Real-Time Digital Twin Visualization and Simulation for the KARVEL Satellite Platform

LOPES, DANIEL FILIPE PIMENTEL DA ROSA

http://hdl.handle.net/10400.22/31162

Use this identifier to reference this record.

Name:	Description:	Size:	Format:
Tese_6082_v2.pdf		5.44 MB	Adobe PDF	Download

Send Feedback

Authors

LOPES, DANIEL FILIPE PIMENTEL DA ROSA

Advisor(s)

Carvalho, Tiago Diogo Ribeiro de

Abstract(s)

With advances in computational power and software, real-time data processing for digital twin rendering has become viable in aviation and the aerospace sector. This capability enables scientists and engineers to simulate real objects and their environments within a virtual space, allowing for accurate trajectory simulations, obstacle detection, and action planning before real-world implementation—thus reducing risks and optimising resources. In this study, data from the satellite’s onboard instruments are transmitted to mission control using network protocols optimised for real-time space communication. Mission control processes and visualises the telemetry, validates system behaviour, and issues telecommands to adjust spacecraft operations. A high-fidelity simulation, powered by a modern game engine, renders the satellite’s state and orbital behaviour in real time, based on telemetry data and telecommands. This work presents a proof-of-concept prototype for a digital twin application, aiming to explore and validate key functionalities that may be valuable in future satellite monitoring systems. The objective is to test the feasibility and usefulness of features such as real-time telemetry visualisation, telecommand execution, orbital simulation, and historical data playback in a virtual environment. The proposed architecture is designed to support seamless integration with telemetry-based systems and is aligned with aerospace standards wherever applicable. By simulating satellite behaviour and interactions with mission control, the prototype serves as a foundation for improving spacecraft monitoring, anomaly detection, and mission planning workflows.

Com os avanços no poder computacional e no software, o processamento de dados em tempo real para a renderização de gémeos digitais tornou-se viável na aviação e no setor aeroespacial. Esta capacidade permite que cientistas e engenheiros simulem objetos reais e os seus ambientes num espaço virtual, possibilitando simulações precisas de trajetórias, deteção de obstáculos e planeamento de ações antes da implementação no mundo real, reduzindo riscos e otimizando recursos. Neste estudo, os dados provenientes dos instrumentos de bordo do satélite são transmitidos para o controlo da missão através de protocolos de comunicação de rede otimizados para operações espaciais em tempo real. O controlo da missão processa e visualiza a telemetria, valida o comportamento do sistema e emite telecomandos para ajustar as operações da espaçonave. Uma simulação de alta-fidelidade, suportada por um motor de jogo moderno, representa em tempo real o estado e o comportamento orbital do satélite com base nos dados de telemetria e nos telecomandos. Este trabalho tem como objetivo desenvolver um sistema robusto que garanta uma transmissão contínua de telemetria, a execução de comandos e a simulação em tempo real do gémeo digital num ambiente virtual. A estrutura proposta foi concebida para ser interoperável com outros sistemas, alinhando-se com os padrões aeroespaciais existentes sempre que aplicável, e visa melhorar a monitorização da espaçonave, a deteção de anomalias e o planeamento da missão.