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Los satelites y demas vehiculos espaciales siguen orbitas complejas que habitualmente pueden ser aproximadas con precision utilizando tecnicas analiticas y algoritmos de estimacion numerica. Sin embargo, existen situaciones, como es el caso de LEOP (Fase de Lanzamiento y Orbita Temprana) o cuando se producen maniobras criticas, que presentan una mayor incertidumbre en la posicion angular del vehiculo, pudiendo la misma alcanzar cotas de +/- 1o en los ejes de elevacion y elevacion cruzada, o incluso mayores. En estos casos, las grandes antenas reflectoras utilizadas para comunicaciones de TT&C (Telemetria, Seguimiento y Control) tienen anchos de haz demasiado estrechos como para garantizar una adquisicion rapida y fiable. Tradicionalmente se ha recurrido a la tecnica de Escaneo Conico, en la cual se superpone un movimiento circular al que efectua la antena mientras intenta seguir al satelite en cuestion, de tal forma que la verdadera DoA (Direccion de Llegada) de la senal del satelite puede ser interpolada a partir del patron de variacion de sus niveles de potencia. Mas recientemente, Astrium ha presentado un nuevo sistema en banda X, llamado XAA (Ayuda a la Adquisicion en banda X), que consiste en un reflector auxiliar de menor tamano adherido al principal. Gracias a un ancho de haz mas amplio, puede efectuar la adquisicion inicial de la senal deseada. Sin embargo ambos sistemas presentan desventajas. El Escaneo Conico tiene una convergencia lenta, alrededor de 1 minuto tipicamente, y puede resultar inapropiado en situaciones criticas, en las cuales se debe minimizar la cantidad de datos perdidos. Por otro lado, aunque el XAA converge rapidamente, por debajo de los 10 segundos, la adquisicion inicial esta limitada por el ruido termico, con mayor influencia teniendo en cuenta que la G/T (ganancia de antena sobre temperatura de ruido) de la antena auxiliar es menor. Ademas, su colocacion en el borde del reflector principal tiene un impacto mecanico considerable. Ambas desventajas se complementan puesto que, para incrementar la G/T, se necesita recurrir a reflectores de mayor tamano y mas pesados. Teniendo en cuenta que, para reducir costes, actualmente las agencias espaciales tienden a utilizar antenas de TT&C en banda X de menor tamano, en torno a 4 o 5 metros de diametro, parece que la unica solucion seria aumentar la potencia transmitida por el satelite, al menos durante las fases criticas. Si bien en las misiones actuales se recurre a esta opcion, no esta exenta de restricciones normativas y legales, principalmente relacionadas con las interferencias que se puedan causar a otros sistemas. Ademas, la potencia anadida no se utiliza en las fases normales de operacion del satelite, e implica por lo tanto una restriccion desaprovechada en los requisitos del segmento espacial de la mision. Es en este contexto donde se presenta la solucion SARAS, un novedoso sistema de ayuda a la adquisicion basado en arrays de elementos radiantes distribuidos sobre el perimetro del reflector principal, que ha sido implementado y probado con exito con senales de satelites reales. El uso de arrays reduce claramente el impacto mecanico en la antena principal, dado que el peso se reparte por todo el reflector. Ademas, teniendo en cuenta que las antenas del array tienen una gran separacion entre ellas, y que se procesa la senal recibida con algoritmos digitales de superresolucion, el sistema puede operar en entornos muy ruidosos, permitiendo que los elementos radiantes puedan tener bajas G/T y menor tamano. Por ultimo, puesto que la busqueda de la DoA de la senal deseada se efectua mediante escaneo electronico y no mecanico, la convergencia es mucho mas rapida que la del Escaneo Conico. La solucion propuesta obtiene por lo tanto ventajas tanto del Escaneo Conico como del XAA, combinandoles versatilmente de tal forma que ofrece nuevas aplicaciones para SARAS. El primer prototipo se ha implementado en banda S, principalmente para su uso en la adquisicion de lanzadores. Sin embargo, se ha considerado igualmente una migracion futura a banda X, para asi permitir que el sistema pueda acoplarse con antenas de TT&C con tamanos cada vez mas reducidos. Esta Tesis comienza con un breve analisis de la historia del uso de arrays en varias aplicaciones y, naturalmente, en comunicaciones por satelite, e incluye las bases teoricas del analisis de arrays que seran necesarias para evaluar el desempeno de SARAS. Dichas bases incluyen el modelo matematico de la senal recibida que sera considerado, asi como los algoritmos de estimacion de DoA y de calibracion que son el nucleo del sistema. Se presenta a continuacion la solucion desde una perspectiva de ingenieria de sistemas, incluyendo su descomposicion en subsistemas, con interfaces internas y externas, y el mapeado de los mismos a elementos hardware, todo ello siguiendo los criterios y necesidades de alto nivel que planteo la ESA (Agencia Espacial Europea) al comienzo del proyecto. Se exponen igualmente simulaciones en el entorno de programacion de Matlab, en una variedad de escenarios, y que sirvieron en su momento para tomar decisiones relativas al diseno del sistema SARAS. Tambien se comparan dichas simulaciones con los resultados obtenidos en campo con satelites reales de distintas misiones de la ESA, confirmando por lo tanto el desempeno final del sistema, y esbozando posibles mejoras al mismo, incluyendo la migracion a banda X, asi como sus aplicaciones comerciales.

Statistical techniques and algorithms applied in satellite communications antenna arrays for direction of arrival estimation and calibration