Tesis para optar al grado de Doctor en Ingeniería Eléctrica / Existen problemas de ambigüedad en la estimación de los parámetros del plasma ionosférico entre los 130 y los 300 km en los Radares de Dispersión Incoherente (ISR). En esos rangos, el ISR es incapaz de distinguir entre diferentes mezclas de iones moleculares (NO+ y O2+) y iones atómicos de oxígeno (O+). Los métodos comúnmente utilizados para solucionar este problema son el uso de modelos empíricos o teóricos de la Ionosfera, o añadir información conocida a priori de parámetros del plasma obtenidos de la Línea de Plasma del radar ISR. Por otro lado, algunos estudios han demostrado que se pueden estimar de forma no ambigua los parámetros del plasma analizando señales casi sin ruido, aunque esas características de ruido no son típicamente obtenidas en las mediciones rutinarias de los radares ISR. En este trabajo de tesis se define un entorno teórico para cuantificar el problema de la ambigüedad y determinar los niveles de fluctuación de señal máximos para estimar de forma no ambigua las señales ISR. Realizamos diversas simulaciones Monte Carlo de diferentes parámetros de plasma que nos permiten evaluar el desempeño de la estimación del algoritmo de optimización de mínimos cuadrados no lineal (NLLS) más comúnmente utilizado en ISR. Los resultados de estas simulaciones se muestran como curvas de probabilidad de convergencia válida y estimación correcta . Además, realizamos simulaciones para cuantificar el error de estimación que se obtiene cuando se utilizan modelos ionosféricos para determinar las condiciones iniciales de los parámetros de plasma del algoritmo de optimización. A su vez, determinamos el efecto del conocimiento a priori de diferentes combinaciones de parámetros obtenidos de la Línea de Plasma, la información que contribuyen cada uno de los parámetros del plasma, y el impacto de incrementar la incertidumbre de esos parámetros conocidos a priori. Los resultados sugieren que el conocimiento a priori de la densidad de electrones y la temperatura de electrones permite estimar de forma no ambigua incluso en niveles de fluctuación de señal elevados. Mediciones in-situ de sensores en satélites o cohetes pueden obtener esos parámetros de plasma conocidos a priori para ayudar a la estimación correcta de los radares. Los resultados obtenidos en este estudio ayudan a determinar los límites de estimación de la técnica ISR y proveen nuevas herramientas que mejoran la probabilidad de estimación no ambigua de los parámetros del plasma. / CONICYT-PFCHA/Doctorado Nacional para Extranjeros/2014-63140114

En el Radio Observatorio de Jicamarca(ROJ) se ha desarrollado un sistema receptor digital de señales de radiofrecuencia provenientes de satélites de baja orbita. Este receptor terrestre calcula la variación del Contenido Total de Electrones(rTEC, del ingles relative Total Electron Content) en la ionosfera que tal y como su nombre lo diceel rTEC esta 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 especifico. 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 fenomenos 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. Así mismo 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. / A radio beacon receiver system is being developed at the Jicamarca Radio Observatory. This ground-based receiver will be used to obtain ionospheric total electron content (TEC) over the Peruvian region by detecting satellite radio beacon signals. This work is part of a project that involves the development of a CubeSat radio beacon for ionospheric measurements. The receiver station will have the capability to obtain differential phase measurements from current operational satellite radio beacons and from the new CubeSat radio beacon developed at the Jicamarca Radio Observatory. Due to the proximity to the magnetic equator, the obtained TEC measurements will allow the investigation of the equatorial ionosphere which plays a significant role in the generation of irregularities such as the equatorial spread F. Here, we present a description of the initial beacon receiver system design which is based on quadrifilar helix antennas, cavity filters, amplifiers and software-defined radio equipment. Initial simulations and tests of the different stages of the receiver system, including the algorithm for the data acquisition, will be shown. In addition, we will describe the design and tests of our cavity filters that show a better performance than commercial ones. Finally, we will explain how the receiver system determinates the TEC in the ionosphere using the Differential Doppler technique and how multi-ples scientific satellites constellations like COSMOS and COSMIC help us to do our measurements. This receiver system instrumentation will add to the set of groundbased instruments already operating at the Jicamarca Radio Observatory and will provide a valuable data set for ionospheric research. / Tesis