La Ingeniería Electrónica en el Radio Observatorio de ...
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La Ingeniería Electrónica en el Radio Observatorio de Jicamarca
J. L. Chau, R. Woodman, O. Castillo, L. Condori, R. Yanque, et al. Radio Observatorio de Jicamarca, Instituto Geofísico del Perú,
Lima
PUCP, 28 de Mayo del 2009
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Contenido
Introducción
Radares de Investigación y Electrónica
Desarrollos para otros instrumentos/proyectos Imágenes con radar
Primer instrumento peruano en el espacio (PERSEUS)
Oportunidades de prácticas y trabajo para estudiantes y recién egresados.
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Introducción Ubicado a ~20 km al
este de Lima
Construido a comienzos de los 60’s por la Agencia Nacional de Normas (NBS) de los EE.UU.
Donado al IGP en 1969, desde entonces ha sido operado y modernizado por científicos e ingenieros peruanos.
Ahora forma parte de la cadena occidental de radares de dispersión incoherente que se extiende desde Groenlandia hasta Perú.
UNI 8 Nov 2006
• Debido a la nubosidad casi constante, sobretodo en los meses de Invierno, en el ROJ no se hacen observaciones ópticas.
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Cadena radares de dispersión incoherente
Sondrestrom (SRF) Millstone Hill (MH)
Arecibo (AO)
Jicamarca (JRO)
Los radares de dispersión incoherente constituyen las herramientas más poderosas hoy en día para estudiar el espacio cercano a la Tierra (la ionosfera y la alta atmósfera)
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¿Por qué en Jicamarca?
“Debajo” del ecuador magnético (uso de una gran antena horizontal)
Facilidad de acceso aéreo y marítimo (cerca de Lima y Callao)
Libre de interferencia electromagnética externa (rodeado de montañas)
Contactos locales (el investigador principal, Dr. Ken Bowles, ya había trabajado con personal del IGP durante IGY 1958)
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Espacio cercano: Atmósfera y Ionosfera
Calentamiento por Ozono: O3 + luz solar O + O2
Calentamiento de la Superficie
Calentamiento por Oxígeno O2 + luz solar O + O
Troposfera
Estratosfera
Mesosfera
Termosfera
Gas neutro Gas ionizado
Protonosfera
Región D
Región E
Región F
Día
Noche
Ionización: O, N2, O2 + luz solar e + …
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¿Qué estudiamos? UNI 8 Nov 2006
ISR
Rad
ar d
e D
ispe
rsió
n C
oher
ente
Electrochorro ecuatorial
F Dispersa
150 Km. ecos
PEME
Turbulencia Neutra
• Densidad, temperatura, composición, velocidades • Modelamiento, tiempo espacial
• Dinámica de la atmósfera neutra (vientos, turbulencia, velocidades verticales) • Meteorología, aviación.
• Irregularidades ionosféricas (EEJ, 150-km, ESF). • SAR, GPS
Meteoros
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Antenas ROJ
Radar HF
Antena Principal
Modulo Hysell
Radar SOUSY
Arreglo Yagi
Antena COCO
Bistatic Tx
Radar AMISR
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Radares en el ROJ
Radar Frecuencia Potencia Pico
Ciclo de trabajo
Polarización Ancho de Banda
Tamaño y tipo de Antena
Jicamarca 50 MHz 3*1.5 MW 5% Cualquiera 1 MHz 300m x 300m Dipolos
JULIA 50 MHz 4*20 kW 1.5 y 5% Cualquiera 1 MHz Varias COCO,
Dipolos, Yagi
SOUSY 53.5 MHz 600 kW 4% Lineal 3 MHz 64m x 64 m Yagis
AMISR-7 435 MHz 112 kW 10% Circular 10 MHz 21m x 3.5 m Dipolos
Digisonde 1-20 MHz 300 W ?% Circular y Lineal
20 MHz Delta (tx), Lazos (rx)
Biestático 50 MHz 20-40 kW 5% Circular 1 MHz 16 x 1 Yagis
JASMET 50 MHz 20 kW 5% Lineal 1 MHz Yagis (tx), Dipolos (rx)
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Radares peruanos para estudios atmosféricos/ionosféricos
UNI 8 Nov 2006
Jicamarca
Piura SOUSY
Machu Picchu
Perfilador de vientos en Piura
Radar Coherente a bordo del Humboldt
AMISR-7
Paracas
Porcuya
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Radar: Funcionamiento simplificado UNI 8 Nov 2006
Dispersor isotrópico con sección transversal σ
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Radar: Diagrama de Bloques
Antenas
Transmisores
Conmutadores T/R
Antenas
Relojes
GPS
Receptores
Controladores de Radar
Sistemas de Adquisición y
Control
DDS
Datos Crudos o Procesados
Programas de Procesamiento
Programas de Análisis
Desarrollos Web
RF TTL 01001001
HW+SW
HW
SW
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Electrónica en el ROJ
Radio frecuencia y electromagnetismo (e.g., antenas, transmisores, etc.)
Automatización (e.g., operación de txs)
Control (e.g., osciladores de precisión usando GPS)
Desarrollo de hardware (e.g., equipos de radar)
Desarrollo de software (e.g., software radio)
Redes y computación (e.g., base de datos, protocolos web, etc.)
Procesamiento de señales (e.g., estimación de imágenes, procesamiento espectral, detección de objetivos)
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Imágenes con Radar: Diagrama de Bloques del Radar
Controladores de Radar Antenas
DDS
Transmisores
Conmutadores T/R
Relojes
GPS
Datos Crudos o Procesados
Programas de Procesamiento
Varios Receptores
Sistemas de Adquisición
y Control
Varias Antenas
Programas de Análisis
Desarrollos Web
RF TTL 01001001
HW+SW
HW
SW
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Swartz, 03/11/7
64vos
Imágenes con Radar: Configuración de antena
Tx con cuartos Norte y Sur
[Hysell y Chau]
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Imágenes con Radar: Ejemplo de irregularidades de la región F
[Hysell y Chau]
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PERSEUS: Funcionamiento simplificado
• Dos txs a bordo de un cohete emiten RF a diferentes frecuencias (VHF y UHF) . • En tierra se utilizan sistemas de recepción para ambas frecuencias y en algunos casos espaciadas. • La señal llega atenuada y con diferente fase dependiendo del medio que tenga que atravesar y la frecuencia que se utilice. • Interesa estudiar el medio que atraviesa la señal.
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PERSEUS: Diagrama de Bloques
Controlador de Radar
Sistemas de Adquisición y
Control
Reloj
Receptores VHF/UHF
Antenas VHF/UHF
Cohete
Antenas VHF/UHF
Radio Faro Tx/Reloj
Datos Crudos o Procesados
Programas de Procesamiento
Programas de Análisis
Desarrollos Web
RF TTL 01001001
HW+SW
HW
SW
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PERSEUS: Txs Radio Faros con Doble Frecuencia 38 y 570 MHz
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PERSEUS: Antenas de Tx Quadraloop UHF (570MHz)
UNI 8 Nov 2006
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PERSEUS: Antenas de Tx: VHF (38MHz) (1)
- Esta parte del proyecto fue una de las más desafiantes y crítica para el éxito del proyecto. - Dipolo corto (~90 cm). Tiene un capacitor en uno de los lados para compensar la longitud - La antena es sintonizable (ancho de banda angosto, alto Q) - La antena y el cohete donde iba a estar armada se simularon con programa de antenas FEKO.
Simulación de una antena VHF
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PERSEUS: Antenas de Tx VHF (38MHz) (2)
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PERSEUS: Receptores Digitales
Retos respecto al sistema usado en el radar: • Toma continua de datos en lugar de una ventana cada cierto tiempo • Recepción simultánea de señales con dos frecuencias diferentes. • Estabilidad de los relojes
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Programas de Simulación y Procesamiento (1)
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PERSEUS: Procesamiento de Datos
Remoción de outliers
Filtrado adaptivo al desplazamiento Doppler deseado, importante para separar señales provenientes de diferentes cohetes.
Estimación de la rotación del cohete para ambas señales (VHF y UHF)
Remoción de los efectos de rotación del cohete.
Remoción de efectos de gas emitido en otro instrumento del cohete.
Estimación del contenido total de electrones a lo largo de la trayectoria del cohete
Estimación de los perfiles de densidad (en altura), durante la etapa de subida del cohete.
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Instituciones Relacionadas al ROJ
Radio Observatorio de Jicamarca
Fundación Nacional de Ciencias de los EE.UU.
Universidad de Cornell
Ciencia Internacional
Instituto Geofisico del Peru
Otras Instituciones
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Relaciones con Instituciones
Universidad de Cornell Hysell, Farley, Swartz, Students
Otras Instituciones i.e., Universidades e institutos Internacionales y Nacionales
Radio Observatorio de Jicamarca Chau, Woodman,
Ingenieros, Físicos Estudiantes
Obtención de grados académicos
Soporte de usuarios, base de datos
Nuevas técnicas Procesamiento,
análisis Entrenamiento
Educación
Otros Instrumentos
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Estudiantes ROJ
Más de 50 tesis de Ph.D. con temas relacionados al ROJ o “ex-alumnos” ROJ la gran mayoría en Universidades de los EE.UU. 12 graduados peruanos, 7 de los cuales han
trabajado en el ROJ antes de seguir estudios de post grado.
6 ex-ROJ han comenzado estudios de Ph.D. en EE.UU. en los últimos 6 años.
Más de dos docenas de tesis de grado en instituciones peruanas, la mayoría de instituciones peruanas.
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Programas para estudiantes peruanos
Dirigido a: Estudiantes de 3ro, 4to y 5to año y egresados.
Ramas: Física, Ingenierías y Matemáticas
Duración: 3, 6, 12 meses
Horarios: Lunes a Jueves de 8 am a 6 pm
Prácticas incluyen: Movilidad y almuerzos
En el caso de tesistas, gastos relacionados a la tesis.
Postulación Llenar formato que se encuentra en nuestra web
Carta de interés
Dos cartas de recomendación
http://jro.igp.gob.pe/common_files/internship/practicante.php
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Nuestra experiencia
Además de los conocimientos de carrera son importantes: Auto aprendizaje Asumir nuevos retos Motivación Ingenio Inglés …
Perfiles de nuestros ingenieros “egresados” Estudios de post-grado (maestría y/o doctorado) Emprendedores en Industria tecnológica