INTRODUCCIÓN
El Sistema Satelital Argentino de Recolección de Datos Ambientales (DCS), es un sistema en el que se recolectan datos adquiridos por plataformas autónomas DCP (Data Collection Platforms), fijas o móviles. Éstas pueden encontrarse en la superficie terrestre, sobre boyas en los océanos y ríos, en globos, entre otros. Los datos generalmente se corresponden con variables del medioambiente de la plataforma. Estos mensajes son procesados por el receptor del sistema ubicado en los satélites, luego almacenados y, finalmente, transmitidos a las estaciones terrenas argentinas para su posterior procesamiento y distribución.
El sistema fue concebido para recibir al menos un mensaje por día de plataformas distribuidas sobre la superficie del territorio nacional, aunque podría utilizarse para recibir a una DCP ubicada en cualquier parte del planeta.
A escala global, conviven sistemas similares como ARGOS DLCS (ARGOS Data Location and Collection System) el cual se originó con un acuerdo entre la agencia espacial francesa CNES (Centre National D’Etudes Spatiales), NASA (National Aeronautics and Space Administration), NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) de USA y ahora EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites). En Latinoamérica, un sistema similar actualmente operativo es el Sistema de Coleta de Dados (SCD) de Brasil, desarrollado por el Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) y la Agencia Espacial Brasileira a partir del año 1991.
El sistema Argos, como el argentino, realiza un pre-procesamiento de las señales recibidas en vuelo y luego transmite los datos extraidos a una estación terrestre desde donde se realiza la validación y distribución de a los usuarios. A partir del lanzamiento en el año 2006 del satélite europeo Metop A (primer satélite meteorológico europeo de órbita polar), se puso en operación el sistema Argos 3, que además de aumentar la capacidad de procesamiento de su antecesor, agregó la posibilidad de una comunicación básica con las plataformas.
A diferencia del sistema argentino, los satélites del sistema brasileño poseen un transponder, que retransmite la señal recibida desde las plataformas a tierra, para su posterior procesamiento. La desventaja de este tipo de diseño es que para recibir a una determinada plataforma, el satélite además deberá estar a la vista de alguna estación terrena del sistema. Por otra parte, posibilita la adaptación continua de los algoritmos de procesamiento de la señal.
El sistema nacional está integrado por tres segmentos: el espacial, las plataformas y el segmento terrestre. El segmento espacial lo conforman todos los componentes que están a bordo de los satélites como es el receptor con su correspondiente antena. El receptor DCS del SAC-D puede recibir en la banda de los 401 a 403MHz, en uno de 200 canales separados 10kHz entre sí. De esta manera, el receptor puede captar las transmisiones de plataformas del sistema Argos y del SCD. El pre-procesamiento de los mensajes se realiza en vuelo, lo que permite el acceso a plataformas alejadas del territorio nacional aún cuando el satélite no esté a la vista de las estaciones terrenas argentinas.
Las DCPs transmiten un mensaje a intervalos prefijados, sin ningún tipo de interrogación por parte del satélite. Todas las DCP pueden acceder al canal sin ningún tipo de coordinación entre sí. El largo de los datos útiles transmitidos varia desde 32 bits (mínimo) a 256 bits (máximo), es decir que el tiempo de transmisión de cada uno de ellos, teniendo en cuenta que la tasa de bits es de 400 bps, varía entre 360 y 920ms, dado que además se transmite un protocolo de inicialización para sincronización e identificación. Los mensajes se separan temporalmente debido a la elección de diferentes períodos de repetición en las plataformas. Estos intervalos varían entre 30 y 220 segundos según la aplicación. La posibilidad de colisiones entre mensajes de distintas DCP, lleva a la pérdida de mensajes, aunque ayuda el hecho que las transmisiones se separen en frecuencia, debido a distintos corrimientos Doppler (según sea la ubicación de la DCP).
EL SATÉLITE SAC-D
El SAC-D fue el cuarto satélite de la serie SAC, perteneciente al Plan Espacial Argentino desarrollado por la CONAE (Comisión Nacional de Actividades Espaciales) que fue lanzado el 10 de junio de 2011, desde la base Vandenberg en California, EEUU. Este satélite fue el primer satélite de observación de la tierra argentino que llevó como carga útil un receptor del sistema DCS diseñado e implementado integramente por el GrIDComD.
La plataforma de servicio fue diseñada y construida por la empresa estatal INVAP, mientras que su carga estuvo integrada por 8 instrumentos, cinco de los cuales fueron diseñados y construidos por el sistema académico-tecnológico argentino. El instrumento principal fue el Aquarius (NASA) que se componía de un radiómetro en la banda de 1,413GHz y un escaterómetro en 1.26GHz.
EL RECEPTOR DCS
El receptor DCS se ubica dentro de la plataforma de servicio. Funcionalmente, el receptor consta de una unidad de recepción de RF (RF Front End) y una unidad de procesamiento de señal SPU (Signal Processing Unit). Esta última se divide en una unidad de búsqueda SU (Search Unit) y una unidad de recuperación de datos DRU (Data Recovery Unit) las cuales se implementaron en dominio discreto utilizando técnicas de SDR (Software-Defined Radio).
El RF Front End amplifica y filtra la señal de entrada y la traslada a una frecuencia intermedia para ser digitalizada en la SPU. La SU consiste básicamente un analizador de espectro implementado mediante la Transformada Discreta de Fourier (TDF).
La DRU realiza la demodulación de la señal, para recuperar los datos. Entre las tareas de esta última podemos mencionar: enganche de la portadora, demodulación de la señal, sincronismo de bit, sincronismo de trama, formateo y entrega de los datos a la unidad PAD (Procesamiento y Adquisición de Datos) del satélite.
PLATAFORMAS
Una plataforma típica está compuesta por: un transmisor (PTT, de Platform Transmitter Terminal), un adquisidor de datos (DAQ), los sensores de las variables ambientales y la antena. Los datos tomados por los sensores (en el caso de una estación meteorológica: termómetros, anemómetros, barómetros, entre otros), pasan a una unidad de adquisición de datos donde son almacenados para ser luego, junto con los datos del preámbulo, transmitidos por el PTT con el período de repetición correspondiente. La subida (transmisión) al satélite se realiza con una potencia de aproximadamente 30dBm. Es importante que todas las plataformas del sistema cuenten con una protección contra transmisión continua, ya que de lo contrario se degradaría el desempeño del sistema en su totalidad.
El GrIDComD diseñó e implementó un modelo de PTT propio que fue utilizado durante la misión SAC-D.
PRIMER ENCENDIDO Y RECEPTOR EN VUELO
El receptor DCS del SAC-D se encendió exitosamente en vuelo, el 31 de agosto de 2011, 10:42 UTC. Luego de verificar el comportamiento térmico y ajustar el umbral de detección, se transmitió mediante una DCP patrón desde la Facultad de Ingeniería de la UNLP. En la se muestra la frecuencia de la señal recibida (en el ancho de banda de recepción) para cada una de las transmisiones detectadas. En este caso, se programó al transmisor para que envíe el mensaje con un período de repetición de 2s. En total se recibieron 276 mensajes de la DCP FI-UNLP durante la pasada del 3 de septiembre de 2011.
Se observa la variación de frecuencia por efecto Doppler por el movimiento relativo entre el transmisor y el receptor, lo que permite realizar estimaciones de la posición de la plataforma en tierra. Recibiendo sobre territorio brasilero, donde en algunas zonas existe una gran densidad de plataformas pertenecientes al sistema SCD, se pudieron detectar transmisiones de este sistema actualmente operativo.
APLICACIONES
El Sistema Argentino de Recolección de Datos Remotos es aplicable a un innumerable grupo de actividades.
Foto: Gentileza del Ing. Marinsek
Por ejemplo en meteorología, para obtener los datos de la red de nacional de estaciones, permitiendo la instalación de las mismas en sitios poco accesibles, como por ejemplo, la cumbre del cerro Aconcagua o sobre territorio antártico. También para obtener datos de monitoreo ambiental en zonas alejadas. Es posible registrar parámetros de las cuencas acuíferas del país, obtener datos de la calidad de aguas, detectar anomalías en la altura de ríos.
Foto: Gentileza del Ing. Marinsek
También se puede verificar variables de líneas de transmisión eléctrica en lugares poco accesibles como validar datos de otros instrumentos.