHz a 46 GHz: X, Ku, Ka y Q. Sin embargo, el MBTT puede adaptarse en el futuro para admitir más otras bandas a través del diseño del alimentación de antena, el equipo que conecta la antena al transmisor y receptor de RF.

Para cambiar entre las diferentes bandas de RF admitidas, el MBTT se debe reconfigurar con una nueva alimentación de antena, que emite y recopila señales de la antena parabólica y los componentes de procesamiento de RF. Cuando no están en uso, las señales de antena y otros componentes de RF se almacenan en el Centro de Comando MBTT, ubicado debajo de la plataforma principal de la antena. Los alimentos vienen en una variedad de tamaños, el más grande mide seis pies de largo y pesa casi 200 libras.

Para reemplazar una fuente de alimentación por otra, se utiliza una grúa dentro del radomo para levantar, desbloquear y retirar la antigua fuente de alimentación; Luego, una segunda grúa levanta la nueva fuente de alimentación para colocarla en su lugar. No solo es necesario reemplazar la fuente de alimentación en la parte frontal de la antena, sino también todos los componentes de procesamiento de RF en la parte posterior de la antena, como el amplificador de alta potencia para aumentar las señales de satélite y el convertidor descendente para convertir las señales de RF en una frecuencia más baja más adecuada para el procesamiento digital, también debe ser reemplazada. Un equipo de técnicos calificados puede completar este proceso en cuatro a seis horas. Antes de que los científicos puedan realizar pruebas, los técnicos deben calibrar el nuevo alimento para asegurarse de que funcione correctamente. Por lo general, apuntan la antena a un satélite conocido para transmitir a una frecuencia específica y recopilar medidas de recepción, y apuntan la antena directamente al espacio libre para recopilar medidas de transmisión.

Desde su instalación, el MBTT ha respaldado una amplia gama de pruebas y experimentos con vehículos de dos ruedas motorizados. Durante la demostración de campo del servicio táctico protegido, un esfuerzo de creación de prototipos de módem PTW de 2015 a 2020, el laboratorio realizó pruebas en varios satélites, incluido el satélite comercial EchoStar 9 (que brinda servicios SATCOM de área amplia). país) y satélites WGS operados por el DoD.

En 2021, el laboratorio utilizó su prototipo de módem PTW como módem terminal para realizar una prueba en vivo del Servicio de empresa táctica protegida, una plataforma de procesamiento de PTW basada en tierra que Boeing está desarrollando bajo el programa PATS, con el satélite Inmarsat-5. El laboratorio volvió a utilizar Inmarsat-5 para probar un prototipo de sistema de control y gestión empresarial para habilitar SATCOM resistente e ininterrumpido. Durante estas pruebas, el prototipo de módem PTW, volando a bordo de un avión 737, se comunicó a través de Inmarsat-5 con el MBTT.

“Inmarsat-5 proporciona un servicio de transpondedor de banda Ka militar adecuado para PTW, así como un servicio de banda Ka comercial llamado Global Xpress”, dice Wolf. “A través de las pruebas de vuelo, pudimos demostrar conexiones de red resistentes de extremo a extremo en múltiples rutas SATCOM, incluido PTW en banda Ka militar y un servicio SATCOM comercial. De esta manera, si un enlace de comunicación satelital no funciona bien, tal vez esté congestionado con demasiados usuarios y no tenga suficiente ancho de banda, o alguien esté tratando de interferir con él, puede cambiar al enlace secundario de respaldo.

En otra demostración de 2021, el laboratorio utilizó MBTT como fuente de interferencia modelada para probar PTW en O3b, una constelación de satélites de órbita terrestre media propiedad de SES. Como explica Wolf, SES suministró gran parte de su propio equipo de antena terminal, por lo que en este caso el MBTT fue útil como instrumento de prueba para simular varios tipos de interferencia. Esta interferencia iba desde usuarios mal configurados que transmitían en las frecuencias incorrectas hasta la simulación de estrategias avanzadas de interferencia que podrían implementar otros estados nacionales.

MBTT también apoya los esfuerzos de divulgación internacional liderados por Space Systems Command, parte de la Fuerza Espacial de EE. UU., para extender la capacidad de PATS a socios internacionales. En 2020, el laboratorio utilizó MBTT para demostrar PTW de banda X en SkyNet 5C, un satélite de comunicaciones militares que brinda servicios a las Fuerzas Armadas del Reino Unido y las fuerzas de coalición de la Organización del Tratado Atlántico Norte.

“Nuestro papel surge cuando un socio internacional dice: ‘PTW, eso es genial, pero ¿funcionará en mi satélite o en mi antena terminal? dice Lobo. “La prueba de SkyNet fue la primera en usar PTW en banda X”.

Conectado a través de enlaces de fibra óptica a las instalaciones de investigación en el Laboratorio Lincoln, el MBTT también admitió pruebas sin PTW. Le personnel a testé une nouvelle technologie de traitement du signal pour supprimer ou supprimer les interférences des brouilleurs, de nouvelles techniques de détection et de géolocalisation du signal, et de nouvelles façons de connecter les utilisateurs de deux-roues motorisés à d’autres systèmes du Ministerio de Defensa.

En los próximos años, el laboratorio espera realizar más pruebas con más comunidades de usuarios dentro del Departamento de Defensa. A medida que el PTW alcanza la madurez operativa, el MBTT, como terminal de referencia, podría respaldar las pruebas de los sistemas de los proveedores. Y a medida que los satélites PTS con procesamiento PTW a bordo lleguen a la órbita, MBTT podría contribuir al monitoreo, la medición y la caracterización tempranos en órbita.

“Es un momento emocionante para participar en este esfuerzo, ya que los proveedores desarrollan verdaderos sistemas SATCOM basados ​​en los conceptos, prototipos y arquitecturas que hemos desarrollado”, dice Wolf.

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