FRM - Producción Académica de Posgrado - Maestría - Instrumentos Satelitales

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    Estudio de sistemas de compresión de imágenes para cámara satelital de alta resolución
    (2017-01-01) Martini, Matías; Pazos, Sebastián
    Las im´agenes adquiridas por instrumentos satelitales ´opticos de alta resoluci´on, representan grandes vol´umenes de datos y su compresi´on con p´erdidas a bordo es una alternativa para mitigar las restricciones de memoria y transmisi´on de datos, a costa de una degradaci´on de la calidad. El objetivo de este trabajo es presentar la selecci´on de un sistema de compresi´on de im´agenes para la C´amara de Alta Resoluci´on (CAR) de la misi´on SARE de la CONAE teniendo en cuenta la relaci´on de compromiso entre la tasa de compresi´on, la complejidad y la degradaci´on de la calidad de imagen. Se realiz´o una exploraci´on del estado del arte en compresi´on de im´agenes a bordo, contemplando sistemas basados en predicci´on, transformada discreta de coseno y transformada discreta de wavelet, que conduce a la preselecci´on de cuatro sistemas de compresi´on que son evaluados. Se presenta una revisi´on de las m´etricas de calidad de imagen que incluye las m´etrica cl´asicas de compresi´on de imagen y el NIIRS (National Imagery Interpretability Rating Scale) que es un indicador utilizado para im´agenes de alta resoluci´on. Para la estimaci´on del NIIRS, y su degradaci´on debido a la compresi´on, se desarroll´o un algoritmo que utiliza la informaci´on extra´ıda del an´alisis de bordes naturales presentes en im´agenes satelitales. Se muestran las alternativas de procesamiento evaluadas y su desempe˜no. Finalmente, se presentan los resultados de la evaluaci´on del desempe˜no de los sistemas de compresi´on JPEG-Baselines, JPEG2000, JPEG-LS y CCSDS-IDC, y se muestra que los ´ultimos dos presentan las mejores opciones considerando la relaci´on de compromiso que se persigue en este trabajo.
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    Influencia de estabilidad de apuntamiento en la calidad de imágenes para cámaras satelitales
    (2017-01-01) Ibañez, Ismael; Relloso, José; Carubelli, Marianela
    Definir las prestaciones de un sistema electro-óptico no es trivial debido a la gran cantidad de factores involucrados: parámetros de la óptica, del detector, las perturbaciones a los que está sujeto durante una captura, readiometría de la escena, y geometría del apuntamiento. La dificultad de especificar la calidad del producto de un sistema de captura de imagenes deriva usualmente en el sobre-dimensionamiento del mismo, para asegurar un rendimiento aceptable del mismo. Sin embargo, un sistema sobre-dimensionado implica mayores costos, tiempos de desarrollo, peso, consumo y volumen que un sistema diseñado de manera optima. Por ello, es de gran utilidad realizar un análisis de completo del proceso de captura de imágenes y así identificar que parámetros influyen de que forma en la calidad del producto final. Este proceso involucra la integración de la radiacion emitida y/o reflejada por la escena de interés, el muestreo y utilización digital de la misma, su procesamiento y posterior reconstrucción para ser visualizada.
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    Análisis, comparación e implementación de sistemas de refrigeración criogénica, para detector de HgCdTe a ser usado en satélites de observación terrestre
    (2017-01-31) Silva Griffouliere, Danilo; Marraco, Hugo; Castello, Nahuel
    En esta tesis, se analizan y comparan métodos de refrigeración criogénica que pueden ser usados en detectores de HgCdTe. Para ello se toma un caso particular de implementación que permite realizar un posterior análisis conceptual, entendiendo que no se trata de un estudio en detalle o de fabricación. En consecuencia, se decide basar el análisis en un satélite de la Misión SARE, el SARE 2A, además de considerar un detector comercial de HgCdTe en su principal instrumento, la CAR. De esta manera, la primera parte de la tesis está destinada a hacer un estudio radiométrico, que utiliza requerimientos de la misión satelital y características físicas, ópticas y electrónicas del instrumento y el detector; con la premisa de obtener una estimación de la temperatura máxima admisible, necesaria para una operación en concepto de ausencia de ruido térmico. La segunda parte comienza con una explicación y descripción de los distintos métodos de refrigeración contemplados, poniendo de manifiesto ventajas y desventajas a considerar. Por último, se concluye con la comparación cualitativa y cuantitativa entre métodos de refrigeración, haciendo uso de modelos matemáticos que describen las características de sistemas pasivos y una base de datos sobre mediciones de sistemas activos (cryocoolers).
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    Estudio y análisis de alternativas de diseño de la electrónica de control térmico para los sensores del instrumento TIR de la misión SABIA-Mar
    (2017-10-01) Alberto, Nicolás; Saad, Andrea; Fluxa, Patricio
    Este trabajo analiza distintas alternativas de diseño de la electrónica del control térmico para los sensores del instrumento óptico infrarrojo (TIR) de la misión satelital SABIA-Mar, en la configuración de Julio del 2016. Dicho instrumento está formado por seis sensores IRL512 basados en la tecnología de microbolómetros de óxido de vanadio (VOx). Para el funcionamiento de los mismos, la temperatura debe mantenerse estable. Cada sensor cuenta con un termistor y un módulo Peltier para estabilizar la temperatura. El termistor mide la temperatura en la zona sensible y el módulo Peltier suministra o evacúa un flujo de calor. El control térmico tiene estrictos requerimientos estabilidad térmica y consumo. En el presente trabajo se propone una arquitectura acorde a estos requerimientos y se procede a analizar las posibles alternativas de los circuitos que la componen. Como parte del trabajo se desarrolla un simulador del sistema de control térmico, que se utiliza como herramienta de análisis. Para ello se modela el circuito termo-eléctrico de los sensores y su entorno. Con la ayuda del simulador se elaboran los requerimientos de los circuitos electrónicos. Este proceso es iterativo, ya que se tiene en cuenta el impacto de los requerimientos en la complejidad de los circuitos. Se presentan y analizan alternativas de diseño para cada uno de los circuitos y se seleccionan las más apropiadas. Una vez concluida la selección, se simula el funcionamiento de los circuitos electrónicos y se verifican los requerimientos de diseño. Posteriormente se modela el comportamiento de los circuitos, y estos modelos se introducen en el simulador. Una vez introducidos los modelos, se realiza una evaluación de desempeño con el simulador basado en modelos, y se verifican los requerimientos del sistema de control térmico. Los resultados de simulación demuestran que el sistema propuesto cumple con los requerimientos del instrumento TIR de la misión SABIA-Mar. Los análisis de este trabajo permiten realizar una rápida evaluación ante un cambio de requerimientos y sugerir una nueva propuesta en caso de ser necesario.
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    Modelización y análisis de una cámara hiperespectral para su calibración espectral y radiométrica
    (2017-11-01) Rocco, Leandro; Masuelli, Sergio; Labanda, Martín
    El objetivo de este trabajo consiste en presentar la modelización y caracterización de una cámara hiperespectral sensible al espectro visible e infrarrojo cercano (VNIR), para llevar a cabo su calibración espectral y radiométrica. Se utilizó instrumental del laboratorio de óptica de la Unidad de Formación Superior (UFS) de la CONAE y se realizó una caracterización del mismo utilizando un espectrorradiómetro, instrumento de medición de referencia de la CONAE, y posteriormente se desarrollaron los procedimientos para realizar las mediciones con la cámara. Para la caracterización de la cámara se propuso un modelo de respuesta lineal y se realizaron mediciones con el instrumental del laboratorio con el objetivo de determinar los parámetros de la cámara que influyen directa o indirectamente en su calibración. La calibración espectral se llevó a cabo utilizando lámparas de descarga de gases de baja presión, identificando las líneas espectrales observadas por la cámara y comparándolas con las longitudes de onda teóricas correspondientes a cada una, lo cual permitió estimar los errores espectrales y aberraciones debidas al sistema óptico de la cámara. Por otro lado, la calibración radiométrica se realizó mediante ajustes lineales de las radiancias espectrales medidas con el espectrorradiómetro frente a la esfera integradora en función de los números digitales de cada uno de los píxeles del sensor de la cámara.
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    Desarrollo de un sistema operacional para adquisición de imágenes Hiperespectrales
    (2021-12-01) Gómez, Christian; Masuelli, Sregio; Rocco, Leandro
    La Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) posee dos cámaras hiperespectrales que en conjunto, cubren el rango espectral visible e infrarrojo cercano (Visible and Near InfraRed - VNIR) e infrarrojo de onda corta (ShortWave InfraRed - SWIR), además de la estructura mecánica para el montaje de las cámaras, soportes mecánicos y hardware de adquisición que posibilitan su funcionamiento. El objetivo de este sistema es el de proveer un set de datos hiperespectrales integrados, conformando lo que se denomina hipercubo. El presente trabajo consistió en realizar la caracterización y la calibración espectral y radiométrica de la cámara hiperespectral SWIR, y la caracterización geométrica del sistema de cámaras VNIR y SWIR, como paso previo a su integración en un sistema de captura y procesamiento de imágenes hiperespectrales en laboratorio, lo que sentaría las bases para un futuro desarrollo de una plataforma aerotransportada. La cámara VNIR ya ha sido caracterizada y calibrada en trabajos previos [1, 2], por lo que se conocen sus parámetros funcionales y modos de funcionamiento. En este trabajo se tomó como base los trabajos citados y se adaptaron los procedimientos y metodologías a la caracterización y calibración de la cámara SWIR. La escasa documentación de esta cámara provista por el fabricante y su rango espectral de trabajo, generan una dificultad adicional en los procedimientos de caracterización y calibración. Esto es debido principalmente al bajo nivel de señal emitida por las fuentes patrón y la sensibilidad de los instrumentos disponibles en este rango espectral, en comparación al rango visible. Por estas razones, hubo que desarrollar técnicas específicas de análisis para llevar a cabo este trabajo. Así, se realizó primero la caracterización de la cámara SWIR para determinar sus parámetros más importantes que impactan en la calidad de los datos adquiridos por el instrumento, aplicando técnicas extraídas de estándares internacionales [3]. Luego, se realizaron las calibraciones espectral y radiométrica de la cámara utilizando instrumental de laboratorio de óptica de la Unidad de Formación Superior (UFS) de la CONAE. Así mismo se llevó a cabo la caracterización geométrica del sistema integrado por las dos cámaras, utilizando una plantilla de referencia cuyo objetivo es realizar la alineación de ambas cámaras y determinar su apuntamiento relativo.
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    Verificación y análisis funcional de algoritmos de enrutamiento para instrumentos satelitales distribuidos
    (2023-05-01) Vega Molinas, Blas; Fraire, Juan
    El sector espacial se enfrenta a una evolución sin precedentes hacia plataformas satelitales distribuidas que, a pesar de estar compuestas por vehículos espaciales con recursos limitados, pueden ofrecer resultados de misión similares a los esperados de plataformas de gran tamaño. En el caso de la CONAE -la Agencia Espacial Argentina- este concepto se plasma en la “arquitectura segmentada”, que está en sintonía con el programa de lanzadores Tronador que se está desarrollando en ese país. Entre los muchos retos que impone una arquitectura distribuida de satélites, esta tesis se centra en los mecanismos de red encargados de decidir las rutas de reenvío óptimas para encaminar los datos en un sistema compuesto por enlaces espacio-tierra y espacio-espacio. En efecto, el reducido número, tamaño, peso y potencia de las naves espaciales constituyentes, pequeños y nano-satélites, combinado con la dinámica orbital rápidamente cambiante, hace que las oportunidades de transferir datos (contactos) estén limitadas en el tiempo. Como resultado, los satélites necesitan calcular rutas basadas en contactos que tengan en cuenta el almacenamiento temporal de datos en nodos intermedios: un paradigma de red conocido como Red Tolerante al Retraso (DTN) [1]. El principal aporte de esta tesis es la implementación y evaluación del mecanismo de enrutamiento DTN más avanzado, conocido como Contact Graph Routing (CGR) [2]. Desarrollado y validado en vuelo por el JPL (NASA), CGR es el esquema de enrutamiento punta de lanza para futuras arquitecturas distribuidas con enlaces retrasados/interrumpidos. Sin embargo, ha sido criticado por su complejidad y limitada escalabilidad. Este trabajo es el primero en implementar y evaluar el rendimiento de CGR en un ordenador de vuelo NanoMind A712c diseñado para nano-satélites disponible en los laboratorios del Instituto Gulich en CONAE. Los resultados proporcionan una valiosa evidencia de las limitaciones de las topologías de flota que pueden ser consideradas para futuras arquitecturas segmentadas basadas en nano-satélites. También motivan futuras investigaciones para mejorar la escalabilidad y eficiencia computacional de CGR, un sector activo en la comunidad de redes espaciales. Los resultados obtenidos en esta tesis se han publicado en la conferencia SmallSat 2020 [3] con escrutinio y comentarios positivos de destacados revisores del sector. xvii