Ονοματεπώνυμο: Μερόλλι Σπυρίδων
Αριθμός Μητρώου: ΤΛ20197
Θέμα:
Τίτλος στα ελληνικά: Τεχνολογίες Οπτικών Επικοινωνιών, Συστημάτων & Αισθητήρων Στην Αεροηλεκτρονική & Το Διάστημα
Τίτλος στα αγγλικά: Optical Communications, Systems & Sensors In Avionics & Space
Επιβλέπων:
Μπακλέζος Ανάργυρος, Επικ. Καθηγητής (Υπό διορισμό), Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
Τριμελής Επιτροπή
- Βαρδιάμπασης Ιωάννης, Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
- Μπακλέζος Ανάργυρος, Επικ. Καθηγητής (Υπό διορισμό), Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
- Νικολόπουλος Χρήστος, Επικ. Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
Περίληψη
Αυτή η διπλωματική εργασία ασχολείται με τις εξελίξεις αιχμής που προωθούν τα οπτικά συστήματα επικοινωνίας και των ραδιοσυχνοτήτων (Radio-Frequency – RF) για τις αεροηλεκτρονικές και διαστημικές εφαρμογές στο μέλλον. Οι θεμελιώδεις αρχές θέτουν τις βάσεις, ανοίγοντας το δρόμο για μια εις βάθος ανάλυση τεχνολογιών όπως η οπτική επικοινωνία ελεύθερου χώρου (επικοινωνία Free-Space-Optical – FSO), η οπτική δορυφορική επικοινωνία, η επικοινωνία οπτικών ινών για την αεροηλεκτρονική και η διαστημική διακίνηση για τον χειρισμό δεδομένων στο διάστημα .
Η επικοινωνία FSO, η αξιοποίηση δηλαδή της τεχνολογίας λέιζερ, αναδύεται ως μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση στα παραδοσιακά συστήματα ραδιοφωνικών αναμετάδοσης, προσφέροντας ασύγκριτα ποσοστά δεδομένων και ευελιξία στη μετάδοση δεδομένων μέσω του αέρα ή του χώρου. Η οπτική δορυφορική επικοινωνία, που εξελίσσεται και ενσωματώνεται συνεχώς με το 5G, επιδιώκει τη σμίκρυνση/μικρουργία (miniaturization) και την απρόσκοπτη ενσωμάτωση σε ολοκληρωμένα δίκτυα, εισάγοντας σε μια νέα εποχή συνδεσιμότητας.
Στην αεροηλεκτρονική, η επικοινωνία οπτικών ινών αξιοποιεί τη δύναμη της πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (WDM) για να ξεπεράσει τους περιορισμούς των ομοαξονικών καλωδίων, επιτρέποντας τη μετάδοση πολλαπλών σημάτων RF σε μία μόνο οπτική ίνα. Εν τω μεταξύ, τα διαστημικά σκάφη χρησιμοποιούν On-Off διαμόρφωση (OOK), διαμόρφωση θέσης παλμών (Pulse-Position-Modulation – PPM) και διαμόρφωση μετατόπισης μήκους κύματος (Wave-Shifting-Keying – WSK) για αποτελεσματική μετάδοση δεδομένων.
Η εισαγωγή του Spacefibre φέρει μια νέα εποχή στην τεχνολογία χειρισμού δεδομένων επί του σκάφους, προσφέροντας πρωτοφανή ποσά δεδομένων, δυνατότητες αποκατάστασης σφαλμάτων και πολλαπλές γραμμές για βελτιωμένη απόδοση και αξιοπιστία. Συμβατό με το SpaceWire (πρόγονο του SpaceFibre), το SpaceFibre προσφέρει επίσης δυνατότητες Hot Redundancy και Graceful Degradation, εξασφαλίζοντας ισχυρή απόδοση σε διαστημικές αποστολές.
Επιπλέον, αυτή η διπλωματική εργασία διερευνά τον κρίσιμο ρόλο που διαδραματίζει η σημαντική ανάπτυξη των πληροφοριών, οδηγώντας την αμείλικτη επιδίωξη πιο αποτελεσματικών μεθόδων μετάδοσης, λήψης και χειρισμού δεδομένων. Το αναπτυσσόμενο πεδίο της ανθρώπινης γνώσης απαιτεί συνεχή καινοτομία στις τεχνολογίες επικοινωνίας για να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της σύγχρονης κοινωνίας και να προωθήσει περαιτέρω την εξερεύνηση στον κόσμο.
Τέλος, οι αισθητήρες Fiber Bragg Grating (FBG) και τα Συμβολομετρικά Γυροσκόπια Οπτικών Ινών (Interferometric-Fiber-Optic-Gyroscopes – IFOG) παρουσιάζονται, απεικονίζοντας τη σημασία τους για την ενίσχυση της ακρίβειας και της αξιοπιστίας των αεροηλεκτρονικών και των διαστημικών συστημάτων. Αυτοί οι προηγμένοι αισθητήρες αποτελούν την έντονη επιδίωξη της αριστείας στον τομέα των τεχνολογιών επικοινωνίας και πλοήγησης, υπογραμμίζοντας τον βαθύ αντίκτυπο της συνεχιζόμενης έρευνας και ανάπτυξης στον τομέα.
Με κάθε πρόοδο, η αποτελεσματικότητα και η αξιοπιστία των συστημάτων επικοινωνίας για τις αεροηλεκτρονικές και διαστημικές εφαρμογές αυξάνονται, αποτελώντας πυλώνες για μελλοντικές έρευνες ή εφευρέσεις και επιτρέποντας στην ανθρωπότητα να ξεπεράσει τα όρια της Γης και να διερευνήσει την τεράστια έκταση του εναέριου (και μη) χώρου.
Abstract
This thesis delves into the cutting-edge advancements propelling optical and RF communication systems for avionics and space applications into the future. Fundamental principles lay the groundwork, paving the way for an in-depth analysis of technologies such as Free-Space-Optical (FSO) communication, optical satellite communication, fiber optic communication for aircraft avionics, and SpaceFibre for on-board data handling in spaceflight.
FSO communication, leveraging laser technology, emerges as a promising alternative to traditional radio relay systems, offering unparalleled data rates and versatility in transmitting data through air or space. Optical satellite communication, continually evolving and integrating with 5G, pursues miniaturization and seamless integration into integrated networks, ushering in a new era of connectivity.
In aircraft avionics, fiber optic communication harnesses the power of wavelength division multiplexing (WDM) to transcend the limitations of coaxial cables, enabling the transmission of multiple RF signals over a single optical fiber. Meanwhile, spacecrafts employ On-Off Keying (OOK), Pulse-Position Modulation (PPM), and Wavelength Shift Keying (WSK) for efficient data transmission.
The introduction of SpaceFibre heralds a new era in on-board data handling technology, offering unprecedented data rates, fault recovery capabilities, and multi-laning for enhanced throughput and reliability. Compatible with SpaceWire, SpaceFibre also supports hot redundancy and graceful degradation, ensuring robust performance in space missions.
Furthermore, this thesis explores the crucial role played by the inexorable growth of information, driving the relentless pursuit of more efficient methods of data transmission, reception, and handling. The expanding scope of human knowledge necessitates continual innovation in communication technologies to meet the demands of modern society and propel exploration further into the cosmos.
Towards the conclusion, Fiber Bragg Grating (FBG) and Interferometric Fiber Optic Gyroscopes (IFOG) sensors are spotlighted, showcasing their significance in enhancing the precision and reliability of avionics and space systems. These advanced sensors epitomize the relentless pursuit of excellence in the realm of communication and navigation technologies, underscoring the profound impact of ongoing research and development in the field.
With each advancement, the efficiency and reliability of communication systems for avionics and space applications reach new heights, laying the foundation for future breakthroughs and enabling humanity to transcend the boundaries of Earth and explore the vast expanse of the cosmos.
Λέξεις – Κλειδιά
Ραδιοσυχνότητα, Οπτικές επικοινωνίες ελεύθερου χώρου, Αισθητήρες, Αεροηλεκτρονική, Επικοινωνίες Διαστήματος, SpaceFibre.
Keywords
Radiofrequency, Free Space Optical Communications, Sensors, Avionics, Space Communications, SpaceFibre.
Ημερομηνία Εξέτασης: 30 Οκτωβρίου 2024
Χώρος Εξέτασης: Εργαστήριο 7, Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών, Κτίριο Α
Διαδικτυακά: https://meet.google.com/gkk-mqcx-psu