Implementazione di un sistema ottimizzato per la stima della frequenza di segnali mediante Phase-Locked Loops

I Phase-Locked Loops sono sistemi che forniscono una stima coerente in fase del segnale in ingresso. In ambito di tracking radiometrico di sonde deep space, essi vengono utilizzati per la stima della frequenza residua, indispensabile per attuare le funzioni di navigazione, determinazione d’orbita e guida. Sebbene le loro prestazioni siano deteriorate da disturbi di diversa natura, essi sono a tutt’oggi lo strumento più impiegato per elaborare dati provenienti da esperimenti di radio scienza, tant’è che diversi studi hanno tentato negli anni di migliorare le loro prestazioni, mediante l’utilizzo di diverse tecniche. Questa tesi ha l’obiettivo di implementare tramite MATLAB un sistema ottimizzato basato su PLL per la stima della frequenza dei segnali in uscita da sistemi di acquisizione open-loop. Partendo dai modelli numerici sviluppati in precedenza durante il tirocinio, si vogliono introdurre alcuni miglioramenti che riducano ulteriormente la misura dell’incertezza di stima, calcolata attraverso la radice dell’errore quadratico medio. A tale scopo, è stata introdotta una funzione di battimento del segnale stimato che fornisce un nuovo riferimento a frequenza costante. Ciò permettere al PLL di rielaborare nuovamente il segnale con bande di loop ottimizzate, le quali hanno la capacità di filtrare maggiormente il rumore termico del ricevitore, principale causa di disturbo per i segnali provenienti da sonde spaziali. In questo elaborato è analizzato in dettaglio il processo di determinazione d’orbita in modo da definire il ruolo essenziale che i PLL svolgono in tale ambito. Successivamente, è analizzato lo stato dell’arte dei suddetti sistemi e i loro limiti, i quali giustificano il crescente interesse verso un loro perfezionamento. Infine, sono presentati estensivamente i modelli matematici sviluppati durante questo studio e i loro risultati per dimostrare che il sistema di battimento implementato migliora l’accuratezza della stima della frequenza dei segnali.