Conociendo el desarrollo e interés que engloba la investigación a nivel espacial, destacamos la comunicación satelital como uno de los aspectos primordiales, que dado el avance en diversas tecnologías en componentes electrónicos y materiales de bajo costo, han permitido a las universidades e instituciones privadas el diseño y creación de sistemas satelitales pequeños.
En conformidad con lo anterior, investigadores de la Universidad Aeronáutica en Querétaro plantearon el proyecto “Sistema de bajo consumo de energía para el desarrollo y entrenamiento de sistemas satelitales”, dicho proyecto participó en la convocatoria 2016-01 del Fondo sectorial de investigación, desarrollo tecnológico e innovación en actividades espaciales AEM-CONACYT, siendo seleccionado para su financiamiento y desarrollo por dicho fondo.
El objetivo principal del proyecto fue desarrollar capacidades en el manejo de herramientas de desarrollo de aplicaciones satelitales que permitan promover la aplicación de ciencias y tecnologías espaciales, así como desarrollar una plataforma educativa que apoye en el entrenamiento del personal y estudiantes.
Para promover y difundir el impacto del proyecto se desarrollaron varios manuales de los cursos tomados y prácticas propuestas para que se pueda ir capacitando en el manejo de ciertos dispositivos aplicables en el sector aeroespacial y en diversas aplicaciones de ingeniería. Este sitio contiene justamente todo ese trabajo definido desde un nivel básico, hasta la introducción al manejo de tres dispositivos específicos, 2 FPGAs (field-programmable gate array) y un ADC (Analog to Digital Converter).
Es importante señalar que uno de los FPGAs cuenta con características que le permiten su implementación en sistemas satelitales, y el ADC cuenta con una plataforma escalable a aplicaciones espaciales, con esto se espera tener un acercamiento directo a los dispositivos específicos para la aplicación, dando una breve idea de algunas normas relacionadas con el diseño digital.
El menú se divide justamente en tres secciones principales, la primera “Conceptos básicos” pretende introducir al publico general en el marco teórico que sustenta las aplicaciones satelitales. Posteriormente en la pestaña “Notas de cursos desarrollados en la UNAQ” se comparten los documentos generados en los cursos desarrollados en la UNAQ, relacionados a los dispositivos FPGA y ADC, esperando que sirvan como una guía de generalidades. Mientras que en la sección “Prácticas propuestas y ejemplos”, se anexan propuestas de prácticas a realizar para ir aplicando los conocimientos que se muestran en las notas y manuales de los dispositivos.
Finalmente la ultima sección servirá para poder generar un vinculo en caso que requiera apoyo para realizar trabajo conjunto o sumar esfuerzos en el desarrollo del sector aeroespacial, mostrando los contactos de los involucrados en el proyecto, así como las instituciones participantes.
El desarrollo de sistemas de comunicaciones basados en pequeños satélites se ha tornado en una importante industria a nivel global, esto no únicamente para desarrollos científicos y militares, sino que ha tenido inmensas aplicaciones en el campo de las comunicaciones personales y móviles.
Una de las partes fundamentales para la transmisión de señales en un sistema satelital es el medio físico por el cual viajará la señal, siendo conveniente el uso de técnicas de procesado digital de señales, que permitan una gran versatilidad en la implementación de diferentes algoritmos, así como la experimentación de técnicas novedosas de modulación y recuperación de sincronismos de bit y portadora digitales.
En los últimos años han adquirido gran importancia los procesadores digitales de señales de muy alta velocidad cuya arquitectura está especializa en esta operación. Esto ha permitido un gran avance en campos tales como las comunicaciones, codificadores, reconocimiento de voz y sistemas de control de procesos, entre otros, como es el “software radio”, consistente en reducir el número de componentes analógicos en la medida de lo posible y acercar las técnicas digitales lo más posible a la antena.
Tomando como base la potencia de estos procesadores de señal y su relativo bajo costo, es posible diseñar e implementar una plataforma hardware que realice todas las funciones de comunicación. Por ello es importante conocerlos a profundidad y adquirir una metodología de trabajo que permita reducir el tiempo de diseño y desarrollo de un nuevo prototipo e implementar los algoritmos deseados en tiempo real de la forma más eficiente posible, consumiendo el menor número de ciclos de procesador.
Para dar una idea del marco teórico en el que se sustenta el desarrollo del proyecto se anexa un documento que contiene el esta del arte del mismo. En este documento se parte de una breve explicación sobre sistemas satelitales, para posteriormente enfocarse en el manejo de señales y la implementación de estos módulos en dispositivos como los son los FPGAs. Se recomienda que en caso de requerir más profundidad en los temas mostrados se investigue en la bibliografía sugerida libros o artículos del tema.
Una de las actividades de mayor relevancia para proyecto fue el desarrollo de capacidades por medio de la impartición de cursos especializados. El objetivo principal fue desarrollar un grupo de trabajo formado por alumnos, profesores e investigadores de la UNAQ y personal de centro de investigación o instituciones que colaboran en el desarrollo de proyectos con la UNAQ (CENTA, CIDESI e INIDETAM).
Algunos de los cursos fueron internos, partiendo de los conocimientos desarrollados en los programas educativos vigentes. De los cursos desarrollados se generaron tres documentos con notas que se encuentran abajo para su descarga.
El primer compendio de notas corresponde a un curso básico de diseño digital a partir del uso de la tarjeta NanoBoard 3000, la cual se comunica con el software de Altium para su programación en esquemático o en VHDL.
El segundo documento explica las generalidades del dispositivo principal que corresponde a un FPGA RTG4 grado espacial, en el documento también se da una introducción a la programación VHDL en Libero (software del mismo fabricante requerido para este dispositivo).
El tercer documento contiene las generalidades del kit de desarrollo para el ADC5400, el cual es un Convertidor Analógico-Digital que a pesar de no ser de grado espacial, cuenta con una versión grado espacial, por lo cual su aplicación es escalable para el dispositivo de aplicación especifica.
275809 – Introducción al uso de FPGAs (PDF)
Conocer la teoría que es base del desarrollo de un sistema no es suficiente para escalar el conocimiento al diseño ingenieril, para lograrlo se requiere de constancia y práctica. Por ello se han propuesto una serie de prácticas para iniciar en el uso de los dispositivos mencionados en el proyecto.
Las prácticas están planteadas para seguirse en el orden en el que se encuentran, con el fin de ir estructurando el conocimiento y preparando para la implementación.
Cada práctica contiene una breve introducción para repasar los conocimientos mínimos con los que se debe contar, así como el hardware y software necesario.
M.I.A. Goretti Ramírez Villa
Responsable técnico del proyecto
Profesor de asignatura Universidad Aeronáutica en Querétaro
goretti.ramirez@unaq.mx
Dr. Alberto Traslosheros Michel
Profesor investigador Universidad Aeronáutica en Querétaro
alberto.traslosheros@unaq.mx
M.C.S.D. Moisés Torres Rivera
Profesor de tiempo completo Universidad Aeronáutica en Querétaro
moises.torres@unaq.mx
Sitio de la Agencia Espacial Mexicana
https://www.conacyt.gob.mx/
Sitio de CONACYT
https://www.gob.mx/aem
Carretera Estatal 200 Querétaro – Tequisquiapan No. 22154
Col. Parque Aeroespacial de Querétaro.
Colón, Querétaro. México
C.P. 76278
Teléfono: (442) 101 66 00
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