Informe Final Fondef D03I-1034/2007 Director Fernando Ulloa Vásquez Aeroplataforma “Globo-Antena” como base de un sistema de Radiocomunicación Digital en Banda Ancha para redes inalámbricas IP HAPS CHILE Ltda.)))@ Director Fernando Ulloa Vásquez e-mail: fulloa@utem.cl

Fondef D03I-1034 Objetivo proyecto “Globo Antena” Piloto Pre-competitivo Plan de trabajo realizado (Carta Gantt) Resultados Productos (Globo-Antena y Accesorios) Proceso (Transmisión Digital Aerotransportada) Servicios (Banda ancha Fija/Móvil IP)Cobertura de Propagación (100 Km2/Mbps) 21 Vuelos (6 Globo Sonda,17 Ballon Cautivo y 4 Vuelos Autonomo) Transferencia Tecnológica ( Etapas Pendientes – Piloto Comercial) Líneas Futuras - Aumento Altitud Operación - Mayor Capacidad Usuarios - Operar con diferentes estándares Telecomunicación (Wi-Max, EDGE, GSM, GPRS, LMDS, DECT, UMTS 3ª y 4ª Generación)

¿Cuál es el componente de I&D del proyecto? Proyecto Fondef D03I-1034 Objetivos: 1. Diseño, 2. Construcción, 3. Operación de una Aeroplataforma “Globo Antena” como base de un sistema de Radiocomunicación Digital en Banda Ancha fija/portátil para redes I. ¿Cuál es el componente de I&D del proyecto? Prototipo Pre-Competitivo de Aeroplataforma de radiocomunicación digital.

Plan de trabajo realizado (Carta Gantt)

Carta Gantt II Integración, Mediciones y Transferencia.

Tareas Carta Gantt (Por equipos) Equipo C (UTEM) Aerodinámica Estructural Compartimiento de carga Sistema de seguridad Sistema de posicionamiento Telemetría GPS-IMU Propulsión Cabezal Radio Control TTC Telemonitoreo video Sectorización Celular Antenas BW 2.4 Ghz Estación terrestre móvil Equipo A (U. Chile) Sistema abastecimiento energético Equipo B (UFRO) Cabezal radio Wi-Fi 802.11g-b ROR Remote Outdoor Router

Resultados: Sistema Abastecimiento Energético Celda Solar (UCH-UTEM) Sistema Abastecimiento Energético Celda Metanol (UTEM) Software Gestión de Red (UFRO) Modelo Aerodinámico Globo de Carga (UTEM) Estructura Cubierta Pliuretano +Uretano (UTEM) Compartimiento de carga (UTEM- PROTEIN) Sistema de Posicionamiento GPS+IMU Propulsión – Control Guiado Estructura – Motores Cobalto Construcción, calibración y medición de Antenas BW 2.4 Ghz Video Vigilancia Re-uso de Frecuencia (3 Canales) y Sectorización Celular

- Cobertura de Propagación (100 Km2/Mbps) - 21 Vuelos (6 Globo Sonda,17 Ballon Cautivo y -- 4 Vuelos Autonomo) Productos (Globo-Antena y Accesorios) Proceso (Transmisión Digital Aerotransportada) - Servicios (Banda ancha Fija/Móvil IP) - Publicaciones

(UCH-UTEM) Resultado Nº01: Sistema mínimo abastecimiento energético Objetivos del estudio Encontrar configuraciones que optimicen la generación de energía eléctrica Modelo de Radiación Solar que indique zonas del globo de mayor radiación y aquellas en que la radiación es muy baja. Pruebas serie/paralelo, eficiencia paneles y configuraciones. Pronosticar generación de energía eléctrica Ángulo Radiación [W/m2] Sistema de control de energía

Resultado Nº01: Prototipo Celdas Solares (UCH-UTEM)

Resultado Nº02: Prototipo Celdas de Metanol (UTEM)

Resultado Nº03: Software Gestión de Red (UFRO) a.- Software Manejo de Compuertas. Radio Wi-Fi 802.11g-b b.- Software Gestion de Red. ROR Linux (Remote Outdoor Router) AP 1 2 3 SWITCH Wireless Router Antena UP / DOWN LINK , de 4 GHz y 14 dBi 54 Mbps b.- a.-

Resultados Nº04: Modelo Aerodinámico Globo de Carga (UTEM) En función de las variables de entrada (vientos) determinamos una forma esbelta (3 a 4 r= largo/ancho). Determinar el volumen necesario en función de la carga útil. 40 m. cúbicos He  10Kg Carga util. Modelo Matemático Blimp Simulación de vientos en dos dimensiones.(X,Y)

malla de poliamida + poliuretano engomado Polipropileno metalizado. Resultados Nº05: Estructura Cubierta Pliuretano +Uretano (UTEM) Tipo de materiales para cubierta Globo-Antena La calidad y durabilidad del blimp es un factor esencial. La cubierta debe ser liviana, duradera, resistente a agentes externos Rayos UV. Una baja permeabilidad al He. Clasificación de los materiales: Material PVC malla de poliamida + poliuretano engomado Poliuretano + uretano Foil de aluminio Polipropileno metalizado. Unidad Grosor 0.14 - 0.18 0.1 - 0.18 0.075 - 0.15 0.73 0.66 mm Densidad 165 - 250 90 - 180 98.12 86 g/m2 Ventajas Precio Buena resistencia a las rasgaduras, gran estabilidad en el tiempo Excelente resistencia a la abrasión, gran dureza combinada con una buena elasticidad. Excelente durabilidad, resistencia a los rayos UV, peso. Alta elongación Baja permeabilidad al He   Inconvenientes Peso, muy permeable al He Promedio entre impermeabilidad y precio Baja resistencia al punzonamiento Baja elongación

Resultados Nº06: Compartimiento de carga. (UTEM- PROTEIN) >Planimetría Desarrollo Modelo Escala 1:1 en PRFV Altura de Vuelo: 200 mts. Peso Carcaza: 5 kgs. Máx. Peso Equipos: 4 kgs. Peso Total: 9 kgs. Máx. Dimensiones Globo: 9x3 mts.

Resultado Nº07: Sistema de Posicionamiento GPS+IMU Vector Error Información IMU 6 Grados de libertad (6-DOF) 3 giroscopios de estado sólido MEMS (Micromáquinas de nànotecnologia). 3 Acelerómetros MEMS (x,y,z). 3 magnetómetros Data compatible RS-232 Baja dinámica 50 Hz Vector GPS Data Ethernet Longitud Latitud Altura

Escenario de operación

Navegación

Objetivo Telemetría Telemetría: Encargada la captura de datos a través de los sensores instalados en la aeroplataforma. Tracking: Encargado de medir, trazar y mantener el rumbo de la aeroplataforma. Comando: Encargado de establecer y mantener el control de la aeroplataforma. Comunicación: Encargado de habilitar la comunicación de un lugar a otro.  

Turbinas Controladas por un PWM Resultado Nº08: Propulsión – Control Guiado Turbinas Controladas por un PWM Etapa de potencia a través de un puente H con transistores Mosfet Banco pruebas motores de Cobalto

Resultado Nº 09: Estructura – Motores Cobalto

Resultado Nº 10: Construcción, calibración y medición Antenas BW 2.4 Ghz. Direccional Polarización Helicoidal Ganancia entre 8-16 dbi Banda 2.4Ghz. Antena con Radiomo IEEE Std 149-1979 “Test procedures for Antennas” Aplicación método de las tres antenas Ganancias promedio obtenidas : 10 dBi d Fórmula FRIIS :

Medidas: Antenas 2,4Ghz. ROE (Razón de Onda Estacionaria) Estas primeras medidas arrojan buenos resultados con un ROE < 1,2 en la banda de interés. Pérdidas de potencia < 3% por reflexión Efectuadas sin domo de protección

Resultado Nº11: Video Vigilancia Tamaño de imagen 736x480, 640x480, 320x240, 160x120 Compresión JPEG Velocidad de cuadros Máxima 30 FPS Dispositivo de imagen CCD 1/6, 680.000 elementos de imagen Relación S/N 48 dB Modo Zoom X1 a X300 (X25 óptico) Angulo de visión Horizontal 2º a 45º Pan -170º a +170º Tilt -90º a +25º Interfaz serial RS485/RS232C Imagen Día, tomada a 1.4 Kms (bajo deficientes condiciones de visibilidad, Smog) Imagen Noche, filtrada post-procesado 390 mtr.

Resultado Nº xx: Teledetección; Percepción Remota Producto Nº08: Imagen Aérea Lugar: Estadio Municipal de La Pintana Coordenadas Geográficas : 33° 35’ 8,43” S , 70° 38’ 4.95” W Elevación : 480 (m) Superficie : 730 x 738 m Fuente: Micro sonda HAPS . Fecha: 14 sep. 06 – 10:30 AM Fotografía: 320 x 240 píxeles, Cámara canon A-75 Lugar: Aeródromo Alberto Santos Dumont Coordenadas Geográficas: 33° 01’ 43” S , 70° 52’ 48” W Elevación : 782 m Superficie : 400 x 15 m Fuente: Micro sonda HAPS a 300 m. Fecha: 13 sep. 06 – 10:30 AM Fotografía: 320 x 240 píxeles , Cámara canon A-75

a.- Re-uso de Frecuencia (3 Canales) b.- Sectorización Celular Resultado Nº12: a.- Re-uso de Frecuencia (3 Canales) b.- Sectorización Celular b.- a.-

Resultados Guiado Telecomandado

Producto Nº1 Modulo Radio Digital IP Producto Nº02 Modulo Telemétrico de Posicionamiento GPS - IMU Producto Nº 03 Software de control TTC Producto Nº 04 Software de control posición Producto Nº 05 Antenas Helicoidales de 10 dBi - 2.4Ghz. Producto Nº06 Antena Satelital- HAPS Producto Nº7 Estación Terrestre Móvil Producto Nº08 Imagen Aérea

PRODUCTO Nº1 Modulo Radio Digital IP Potencia de salida dB en Arreglo de antenas Helicoidal 2.4Ghz(Canal 1,6,11) Sectorización Canales 1, 6 y 11 respectivamente, 802.11b. Canal 1 Canal 6 Canal 11 Cabezal Radio IP Teórico y Real

Producto Nº02: Modulo Telemétrico de Posicionamiento GPS e Inercial IMU PLC abordo IMU 6DOF (IMU) Baterías 1 LiPo 1300mAh 11.1V Baterías 2 LiPo 1300mAh 11.1V Radio modem -115kbps 2.4Ghz Futaba (radio control manual) Sensores P, T, Vec y Tacómetros Etapa reguladora de voltaje. Modulo Interfaz Puente H1 (potencia motor 1) Puente H2 (potencia motor 2) Eje rotor – vectorzación Alerones

Producto Nº 03: Software de control TTC

Producto Nº 04: Software de control posición

Producto Nº 05: Antenas Helicoidales de 10 dBi - 2.4Ghz.

Producto Nº06: Antena Satelital- HAPS (Reflector parabólico λ - 1,20m. Enlace principal up/down) Alimentador helicoidal

Producto Nº7: Estación Terrestre Móvil 2 estaciones de trabajo permanentes antena wi-fi antena R&S antena parabólica antena RF Equipamiento electrónico Instrumental herramientas 6 tanques de He 4 baterías extras Inversor de corriente Parrilla Brazo plegable Estantería Equipaje Grupo electrógeno Luminarias internas y externas Asientos extra Escalera. Ventanas Computadores Tomacorrientes Revestimiento interior Gráfica Cinturones de seguridad Extintores eléctricos

SERVICIOS Servicio I: Comunicación Inalámbrica IP Banda Ancha: (1Mbps-512Kbps up-down) Servicio II: Telemonitoreo desde Aeroplataforma (Productos Imagen Aérea) Servicio III: Publicidad Aérea

Servicio I: Comunicación Inalámbrica IP Banda Ancha: (1Mbps-512Kbps up-down) 200 mts 10 Km Radio de cobertura Con Amplificadores-Experimental Aeroplataforma Móviles Fijos Estación Móvil Array de Antenas Sectorizadas

Servicio II: Telemonitoreo desde Aeroplataforma Producto Nº08: Imagen Aérea

Servicio III: Publicidad Aérea

Aeroplataforma Compartimiento 21 Pruebas de Vuelo (Resumen de Vuelos: 6 Globo-Sonda, 17 Baloon Cautivo 17 y 4 Autónomo) Fecha N° Lugar Descripción Aeroplataforma Compartimiento Condición 21 Nov -2003 1 Campus Macul UTEM Pruebas primer Globo antena cono-sur Pegasus Radio – mini cámara cautivo 21 Dic - 2005 2 Chicureo Pruebas globo y transmisión de Video Argos Cámara IP 06 Ene – 2006 3 Campus J.G.Millas U de Chile Lanzamiento proyecto D03I-1034 Radio – Video 26 Ene – 2006 4 Temuco IX Región Pruebas Compartimiento Radio 31 Ene – 2006 5 Campus J.G.Millas U de Chile Pruebas 1er vuelo con propulsión eléctrica TTC s-cautivo 03 Feb – 2006 6 Factibilidad transporte cámara de canal 13 Video canal 13 Mar-Abr– 2006 7 Pruebas de servicios de radio Radio 19 May - 2006 8 Pruebas 2do vuelo con propulsión eléctrica 21 Jun – 2006 9 Visita piloto civil DGAC 06 Jul – 2006 10 Demostración visita alumnos UPC

Aeroplataforma Compartimiento Fecha N° Lugar Descripción Aeroplataforma Compartimiento Condición Sep – 2006 11 Rungue RM 1era prueba con micro-sonda Micro-sonda Cámara IP-mini análoga cautivo Octubre - 2006 12 Instalaciones PIRD Macul 2da prueba con micro-sonda Cámara –Fotográfica Nov – 2006 13 La Pintana 3ra prueba con micro-sonda Cámara – mini análoga DIC – 2006 14 Campus Sn.Fernando UTEM 4ta Prueba con micro-sonda Cámara -Fotográfica Enero – 2007 15 Medición Throughput Argos Radio 02 Feb – 2007 16 Campus Macul UTEM Aerofotografía campus Macul Argos + Microsonda Cámara IP 07 Feb – 2007 17 Aerofotografía Rungue 28 Feb – 2007 18 Parque O’Higgins Santiago Aerofotografía Parque O’Higgins 16 May – 2007 19 Inauguración Plaza Campus Macul 18 May – 2007 20 Coltauco VI Región Grabación cazadores de la ciencia TVN Argos y Microsonda Radio – Video 07 Jun – 2007 21 AP

21 Pruebas de Vuelo (Resumen de Vuelos: 6 Globo-Sonda, 17 Ballon Cautivo 17 y 4 Autónomo)

Integración y Pruebas Globo Cautivo Pruebas de Vuelo Propulsión Eléctrica

Chicureo 21-12-2005 Campus Juan Gomez Millas 06-01-2006 Prueba Celdas Solares + Baterias LiPo

Aumento Cobertura y Capacidad LINEAS FUTURAS Altura (Km) 100 m 10 1 21-25 Tiempo (Años) 2003 2006 2007 2008 Aumento Cobertura y Capacidad Usuarios: 56 256 1024 56.000 Operar con Wi-Max, LMDS, DECT, UMTS 3ª y 4ª Generación.

Conclusiones Nueva alternativa de conexión-red-servicios. De fácil y rápido despliegue y bajo costo. Disminución en los costos de conectividad Movilidad del usuario y mayor ancho de banda. Reducir la brecha digital Útil para emergencias y catástrofes Líneas Futuras - Aumento Altitud Operación - Mayor Capacidad Usuarios - Operar con diferentes estándares Telecomunicación (Wi-Max, LMDS, DECT) (EDGE, GSM, GPRS, UMTS 3ª y 4ª Generación)

Gracias por su atención.

Aeroplataforma “Globo-Antena” como base de un sistema de Radiocomunicación Digital en Banda Ancha para redes inalámbricas IP HAPS CHILE Ltda.)))@ Director Fernando Ulloa Vásquez e-mail: fulloa@utem.cl