Comunicare nello spazio con Simulink

APPLICAZIONI AEROSPAZIALI –

Lockheed Martin ha progettato e implementato un Digital Channelizer riconfigurabile qualificato per l’impiego spaziale, utilizzando i programmi per il calcolo matematico di The Mathworks e riducendo così i tempi di verifica e di sviluppo.

Molti satelliti commerciali di comunicazione sono limitati a dei sistemi a banda fissa che assegnano un'ampiezza di banda agli utenti anche se questi non la utilizzano, sprecando così costose risorse. Lockheed Martin Space Systems ha sviluppato un Digital Channelizer a doppio stadio, che può cambiare su richiesta l'ampiezza di banda secondo le necessità puntuali degli utenti. I progettisti della Lockheed hanno realizzato e testato il Digital Channelizer utilizzando gli strumenti The MathWorks per la progettazione model-based. “Simulink e la progettazione model-based ci hanno permesso di visualizzare il funzionamento del sistema in esecuzione e il modello è stato utilizzato come Golden Reference per l'hardware” ha affermato Bradford Watson, progettista del gruppo per lo sviluppo di algoritmi avanzati presso la Lockheed Martin Space Systems Company. “Inoltre, Eda Simulator Link MQ si è dimostrato inestimabile per la costante verifica della precisione e della validità della progettazione e per la localizzazione di tutti i comportamenti anomali osservati nell'hardware.”

La progettazione di un sistema complesso
Lockheed Martin ha sentito l'esigenza di progettare un sistema che potesse essere aggiornato anche dopo il lancio, rendendo gli Fpga una scelta logica per l'implementazione. La progettazione di un sistema per l'impiego spaziale basato sugli Fpga è stata una sfida, infatti il sistema sarebbe stato esposto alle radiazioni orbitali, e gli Fpga sono altamente suscettibili alle radiazioni. Ad aumentare la difficoltà della progettazione vi sono state anche le frequenti modifiche dei requisiti. "All'inizio del progetto, i band plan e i requisiti del sistema cambiavano quasi tutti i giorni," afferma Watson. "Avevamo bisogno di un progetto e di strumenti software che ci consentissero di implementare una progettazione complessa e di apportare rapidamente le modifiche man mano che i requisiti venivano cambiati. Dovevamo inoltre sostituire un processo di verifica inefficace e suscettibile di errore, che richiedeva l'importazione e l'esportazione di file di testo e molti altri passaggi manuali."

Una soluzione completa
I progettisti di Lockheed Martin hanno utilizzato Matlab e Simulink per progettare, modellare e simulare il Digital Channelizer. Hanno quindi utilizzato Eda Simulator Link MQ e Mentor Graphics ModelSim per verificare, analizzare e visualizzare l'implementazione Vhdl in Simulink. Watson ha utilizzato Matlab per sviluppare gli algoritmi per il channelizer. Man mano che i band plan cambiavano, Watson ha parametrizzato gli algoritmi, potendo così personalizzare le variabili per implementare un nuovo band plan in pochi minuti. La possibilità di eseguire modifiche di progettazione rapide e iterative ha consentito al progetto di resistere anche di fronte al continuo cambiamento dei requisiti. Un secondo progettista di Lockheed Martin ha utilizzato Simulink per sviluppare un modello hardware di Digital Channelizer basato sugli algoritmi Matlab. Ha utilizzato linee di ritardo, interleaver, deinterleaver e altri blocchi di Signal Processing Blockset e di Communications Blockset per implementare due fasi di channeling e due fasi di ricostruzione e per gestire e simulare l’interazione tra le stesse. Il team ha utilizzato Simulink anche per realizzare i test bench che contemplano sorgenti di segnali, come i segnali simulati di radiofrequenza/frequenza intermedia e gli strumenti di analisi di output, quali le visualizzazioni delle Fft e degli spettrogrammi. "I modelli Simulink hanno documentato la progettazione, hanno fornito la tracciabilità e ci hanno consentito di visualizzare gli output del sistema durante il suo funzionamento" sottolinea Watson. Dopo l'implementazione della progettazione in Vhdl, i tecnici hanno utilizzato Eda Simulator Link MQ e Mentor Graphics ModelSim per eseguire una verifica funzionale finale dell'implementazione Vhdl a livello binario.

Nello spazio con Lockheed Martin
Lockheed Martin è un'azienda attiva nei settori dell'ingegneria aerospaziale e della difesa. Formatasi nel 1995 dalla fusione tra la Lockheed Corporation e la Martin Marietta, attualmente ha sede a Bethesda, nel Maryland, e impiega circa 130.000 persone. L'azienda è il maggior contraente militare degli Stati Uniti. Tra gli appalti che negli anni la società si è aggiudicata quello relativo alla costruzione del veicolo spaziale Orione, con il quale la Nasa ha intenzione di riportare l'uomo sulla Luna.
www.lockheedmartin.com

Da The MathWorks programmi per calcolo matematico
The MathWorks sviluppa programmi per il calcolo matematico. Matlab, il linguaggio del calcolo tecnico, è un ambiente di programmazione per lo sviluppo di algoritmi, l'analisi dei dati, la visualizzazione e il calcolo numerico. Simulink è un ambiente grafico per la simulazione e la progettazione model-based di sistemi dinamici multidominio e per la generazione di codice embedded. I progettisti e gli scienziati di tutto il mondo si affidano a queste famiglie di prodotti per accelerare il ritmo delle scoperte, dell’innovazione e dello sviluppo nei settori automobilistico, aerospaziale, elettronico, dei servizi finanziari, biotecnologico e farmaceutico. Con sede centrale a Natick, Massachusetts e fondata nel 1984, The MathWorks impiega attualmente oltre 2.100 persone in 15 paesi.
www.mathworks.com

Pubblica i tuoi commenti