Observación Geofísica, Desarrollo e Innovación Tecnológica
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Item Open Access Aplicación del Algoritmo de Redes Elásticas en imágenes satelitales(Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Vicerrectorado de Investigación y Posgrado, 2018) Príncipe Aguirre, Romel Erick; Willems, BramEsta investigación se realizó en el Santuario Nacional Los Manglares de Tumbes (SNLMT), ubicado en el distrito de Zarumilla departamento de Tumbes, está orientada a implementar una metodología que permita caracterizar la cobertura de manglar. Para ello, se analizó y procesó la imagen del sensor TM del satélites LandSat 5 evaluando una serie de parámetros relacionados a la superficie del suelo, tales como SAVI (Índice de vegetación ajustado al suelo), NDVI (Índice de vegetación de diferencia normalizada) y NDWI (Índice de agua de diferencia normalizada) con miras a establecer el índice óptimo que permita discriminar las diferentes componentes de cobertura de suelo del Santuario. El indice óptimo (SAVI) antes descrito fue introducido en el Algoritmo de las Redes Elásticas (ENA, por sus siglas en ingles) para la clasificación de la cobertura de suelo del SNLMT. Las imágenes construidas a partir de los resultados ENA, fueron sometidos al proceso de validación empleando métodos convencionales como el algoritmo de máxima verosimilitud (AMV). Tal proceso de validación consistió en realizar los análisis y comparaciones de las gráficas de firmas espectrales promedio de cada clase informacional obtenidos tanto con ENA y AMV, dando como resultados similares gráficas donde el RMSE fue por debajo de 0.052 (adimensional) y el factor de correlación sobre r=0.886. Esto indica que el método ENA resulta ser una herramienta eficaz para la subdivisión de clases de cobertura manglar.Item Open Access Automatización del encendido de los transmisores principales del Radio Observatorio de Jicamarca(Universidad de Piura, 2006) Espinoza Guerra, Juan CarlosEl presente trabajo de tesis corresponde a la ejecución de la segunda etapa del proyecto de automatización de los transmisores principales del Radio Observatorio de Jicamarca. Esta segunda etapa implica la automatización y control de los procesos involucrados con el encendido de las etapas de potencia de los transmisores principales (etapa de salida PA y etapa previa Driver), como tarea adicional se requiere también el monitoreo de las corrientes de operación de ambas etapas. Para la ejecución de la mencionada segunda etapa se ha seguido con la misma lógica empleada en la primera etapa del proyecto, esto es utilizar el PLC y el sistema SCADA existentes para controlar y supervisar respectivamente los nuevos procesos a automatizar. Además de diseñar y construir una estación remota, que cuenta con un microcontrolador PIC, como elemento principal, la cual se encarga del control de la tensión de pantalla de ambas etapas del transmisor. Dicha estación remota junto con los módulos ADC, utilizados para el monitoreo de las corrientes, utilizan una red de comunicaciones RS485, protocolo Modbus para intercambiar información con el PLC. Al finalizar este proyecto de tesis se desarrolló un prototipo del nuevo sistema de control el cual se ha implementado en el transmisor Nº 3 del ROJ.Item Restricted Design and development of a low-cost wireless network using IoT technologies for a mudslides monitoring system(IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021) Meléndez Coveñas, Frank Enrique; Palomares, Ricardo; Milla, Marco; Verastegui, Joaquin; Cornejo, JoséThe city of Lima - Peru is affected periodically by mudslides and floods caused by torrential rains near Lima's mountain region. The Jicamarca ravine is especially affected by this phenomenon and is also critical to the population because of its proximity to SEDAPAL's water treatment plant that provides drinking water service to approximately 80% of homes in Lima city. In addition to this, there are a lot of houses located near the riversides affected by the mudslides that could be affected by the overflows. This paper describes the implementation of a low-cost wireless sensor network based on Internet of Things (IoT) technologies designed for monitoring mudslides events made by the association of the Professional School of Electronic Engineering and Telecommunications of the Universidad Nacional Tecnológica de Lima Sur and the Radio Observatorio de Jicamarca, research facility of the Instituto Geofísico del Perú. The network consists of various monitoring stations based on the ESP32 microcontroller and it takes advantage of the Long-Range mode of this device. The radio links created have a range of more than 1 km and all of them are connected to one access point which has a connection to the internet using the IoT technology of the cellular mobile network. The access point sends data to a server in the cloud allowing access to sensors remotely without putting people's lives at risk. This project is part of a program of the Instituto Geofísico del Perú with the goal of implementing a National Mudslide Monitoring Center.Item Restricted Design of a Programmable Radar Controller ASIC on VHDL for a Modular Radar System(IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021) Verastegui, Joaquin; Manay, Ivan; Pacheco, Edgardo E.; Milla, MarcoThe Jicamarca Radio Observatory (JRO), funded by the USA National Science Foundation (NSF), operates several radars for different applications, from the main radar, an incoherent scatter radar used mainly for ionospheric activity observations, to ionosondes and wind profilers. Most of these radars use a centralized modular control system that commands all the radar sequences that require the radar modules, these tasks and sequences are controlled by pulsed digital signals. The device responsible for this operation is called the Radar Controller. A large number of customized Radar Controller versions were developed and built at JRO for decades, since the utilization of its first acquisition system. The current version of the Radar Controller is based on an RTL design written on VHDL language that implements a custom arbitrary waveform generator connected to an SRAM memory that stores all the data a given waveform needs. The Radar Controller uses a register based architecture to communicate between blocks internally. In JRO we use a Spartan 6 FPGA and it is controlled by a Tiva C microcontroller board which has an Ethernet port. A Restful API has been implemented on the microcontroller for user configuration. This paper will cover the VHDL RTL design of the current version of the Radar Controller core.Item Open Access Diseño e implementación de un sistema receptor para la estimación del contenido total de electrones relativo (rTEC)(Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas, 2017) Gómez Sócola, Josemaría; Salas Arriarán, Sergio; Pacheco, Edgardo E.En el Radio Observatorio de Jicamarca (ROJ) se ha desarrollado un sistema receptor digital de señales de radiofrecuencia provenientes de satélites de baja órbita. Este receptor terrestre calcula la variación del Contenido Total de Electrones (rTEC, del inglés relative Total Electron Content) en la ionosfera que tal y como su nombre lo diceel rTEC está relacionado al contenido total de electrones o densidad de iones en la ionosfera. Este sistema tiene la capacidad de obtener señales transmitidas desde nano satélites y satélites en general que cuenten con un payload específico. En un futuro el sistema receptor será capaz de captar las señales del transmisor del nanosatélite desarrollado por el ROJ. Las mediciones del rTEC obtenidas permitirán investigar la ionósfera ecuatorial y observar eventos y fenómenos de interés cuando se presenten irregularidades. En el presente trabajo de tesis, se hará una descripción del sistema y se explicará cómo el sistema receptor determina el rTEC usando la técnica llamada Differential Doppler. Asimismo se mostrarán los resultados de detección del rTEC utilizando las señales de radio frecuencias transmitidas por satélites que se encuentran operativos como COSMOS, CASSIOPE y DMSP-F15. Finalmente se mostraran las comparaciones de estos resultados con mediciones obtenidas por otro receptor del tipo analógico, las cuales presentan un alto índice de correlación.Item Open Access Implementación de rutinas para la estimación de vientos y precipitación de un radar perfilador de vientos de antena espaciada que opera en UHF(Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas, 2018-12-09) Bocanegra Salas, Erick Brayan; Rivera Rivera, Elvis; Scipión, DannyEl Instituto Geofísico del Perú ha desarrollado un proyecto, financiado por INNOVATE Perú, llamado “Diseño e implementación de un radar perfilador de vientos que opera en UHF para estudios de turbulencias y precipitación en el territorio Peruano”, este proyecto es la propuesta de solución a una limitación presentada por la comunidad científica del Perú y otras entidades para hacer estudios climáticos de vientos y precipitación. Parte del desarrollo de este radar, es el procesamiento de los datos recibidos. En esta tesis se ha hecho un análisis del diseño, frecuencia y tipo de radar que fue diseñado para luego seleccionar los algoritmos de procesamiento necesarios. Los algoritmos que se desarrollaron para el procesamiento del radar UHF permiten estimar vientos troposféricos y turbulencia con la técnica de análisis espectral total. Además de medir la intensidad de precipitación y el factor de reflectividad obtenido de las lluvias con la relación del diámetro de gotas y el factor de reflectividad. Los resultados de estas estimaciones, posteriormente son comparados con otros instrumentos para su validación y su posterior aplicación.Item Open Access Implementación y comparación de tres algoritmos de formación de imágenes SAR empleando un radar de apertura sintética de estación terrena (GB-SAR) para una aplicación de monitoreo de deslizamientos(Universidad Nacional de Ingeniería, 2021) De la Cruz Painado, Luis; Alburqueque Guerrero, Angel LuisEn el presente trabajo se describe la implementación y comparación de tres algoritmos de formación de imágenes para radares de Apertura Sintética de Estación Terrena (GB-SAR), con el objetivo principal de determinar el algoritmo más adecuado para aplicarlo en la etapa inicial de un Sistema de monitoreo de deslizamientos con radares SAR. Los algoritmos que se implementaron fueron los siguientes: Frequency Domain Back Projection (FDBP), Range Migration Algorithm (RMA) y Discrete Linear Inverse Problem (DLIP). Cada uno de estos algoritmos se probaron con datos simulados, mientras que solo los dos primeros se probaron con datos reales. Las pruebas con datos simulados consistieron en la obtención de las imágenes SAR de blancos teóricos, estos blancos fueron definidos por el usuario y los datos fueron generados por un programa de computador. Por otro lado, las pruebas con datos reales consistieron en la obtención de las imágenes SAR de un blanco real. El blanco real usado fue un cerro propenso a deslizamiento, y los datos fueron adquiridos con el radar GB-SAR ‘IGP-ROJ’, perteneciente al Instituto Geofísico del Perú (IGP). En el análisis comparativo se consideraron los siguientes tres parámetros de comparación: calidad de reconstrucción de la imagen, calidad de enfoque y coste computacional. Además se analizó cómo afectan los resultados de cada algoritmo en la etapa final del Sistema de monitoreo de deslizamientos con radares SAR, que es la generación de los mapas y gráficos de deslizamientos del blanco real. De los resultados de comparación usando tanto datos obtenidos de la simulación como datos reales, se concluyó que el algoritmo FDBP es el más adecuado para una aplicación de monitoreo de deslizamientos.Item Open Access Incoherent scattering of electromagnetic waves by a plasma(Harvard University, 1967) Woodman Pollitt, Ronald FranciscoThis thesis is concerned with the theory of incoherent scattering by a plasma, i. e., with the statistical description of the electromagnetic waves scattered by the termal electron density fluctuations in a plasma which has been illuminated by anelectromagnetic wave of certain frequency. We have treated the problema starting from first principles, tacking a new approach and removing in the process some of the limitations inherent in other approaches taken so far for the solution of this problema. We have used this approach to solve, uo to the inclusión of some numerical results, the pending problema of the effect of ion-ion “Coulomb collisions” on the ion gyro-resonances predicted by existent collision less theories; this is an important aspect of the theory in connection with the application of incoherent scattering for the study of the ionosphere.Item Restricted Ionospheric echo detection in digital ionograms using convolutional neural networks(American Geophysical Union, 2021-08) De la Jara, César; Olivares, C.An ionogram is a graph of the time that a vertically transmitted wave takes to return to the earth as a function of frequency. Time is typically represented as virtual height, which is the time divided by the speed of light. The ionogram is shaped by making a trace of this height against the frequency of the transmitted wave. Along with the echoes of the ionosphere, ionograms usually contain a large amount of noise and interference of different nature that must be removed in order to extract useful information. In the present work, we propose a method based on convolutional neural networks to extract ionospheric echoes from digital ionograms. Extraction using the CNN model is compared with extraction using machine learning techniques. From the extracted traces, ionospheric parameters can be determined and electron density profile can be derived.Item Open Access Ionospheric echoes detection in digital ionograms using convolutional neural networks(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019) De la Jara, César; Olivares Poggi, César AugustoAn ionogram is a graph that shows the distance that a vertically transmitted wave, of a given frequency, travels before returning to the earth. The ionogram is shaped by making a trace of this distance, which is called virtual height, against the frequency of the transmitted wave. Along with the echoes of the ionosphere, ionograms usually contain a large amount of noise of different nature, that must be removed in order to extract useful information. In the present work, we propose to use a convolutional neural network model to improve the quality of the information obtained from digital ionograms, compared to that using image processing and machine learning techniques, in the generation of electronic density profiles. A data set of more than 900,000 ionograms from 5 ionospheric observation stations is available to use.Item Restricted Mapping irregularities in the postsunset equatorial ionosphere with an expanded network of HF beacons(American Geophysical Union, 2021-07) Hysell, D. L.; Rojas, E.; Goldberg, H.; Milla, Marco; Kuyeng, K.; Valdez, A.; Morton, Y. T.; Bourne, H.Data from a network of high-frequency (HF) beacons deployed in Peru are used to estimate the regional ionospheric electron density in a volume. Pseudorange, accumulated carrier phase, and signal power measurements for each of the 36 ray paths provided by the network at a 1 min cadence are incorporated in the estimates. Additional data from the Jicamarca incoherent scatter radar, the Jicamarca sounder, and GPS receivers can also be incorporated. The electron density model is estimated as the solution to a global optimization problem that uses ray tracing in the forward model. The electron density is parametrized in terms of B-splines in the horizontal direction and generalized Chapman functions or related functions in the vertical. Variational sensitivity analysis has been added to the method to allow for the utilization of the signal power observable which gives additional information about the morphology of the bottomside F region as well as absorption including absorption in the D and E regions. The goal of the effort is to provide contextual information for improving numerical forecasts of plasma interchange instabilities in the postsunset F region ionosphere associated with equatorial spread F (ESF). Data from two ESF campaigns are presented. In one experiment, the HF data revealed the presence of a large-scale bottomside deformation that seems to have led to instability under otherwise inauspicious conditions. In another experiment, gradual variations in HF signal power were found to be related to the varying shape of the bottomside F layer.Item Open Access Mejoramiento de las comunicaciones analógicas y digitales vía el electrochorro ecuatorial empleando diversidad(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2009) Yoza Mitsuishi, Nadia Patricia; Chávez Muñoz , David; Chau Chong-Shing, Jorge LuisEl Electrochorro Ecuatorial (EEJ por sus siglas en inglés) es una corriente horizontal de electrones que fluye a lo largo del ecuador magnético y está confinada a una delgada capa a 100 km de altura, en la ionósfera. Con este recurso, disponible en el Perú y otros pocos países, es posible realizar enlaces de radiocomunicaciones vía dispersión usando frecuencias de la banda VHF. Anteriormente se han realizado pruebas de transmisión de voz y datos a través del EEJ. A partir de ellas se concluyó que la modulación FM es la que ofrece una mayor inteligibilidad de las comunicaciones, pero éstas son distorsionadas por desvanecimientos. Éstos son producidos de manera aleatoria, por lo que pueden ser contrarrestados mediante el empleo de técnicas de diversidad. El presente trabajo tiene como objetivo estudiar las características del canal de comunicaciones EEJ y mejorar la calidad de la voz y datos transmitidos a través de éste. Para ello se analizan las comunicaciones en función a la variación de ciertos parámetros del EEJ y el efecto de la aplicación de la técnica de diversidad en la calidad de la voz y los datos recibidos. Los resultados de este trabajo se dividen en dos partes. En la primera de ellas se ha desarrollado un programa que simula la transmisión de voz y datos a través del EEJ. Dicho simulador permite estudiar la calidad de las comunicaciones para distintos parámetros del sistema y del canal EEJ. Asimismo, se ha simulado el uso de diversidad sin necesidad de implementar físicamente el enlace. En la segunda parte se han realizado pruebas de campo en el enlace Jicamarca-Paracas con el objetivo de validar los resultados del simulador. En estas pruebas se transmitió voz y datos empleando diversidad a fin de comprobar la mejora de la calidad de la señal recibida respecto al caso de transmisión sin diversidad.Item Restricted SOPHy: Scanning-system for Observations of Peruvian Hydrometeorological-events(IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021) Espinoza, Juan C.; Scipión, Danny; Valdez, Alexander; Verástegui, JoaquínIn this paper we present the current progress in the construction of the first X-band dual-pol mobile weather radar (SOPHy) in Peru. This portable mobile system allows scans in azimuth and elevation with a maximum range of 60 km. The radar transmission and reception systems are based on SDR (Software Defined Radio) technologies for configuration flexibility. The objective of the radar is to study precipitation in an area of several tens of kilometers around the radar, in order to research the climate and atmospheric conditions in Peru.Item Restricted Spectral Analysis of Incoherent Scatter Radar Signals in Faraday/Double Pulse Experiments at the Jicamarca Radio Observatory(IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021) Flores, Roberto; Milla, Marco; Kuyeng, KarimThe Jicamarca incoherent scatter radar can be operated in different modes to measure the main physical parameters of the equatorial ionosphere. One of these modes is the Faraday/Double Pulse experiment that was designed to estimate F -region plasma densities and electron/ion temperatures by pointing the Jicamarca antenna beam off-perpendicular to the geomagnetic field. For several years, the data processing for this mode was performed in time domain (correlation analysis), but sometimes the data is contaminated with frequency interference and other unwanted signals that are not easy to remove. To obtain better results, a spectral analysis procedure for this mode has been implemented in Signal Chain, a python-based radar signal processing library developed at the Jicamarca Radio Observatory. Signal Chain includes algorithms for interference and clutter removal to clean the spectral data before estimating the geophysical parameters. The procedure applies an outlier removal algorithm before calculating incoherently averaged power spectra. This algorithm, based on the Hildebrand-Sekhon method, is applied to sequences of spectral data for each frequency bin. Then, the DC clutter from the self- and cross-spectra is removed as a second step in the cleaning process. In this work, we present the results obtained with the spectral analysis procedure applied to the the FaradaylDouble Pulse experiment and compared the electron densities estimated with this method with the ones obtained with the standard correlation analysis.