Informe Final Fondef D03I-1034/2007 Director Fernando Ulloa Vásquez

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1 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 Director Fernando Ulloa Vásquez

2 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)

3 ¿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.

4 Plan de trabajo realizado (Carta Gantt)

5 Carta Gantt II Integración, Mediciones y Transferencia.

6 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 g-b ROR Remote Outdoor Router

7 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

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

9 (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

10 Resultado Nº01: Prototipo Celdas Solares (UCH-UTEM)

11 Resultado Nº02: Prototipo Celdas de Metanol (UTEM)

12 Resultado Nº03: Software Gestión de Red (UFRO)
a.- Software Manejo de Compuertas. Radio Wi-Fi g-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.-

13 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)

14 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 0.73 0.66 mm Densidad 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

15 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.

16 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

17 Escenario de operación

18 Navegación

19 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.

20 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

21 Resultado Nº 09: Estructura – Motores Cobalto

22 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 “Test procedures for Antennas” Aplicación método de las tres antenas Ganancias promedio obtenidas : 10 dBi d Fórmula FRIIS :

23 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

24 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, 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.

25 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

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

27 Resultados Guiado Telecomandado

28 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

29 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, b. Canal 1 Canal 6 Canal 11 Cabezal Radio IP Teórico y Real

30 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

31 Producto Nº 03: Software de control TTC

32 Producto Nº 04: Software de control posición

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

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

35 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

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

37 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

38 Servicio II: Telemonitoreo desde Aeroplataforma
Producto Nº08: Imagen Aérea

39 Servicio III: Publicidad Aérea

40 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 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 8 Pruebas 2do vuelo con propulsión eléctrica 21 Jun – 2006 9 Visita piloto civil DGAC 06 Jul – 2006 10 Demostración visita alumnos UPC

41 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 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

42 21 Pruebas de Vuelo (Resumen de Vuelos: 6 Globo-Sonda, 17 Ballon Cautivo 17 y 4 Autónomo)

43 Integración y Pruebas Globo Cautivo
Pruebas de Vuelo Propulsión Eléctrica

44 Chicureo Campus Juan Gomez Millas Prueba Celdas Solares + Baterias LiPo

45 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.

46 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)

47 Gracias por su atención.

48 Aeroplataforma “Globo-Antena” como base de un sistema de Radiocomunicación Digital en Banda Ancha para redes inalámbricas IP HAPS CHILE Director Fernando Ulloa Vásquez