El Boletín Radio@stronómico es una publicación trimestral, donde se incluyen noticias
relacionadas con la Astronomía y más específicamente la Radioastronomía. Es un
vehículo de comunicación que nos permite dar a conocer las novedades y actividades
desarrolladas en el Instituto.
A partir del número 11 el Boletín cuenta con su número de ISSN. El International Standard Serial Number (ISSN) es un número internacional normalizado que se asigna a las publicaciones periódicas, o sea a todas aquellas publicaciones que aparecen a intervalos regulares o irregulares de tiempo, y a las que comunmente se las conoce como revistas. Este número identifica a la publicación en forma única y se tramita a través del Centro Argentino de Información Científica y Tecnológica (Caicyt). Es importante para nosotros seguir trabajando para hacerles llegar nuestro Boletín. Desde ya estamos agradecidos y los instamos a comunicarse con nosotros para plantearnos cualquier consulta o sugerencia. 
|
En Vandenberg estuvieron presentes el canciller, Héctor Timerman, y el director ejecutivo y técnico de la Conae, Conrado Varotto, entre otros funcionarios argentinos.
El SAC-D/Aquarius es una misión de cooperación internacional desarrollada por la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) y la National Aeronautics and Space Administration (NASA). Incluye contribuciones de la Agenzia Spaziale Italiana (ASI) de Italia, la Canadian Space Agency (CSA) de Canadá, el Centre National d´Etudes Spatiales (CNES) de Francia, la Agencia Espacial Brasilera (AEB) y el Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) de Brasil.
En el ámbito nacional participaron en la construcción del satélite, organismos del Sistema Nacional de Innovación Científica y Tecnológica, tales como la Comisión Nacional de Energía Atómica, el Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR), el Centro de Investigaciones Ópticas (CIOP), la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), la Universidad Tecnológica Nacional (UTN), el Instituto Universitario Aeronáutico (IUA) y empresas privadas nacionales de base tecnológica. La empresa INVAP S.E. ha sido contratista principal del satélite.
El objetivo principal del Aquarius es estimar la salinidad de los mares que, hasta ahora, sólo se conocía mediante mediciones realizadas a través de embarcaciones y boyas.
Conocer el contenido de sal de los océanos es importante para entender las interacciones entre el ciclo del agua, la circulación oceánica y el clima. Contar con estos datos la comunidad científica podrá elaborar modelos climáticos a largo plazo.
Otro importante objetivo es recabar datos sobre la humedad del suelo a gran escala, parámetro que contribuirá a la generación de alertas tempranas de inundaciones y aparición y/o dispersión de enfermedades.
Más información: CONAE
|
- ¿Cómo fue que decidiste viajar a Argentina?
- Una compañera de la Universidad de Paris XI, Chloé Guennou, vino en el año 2009 a trabajar con el Dr. Gustavo Romero. Me interesa trabajar en temas relacionados con la relatividad general y los agujeros negros entonces decidí escribirle...
- ¿Tus intereses se orientan a la física teórica, no es así?
- Sí. En mi Licenciatura trabajé sobre física fundamental y mi Máster se especializa en física fundamental y aplicada. Puedo decir que mi inclinación es hacia la ciencia básica. Al haber tenido contacto con un estudiante de ingeniería, el novio de mi hermana, me di cuenta de que mis intereses no se orientaban a esa rama del conocimiento. Me gusta la astrofísica y dentro de ella la gravitación y la relatividad general.
- ¿En qué estás trabajando ahora?
- Desde el año pasado estoy trabajando en la entropía de agujeros negros y ahora estamos preparando un artículo con Gustavo Romero y Florencia Vieyro sobre este tema. Mi trabajo se basa en el estudio de la órbita de un tipo particular de agujeros negros denominados Born-Infeld. Estos son una clase de agujeros negros particulares cuyas partículas poseen carga eléctrica. Este tipo de electromagnetismo, diferente del electromagnetismo de Maxwell, es no lineal y las cargas no presentan divergencias. El objetivo de mi trabajo es saber si esa teoría electromagnética funciona en situaciones extremas, como las que representan los agujeros negros.
- ¿Y qué ideas tenés para tu futuro?
- El año que viene obtendré mi título de Máster y mi intención es seguir estudiando el doctorado que, a través de convenios, se podría hacer una parte en Chile y otra en Francia, y duraría unos tres años.
- ¿Dónde estás viviendo ahora?
- En la actualidad vivo en La Plata. Comparto un departamento con un compañero argentino que estudia música, pero nos vemos muy poco pues nuestros horarios no coinciden.
- ¿Tenés algún hobby?
- Sí. Me gusta la música, toco el piano y la guitarra. Y en Francia practico hockey sobre hielo cosa que aquí no he podido pues no hay pistas para ello.
- ¿Y cómo te han tratado aquí?
- Argentina es muy diferente de Francia. En Francia la gente vive apurada y no tiene tiempo para conversar o para reunirse. Por eso vuelvo y quién sabe alguna vez me quede aquí a vivir un tiempo. También me gustaría conocer la cordillera de los Andes, pero por ahora es difícil dado que aún me estoy solventando por mis propios medios pues no he obtenido la beca.
Acá conocí buenos amigos y casualmente este fin de semana iremos a Uruguay con un compañero del IAR y un grupo de amigos. Todos me han tratado muy bien realmente ...
- Muchas gracias Romain!
(Claudia Boeris)
|
El artículo "Time and irreversibility in an accelerating universe" que escribió el Dr. Gustavo E. Romero con su nueva alumna la Lic. Daniela Pérez recibió una "Honorable Mention" en los Gravity Research Awards 2011.
Esta información nos fue suministrada por la Gravity Research Foundation.
La Gravity Research Foundation es la institución más importante del mundo en el tema de la gravitación. Fue fundada en 19 de enero de 1949 por Roger W. Babson, cuyo objetivo principal era estimular el estudio de la gravitación. Para ello la Fundación, desde fines de ese año, creó una competencia anual en la cual se premian los mejores ensayos en gravitación: "The Gravity Research Awards".
G.F.R. Ellis, R. Penrose, J. Bekenstein y E. Salpeter son algunos de los científicos más destacados del siglo XX que han recibido este premio. Más información: Gravity Research Foundation
|
Resumen del Proyecto:
Con apoyo del CONICET, el IAR y la FCAG de la Argentina, de la National Science Foundation y la NASA de los EEUU, y de otras instituciones de ambos países, se ha iniciado el despliegue, en el Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR), de un radar de dimensiones y sensibilidad similares a las del radar y radiotelescopio de Arecibo. La conjugación magnética existente entre Arecibo y el IAR permitirá investigar, por primera vez, los mecanismos de transporte de energía a distancias inter-hemisférica, a través del plasma confinado en las líneas del campo magnético terrestre. De este modo, el conjunto Arecibo-AIRES se convertirá en el primer laboratorio global de plasma ionosférico. Como parte de las actividades preparatorias del proyecto A I R E S, hemos instalado y comenzaremos a operar un sondador ionosferico en la FCAG. La operación simultánea del radar de Arecibo con su nuevo instrumento y del sondador de La Plata permitirá realizar una variedad de experimentos controlados, orientados a verificar y perfeccionar los modelos electrodinámicos actuales, de acuerdo con los cuales el transporte de masa y energía dentro del plasma ionosférico está fuertemente gobernados por el campo magnético de la Tierra y por otras variables del espacio Sol-Tierra.
La vinculación con científicos extranjeros y los instrumentos de tecnología avanzada que se están instalando en la Argentina constituyen una oportunidad sin precedente para crear en el país una
escuela de ciencias atmosféricas y espaciales de primer nivel. Este es el momento oportuno para incorporar al proyecto a los jóvenes científicos que harán que este proyecto se trasforme en realidad. El
principal objetivo de esta jornada es el de motivar ese entusiasmo.
(Fuente: Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de La Plata (FCAGLP))
|
A las 11:20 del día viernes 10 de junio próximo pasado, desde la base Vandenberg, ubicada en California, Estados Unidos, el vehículo de lanzamiento Delta II puso exitosamente en órbita a la misión espacial SAC-D/Aquarius. Esta misión fue llevada a cabo conjuntamente mediante una colaboración internacional llevada a cabo principalmente por la CONAE (Comisión Nacional de Actividades Espaciales) y la NASA (Nacional Aeronautics and Space Administration), con la participación de Brasil, Canadá, Francia e Italia.
A posteriori del lanzamiento, que pudo presenciarse en directo, la máxima autoridad nacional, la Dra. Cristina Fernández de Kirchner, Presidente de nuestro país, subrayó la importancia que el proyecto tiene para el mismo, y se refirió en elogiosos términos hacia los científicos argentinos que habían sido partícipes de tal logro. En el mismo sentido se expresó el Dr. C. Varotto, Director Ejecutivo de CONAE, otras autoridades nacionales, y los máximos responsables técnicos del complejo proyecto.
En los días posteriores, noticias sobre tal evento aparecieron en los diversos medios de comunicación, con mayor o menor exactitud en su contenido, y titulares como "La ciencia argentina se pone en órbita", Diario Página 12 (10-06-2011), "Otra vez en el espacio", Diario La Nación (11-06-2011) o "La Ciudad, en un gran logro científico", Diario El Día, de La Plata (26-06-2011) podían ser leídos en los periódicos de mayor circulación nacional. Sin embargo, el contenido de las notas rara vez reflejó en forma correcta la contribución que a tal éxito realizaron las distintas instituciones del sistema científico-tecnológico nacional que participaron en tal empresa.
Dentro de las instituciones involucradas se encuentra el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), que en el área de La Plata posee veintitrés institutos de investigación que conforman el Centro Científico-Tecnológico (CCT) La Plata. Una buena parte de los mismos, dieciocho (18) en total, dependen tanto del CONICET como de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), mientras que cuatro (4) dependen tanto de CONICET como de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires (CICPBA). El Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR) sólo depende de CONICET, aunque un buen porcentaje de sus miembros también desarrollan actividades docentes y de investigación en distintas Facultades de la UNLP, y en diversas filiales de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN).
En estas líneas se desea reflejar la contribución a la misión SAC-D/Aquarius que realizaron Ingenieros y Técnicos con lugar de trabajo en el IAR. En forma sucinta, puede mencionarse que el personal técnico se ha visto involucrado en los siguientes desarrollos:
Microwave Radiometer (MWR)
Es un receptor radioastronómico que opera a las frecuencias de 23.8 y 36.5 GHz con un ancho de banda de 400 MHz y una sensibilidad de medio grado Kelvin (0,5 K). Es un instrumento complementario del instrumento Aquarius y medirá la temperatura de la superficie terrestre en las frecuencias que son sensibles a los siguientes parámetros geofísicos: vapor de agua, velocidad de los vientos, tasa de lluvia, nubes e hielo oceánico.
Participación del IAR:
- Diseño, desarrollo, construcción, verificación y validación de los receptores y campaña ambiental del instrumento (vibración, termo-vacío y EMI/EMC).
- Test de las antenas y los alimentadores. - Integración y Test a la Plataforma de Servicio, campaña ambiental del satélite en Brasil, campaña de lanzamiento y puesta en marcha (Commissioning). Ingeniero Responsable: Ing. Daniel Rocca
New Infrared Sensor Technology (NIRST)
Es una cámara que opera en las bandas del infrarrojo medio monitoreando los eventos de alta temperatura que tengan lugar en la superficie del planeta. Los mismos, entre otros aspectos, se puedan encontrar relacionados con incendios y volcanes. Dicha cámara también medirá la temperatura del mar en las costas de América del Sur y otros puntos de interés sobre nuestro territorio. El rango de medición del instrumento varía aproximadamente entre 30 a 300 grados Centígrados, y posee una sensibilidad de 0,5 C. La resolución espacial (el tamaño del área mínima que puede analizar sobre la superficie del planeta) es de 350m y el ancho del barrido sobre la superficie del planeta es de +/- 500 Km.
Participación del IAR:
- Diseño, desarrollo, construcción, verificación y validación de la electrónica de adquisición y control y campaña ambiental del instrumento (vibración, termo-vacío y EMI/EMC).
- Integración y Test a la Plataforma de Servicio, campaña ambiental del satélite en Brasil, campaña de lanzamiento y puesta en marcha (Commissioning).
Ingeniero Responsable: Ing. J.J. Larrarte
Procesamiento y Adquisición de Datos (PAD)
Es una computadora que comanda y adquiere los datos de los instrumentos Data Collection System (DCS), Microwave Radiometer (MWR), New IR Sensor Technology (NIRST) y Radio Occultation Sounder for Atmosphere (ROSA). La misma transmite la información de telemetría cada ocho segundos, almacena los datos de ciencia en su memoria y los transmite a tierra a través de uno de los canales virtuales de los que dispone el transmisor del satélite.
Participación del IAR:
- Diseño, desarrollo, implementación, verificación y validación del software de vuelo y campaña ambiental (vibración, termo-vacío y EMI/EMC).
- Diseño, desarrollo, implementación, verificación y validación de los guiones de comando para los cuatro instrumentos (DCS, MWR, NIRST y ROSA) y PAD.
- Integración y Test a la Plataforma de Servicio, campaña ambiental del satélite en Brasil, campaña de lanzamiento y puesta en marcha (Commissioning).
Responsable del Proyecto: Ing. J.J. Larrarte
Antenas de TT&C (Tracking, Telemetry and Command) del satélite en banda S.
Participación del IAR:
- Diseño y Desarrollo.
- Fabricación de 5 antenas modelo de vuelo y ensayos de aceptación: parámetros electromagnéticos con la antena montada sobre maqueta de la plataforma satelital (laboratorio LaMA - CONAE Córdoba), ensayos de termo vacío (FIE-CONAE Córdoba) y ensayos de vibración (GEMA-UNLP).
Responsable del Proyecto: Ing. Dante Colantonio
Antenas de DDS (Downlink Data Science) del satélite en banda X.
Participación del IAR:
- Diseño y desarrollo.
- Fabricación de 3 antenas modelo de vuelo y ensayos de aceptación: parámetros electromagnéticos con la antena montada sobre maqueta de la plataforma satelital (laboratorio LaMA - CONAE Córdoba), ensayos de termo vacío (FIE-CONAE Córdoba) y ensayos de vibración (GEMA-UNLP).
Responsable del Proyecto: Ing. D. Colantonio
La importancia de la contribución del IAR a la misión SAC-D/Aquarius puede apreciarse en toda su magnitud, si se tiene en cuenta que dicha misión se encuentra compuesta por los siguientes instrumentos,
De lo indicado anteriormente, espero quede claro que los Ingenieros y Técnicos con lugar de trabajo en el IAR han desarrollado en los laboratorios de la institución dos (NIRST y MWR) de los cinco instrumentos provistos por Argentina. Además de lo mencionado, Ingenieros y Técnicos también han ensamblado los componentes, y desarrollado el software de la computadora denominada PAD, que tiene como misión controlar en tiempo real los instrumentos DCS, MWR, NIRST y ROSA. También vale señalar que las antenas del satélite vinculadas con el Seguimiento, Telemetría y Comandos (en la jerga conocida como TT&C del inglés Tracking, Telemetry & Command) y la trasmisión de los Datos de Ciencia (en la jerga conocida por el acrónimo DDS del inglés Downlink Data Science), también fueron diseñadas y construidas en los laboratorios de la institución.
Esta nota podría terminar acá, a modo de un merecido reconocimiento y profundo agradecimiento de la institución hacia todos aquellos Ingenieros y Técnicos que pudieron resolver, a lo largo de muchos años de trabajo, las diversas dificultades y desafíos que surgieron, y que al realizarlo con éxito hicieron posible que una buena parte de la Misión SAC-D/Aquarius se convirtiese en realidad.
Sin embargo, antes de concluir creo oportuno mencionar algunos aspectos, no conocidos para la mayoría de los lectores, que por un lado realzan el compromiso asumido por los jóvenes profesionales, y que por otro lado hablan de la necesidad de que el sistema científico-tecnológico de nuestro país incorpore a la brevedad los mecanismos apropiados para que los profesionales, tanto Ingenieros como Técnicos, que participan en actividades de Transferencia Tecnológica y desarrollo tecnológico como las llevadas a cabo por el personal técnico del IAR, sean reconocidos, tanto académica como económicamente, en forma apropiada.
Entre los aspectos que "realzan el compromiso asumido por los jóvenes profesionales", valga mencionar que la gran mayoría de los Ingenieros y Técnicos involucrados en los desarrollos para la Misión SAC-D/Aquarius, durante gran parte de su tarea se desempeñaron como monotributistas. Sí, leyó bien, dice "monotributistas". Esta situación, por cuestiones legales y administrativas estipuladas en los Convenios oportunamente refrendados entre las autoridades de CONAE y CONICET para el desarrollo de los distintos instrumentos, implicó que los fondos destinados a cubrir las necesidades de compra de materiales y pago de los honorarios de los involucrados no fueran desembolsados con la regularidad requerida. Esta situación originó que los involucrados nunca supieran a ciencia cierta cuando podrían comprar los insumos necesarios, o cuando podrían cobrar sus honorarios. En ciertos desarrollos, y por diversos motivos, los involucrados siguieron trabajando para los proyectos sin percibir sus honorarios por un lapso de varios meses. La dedicación, las ganas de hacer por el país, la responsabilidad ante el compromiso adquirido en el marco de un proyecto internacional, y la capacidad de liderazgo y motivación de los responsables técnicos directos de los instrumentos (sobre todo en los proyectos NIRST y PAD) hicieron el "milagro" de que esos jóvenes profesionales, aún en esas condiciones tan adversas, siguieran adelante con su trabajo.
A los efectos de paliar una situación laboral tan precaria, se intentó que todos los Ingenieros y Técnicos que trabajaban como monotributistas, fueran incorporados en forma perentoria a la Carrera del Personal de Apoyo (CPA) de CONICET. A pesar de que las autoridades, tanto del CCT La Plata como de CONICET Central, entendieron cabalmente la urgencia e importancia de una rápida incorporación de esos recursos humanos a la CPA, la misma no pudo concretarse con la celeridad necesaria. Esta dilación trajo como consecuencia que todos los Ingenieros que trabajaban como monotributistas, pasaran a formar parte de los planteles profesionales de las empresas Vehículo Espacial Nueva Generación (VENG) y Servicios Tecnológicos Integrados (STI). Lamentablemente, la falta de una rápida implementación práctica, siguiendo los procedimientos vigentes para la incorporación efectiva de personal a la CPA, a un problema concreto como el presentado, implicó la imposibilidad de sumar a los planteles técnicos de CONICET personal altamente capacitado en un área estratégica para el país. La reciente creación en CONICET Central de la Dirección de Vinculación Tecnológica, representa un paso muy auspicioso hacia el reconocimiento de la importancia que institucionalmente se otorga a las actividades de Transferencia Tecnológica. Es deseable que tal decisión se vea complementada con una revisión crítica del escalafón vigente para la CPA, del nivel salarial de la misma, y de los procedimientos administrativos existentes para la incorporación a la misma. Con los niveles salariales actuales, es impensable retener Técnicos y Profesionales en la Carrera del Personal de Apoyo de CONICET tan especializados como los que han trabajado en el IAR en los distintos subsistemas que componen el satélite SAC-D/Aquarius.
A modo de reconocimiento hacia la persona involucrada, deseo mencionar que cuando el proyecto de construir el satélite SAC-D era una realidad sólo en los papeles, el Dr. Fernando Colomb (ex Director del IAR y posteriormente miembro del Directorio de la CONAE) viajó a los Estados Unidos para interiorizarse de cómo podrían implementarse ciertos aspectos del ambicioso plan que CONAE tenía entre sus manos, en particular lo que involucraba a Aquarius y el diseño y desarrollo del radiómetro MWR. La respuesta de los expertos estadounidenses fue breve y concisa: "Si en Argentina disponen de Ingenieros y Técnicos que construyeron instrumentos radioastronómicos, pónganse en contacto con ellos". De esta manera el IAR entró en la consideración de la CONAE, y posteriormente realizó la contribución al SAC-D/Aquarius que se menciona en esta nota. Valga esta anécdota para reconocer la visión del Dr. Colomb, y la confianza que el mismo depositó en los planteles profesionales de la Institución. En sus inicios, la actividad de Transferencia Tecnológica del IAR fue dirigida por el Ing. J. A. Sanz, quien junto al Técnico R. Morán-Fabra, ambos miembros de la CPA de CONICET, llevaron adelante el desafío de estructurar y hacer crecer esta nueva actividad. Vaya a ambos un reconocimiento por la labor desarrollada.
Para finalizar deseo subrayar que la anécdota mencionada es una más en la larga lista de ejemplos que pueden darse acerca de la falsa antinomia entre ciencia pura y ciencia aplicada. A comienzos de la década de los años 60 del siglo pasado (cuando fue creado el IAR) nadie debe haber avizorado la importancia que el plantel técnico de una institución dedicada a la "ciencia pura", tendría décadas más tarde en un desarrollo tecnológico muy concreto como el SAC-D. Puesto en otras palabras, la inversión en Ciencia y Tecnología y el cuidado de los recursos humanos que genera el sistema, son vitales para el futuro de un país.
A todos los involucrados, directa e indirectamente, en los desarrollos llevados a cabo para el satélite SAC-D/Aquarius, nuevamente felicitaciones!. Dr. E. M. Arnal, Director del IAR
|
- "Molecular gas and star formation in Sh2-196 and Sh2-206". C.E. Cappa, M.C. Martin, S. Cichowolski, J. Vasquez y R. Zinn C.E. Cappa, G.A. Romero, M. Rubio y M.C. Martín (Más información: http://cab.inta-csic.es/molecular_universe/)
(Más información: http://cta.irap.omp.eu/toulouse2011/)
También participó del Workshop "AGN physics in the CTA era", realizado entre el 16 y 17 de mayo, en la misma ciudad, donde presentó el trabajo "Predictions of Inhomogeneous Jet Models for CTA".
(Más información: http://cta.obspm.fr/agnworkshop2011/)
Por útimo, el Dr. Romero participó del "8th FRIEDMANN SEMINAR" en Río de Janeiro, Brasil, entre el 30 de mayo y el 3 de junio. Allí fue "chairman" de sesión y presentó el trabajo "Gravitational lensing of neutrino cosmological sources".
(Más información: http://www.icranet.org.br/eventos.asp?idevento=7)
|
El tema sobre el que investiga el Lic. Thomas es "Estudio de las órbitas de agujeros negros de Born-Infeld". El Lic. Thomas permanecerá en nuestro país por un período de tres meses y desarrollará sus actividades en nuestro Instituto.
|
Por el Dr. César Caiafa
Los algoritmos de BSS ("Blind Source Separation - BSS") han sido desarrollados ampliamente durante los últimos 15 años y han sido aplicados con éxito a problemas prácticos en diversas áreas científicas y tecnológicas, a saber: separación de señales acústicas (audio), análisis de señales neuronales en Neurociencias, etc. (Comon & Jutten, 2010). Además, BSS también representa una herramienta muy útil para el procesamiento de imágenes satelitales y en Radioastronomía, dos aplicaciones que abordamos en este artículo.
Separación Ciega de Fuentes: definición del problema
Consideremos que existen dos fuentes (sources) que producen señales temporales: s1(t) y s2(t). Por ejemplo, este podría ser el caso de dos fuentes sonoras emitiendo señales acústicas. Supongamos que estas fuentes sonoras se encuentran en un ambiente especial sin eco y que colocamos dos micrófonos (sensores) en distintas posiciones en el espacio (Fig. 1). Estos micrófonos registrarán, cada uno, una superposición diferente de las fuentes, es decir:
donde x1(t) y x2(t) son las señales registradas por los micrófonos (mezclas) y los valores de los coeficientes aij dependerán de la geometría de la configuración de fuentes y sensores. Las ecuaciones (1-2) pueden escribirse en forma compacta usando notación matricial de la siguiente manera:
donde s(t) = [s1(t) s2(t)]T y x(t) = [x1(t) x2(t)]T y A es la matriz de coeficientes o matriz de mezcla. Desde luego la ecuación (3) también puede aplicarse al caso de la mezcla de un número arbitrario N de fuentes y sensores.
El problema de la separación ciega de fuentes (BSS) consiste en recuperar las señales de las fuentes s(t) utilizando solamente los registros capturados por los micrófonos, es decir, a partir de x(t). Está claro que, si se conocieran los coeficientes de mezcla o lo que es lo mismo las distancias relativas entre sensores y fuentes, entonces el problema estaría resuelto gracias al Algebra utilizando la transformación lineal inversa, es decir:
donde A-1 es la inversa de la matriz de mezcla.
Sin embargo, en los problemas prácticos rara vez se conoce la matriz A y la resolución de este problema "ciego" no es trivial requiriendo la utilización de herramientas matemáticas más sofisticadas. Es interesante observar que muchas de estas ideas matemáticas están basadas en conceptos intuitivos simples tal como intentaremos ilustrar en este artículo.
Las señales como fuentes de información
Una de las herramientas matemáticas que utilizaremos es la Teoría de Probabilidades. Dada una señal s(t), si observamos sus valores para cada t podremos asignar probabilidades a esos valores de acuerdo a si ellos ocurren muy frecuentemente o, por el contrario, muy esporádicamente. Para hablar en términos matemáticos decimos que una señal s(t) tiene asociada una función de densidad de probabilidad fs(s) ("probability density function - pdf") que la caracteriza. Por ejemplo, en la Fig. 2 podemos observar ejemplos de señales fuentes y sus mezclas con sus correspondientes pdfs asociadas.
El concepto de función de densidad de probabilidad (pdf) tiene aparejada la definición de la Información asociada a dicha variable aleatoria. La Teoría de la Información fue desarrollada por Claude Shannon a partir de su celebrado artículo "A Mathematical Theory of Communication" publicado en 1948 (Shannon, 1948). En ese trabajo se definió a la Entropía H(s) como una medida de la Información de una variable aleatoria s. Básicamente, la Entropía mide que tan impredecible es una señal. Por ejemplo, una señal cuya pdf esté concentrada mayormente en pocos valores será fácilmente predecible y tendrá una Entropía baja.
La Entropía definida por Shannon H(s) tiene propiedades matemáticas útiles. En particular, y en relación con nuestro problema de separación de fuentes podemos mencionar las siguientes:
1- Propiedad 1: La distribución Gaussiana tiene la máxima Entropía de entre todas las distribuciones con idénticas medias e iguales desvíos standards:
siempre que w sea Gaussiana, z sea no-Gaussiana, y además μw = μz, σw = σz.
2- Propiedad 2: La Entropía de la combinación lineal de variables independientes (no-Gaussianas) normalizada es mayor que las Entropías individuales normalizadas. Es decir, si definimos w = z + y entonces
donde σw, σz y σy son los desvíos standard de w, z e y respectivamente y asumimos medias nulas ( μz = μy = 0).
Los aficionados a las matemáticas podrán reconocer en la Propiedad 2 una consecuencia del Teorema del Límite Central1 que establece que, a medida que sumamos más variables independientes y normalizamos el resultado, la distribución resultante se aproxima a la distribución Gaussiana. De hecho, este resultado hace que la distribución Gaussiana aparezca naturalmente en la naturaleza ya que muchos fenómenos en la naturaleza se producen por la combinación de infinidad de procesos independientes.
¿Cómo se relacionan estos resultados matemáticos con nuestro problema de separación de fuentes? A continuación ilustramos como utilizarlos para elaborar algoritmos BSS.
¿Cómo identificar las fuentes?
Suponiendo que las fuentes son estadísticamente independientes y tienen distribuciones no-Gaussianas entonces, aplicando las propiedades de la Entropía a la ecuación (3) podemos concluir que las señales en los sensores x1(t) y x2(t) serán mas Gaussianas que las fuentes s1(t) y s2(t).
Intuitivamente podemos decir que la acción de mezclar señales produce señales mas complejas (mas Gaussianas o con más Entropía) y por lo tanto, la forma de recuperar las señales originales es aplicar la operación inversa que haga que las señales fuentes estimadas sean lo menos complejas posibles (menos Gaussianas o con menor Entropía). Éste es el concepto básico sobre el que se desarrollaron los algoritmos de Análisis de Componentes Independientes ("Independet Component Analysis - ICA")(Comon P. , 1994)(Hyvarinen, Karhunen, & Oja, 2001).
¿Pero cómo hacen los algoritmos ICA para recuperar las fuentes?. Para esto observamos en la ecuación (4) que las fuentes pueden ser recuperadas a través de una transformación lineal de las mezclas. El objetivo de un algoritmo de BSS es encontrar la matriz D, tal que las estimaciones de las fuentes se obtenga como
donde observamos que, con D=A-1 obtenemos una estimación exacta de las fuentes (y(t)= s(t)). Muchos algoritmos ICA realizan una búsqueda sobre todas las posibles matrices D seleccionando aquella para la cual las estimaciones de las fuentes y(t) (ecuación (7)) tienen mínima Entropía (son lo menos Gaussianas posibles).
Existen diversas formas de medir el grado no-Gaussianidad o la Entropía a partir de muestras de una señal lo cual permitió el desarrollo de distintos algoritmos ICA. Podríamos decir que el algoritmo más famoso es el FastICA, propuesto por A. Hyvarinen en (Hyvarinen & Oja, 1997) donde la no-Gaussianidad se mide a través del momento estadístico de orden 4 conocido como "kurtosis". Este algoritmo debe su popularidad a que es sencillo y veloz.
Otra familia de algoritmos buscan la matriz D que minimiza la Información Mutua (Shannon, 1948) entre las componentes del vector y(t) ya que durante el proceso de mezcla de señales, no solo se incrementa la Gaussianidad sino que además se aumenta la Información Mutua entre los sensores (Cardoso & Souloumiac, 1996).
La hipótesis de independencia estadística entre las fuentes es válida en muchos escenarios pero hay casos en los cuales no se aplica y como consecuencia los algoritmos ICA pueden no separar las fuentes. Sin embargo, se ha observado que la medida de no-Gaussianidad también es útil para señales fuentes con un tipo especial de dependencia (Caiafa & Proto, 2006)(Caiafa C. F., Salerno, Proto, & Fiumi, 2008).
En (Caiafa & Proto, 2006) se desarrolló un algoritmo BSS denominado MaxNG que permite la separación de señales dependientes e independientes utilizando una medida de la no-Gaussianidad basada en la distancia de funciones L2. En este contexto se definió el Análisis de Componentes Dependientes ("Dependent Component Analysis - DCA") como una generalización de ICA permitiendo la separación de un tipo especial de señales dependientes.
A continuación ilustraremos la utilización de algoritmos de separación de fuentes dependientes en dos casos de estudio derivados de problemas prácticos reales en el procesamiento de imágenes satelitales y en Radioastronomía.
Aplicación al procesamiento de imágenes satelitales
Actualmente, los sensores ópticos utilizados en satélites son capaces de proveer alta resolución espectral obteniendo imágenes con cientos de canales (hiperespectrales). Pero, desafortunadamente, la resolución espacial está limitada ya que la energía total recibida por el sensor, correspondiente a un pixel, está directamente relacionada con el área relevada, el ancho de banda del sensor y el tiempo de integración. Por lo tanto, lo que en realidad medimos con el sensor es una combinación lineal de los espectros de los materiales presentes en cada píxel (Fig. 3). A su vez, los coeficientes de mezcla de los espectros son los porcentajes de ocupación de los materiales en ese píxel. Éste modelo lineal ha sido validado por mediciones de laboratorio.
En ciertas aplicaciones de sensado remoto es necesario obtener información a nivel subpixel y determinar los porcentajes de ocupación de los distintos materiales presentes en cada píxel. Este problema se conoce como Separación Espectral ("Spectral Unmixing") y puede ser resuelto aplicando algoritmos BSS.
Mas específicamente, en el contexto de BSS en la ecuación (2) la matriz de mezcla A contiene en sus columnas los espectros de los distintos materiales (ladrillo, césped, etc) y el vector s(t) contiene los porcentajes de ocupación de cada uno de los materiales en el pixel indexado por t.
Dado que en este caso las fuentes corresponden a fracciones (porcentajes), éstos cumplen con una restricción y es que la suma de las fuentes da 1 (100%). Esta restricción impone una dependencia estadística entre las fuentes y hace que los algoritmos ICA no funcionen correctamente o lo hagan parcialmente.
En (Caiafa C. F., Salerno, Proto, & Fiumi, 2008)(Caiafa, Salerno, & Proto, 2007; Caiafa C. , Salerno, Proto, & Fiumi, 2006) hemos aplicado el algoritmo MaxNG al procesamiento de imágenes satelitales hiperespectrales capturadas por el instrumento MIVIS del Airborne Laboratory for Environmental Research, CNR, Roma (Italia). Se trabajó sobre una imagen de 540x337 pixeles con 102 bandas: canales 1-20 (0.43-0.83 μm), canales 21-28 (1.15-1.55 μm), canales 29-92 (2.00-2.50 μm), canales 93-102 (8.20-12.70μm).
En la Fig. 4 se muestran los resultados de aplicar el algoritmo MaxNG una porción de la imagen espectral correspondiente al Palazzo Corsini alla Lungara y el Jardín Botánico en Roma. En las Fig. 4 c)-e) se muestran las imágenes correspondientes a los porcentajes de ocupación de los materiales predominantes donde cuatro materiales han sido detectados (cemento, ladrillo y vegetación). Puede verse la correspondencia con la clasificación de los pixeles como pertenecientemente a una clase efectuados por un método clásico de clasificación de pixeles.
Separación de fuentes de radiación en Radioastronomía
El satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESA) (http://www.esa.int/planck) ha sido puesto en órbita en 2009 generando gran expectativa en la comunidad de astrónomos y astrofísicos en todo el mundo. Al igual que en otras misiones anteriores de NASA como WMAP (map.gsfc.nasa.gov) o COBE (aether.lbl.gov/www/projects/cobe/), el principal objetivo de la misión es reconstruir la radiación cósmica de fondo ("Cosmic Microwave Background - CMB") que es la prueba más relevante del modelo "hot big-bang", una de las teorías más aceptadas sobre el origen del Universo. Según esta teoría, el CMB sería la radiación producida por la explosión que dio origen al Universo.
Por lo tanto, es muy importante disponer de un relevamiento del CMB en todo el cielo ya que daría información vital sobre los orígenes del Universo. Además, las inhomogeneidades del CMB dieron origen a las galaxias que hoy existen y por lo tanto podría también explicar la topología del Universo.
Sin embargo, un problema fundamental con el que se encuentran los científicos al momento de analizar las imágenes capturadas por los sensores del satélite Planck es que la radicación CMB se encuentra contaminada por otras fuentes de radiación, básicamente radiaciones cercanas y fuentes de radiación extragalácticas, además del ruido propio del instrumento.
En (Baccigalupi, et al., 2000) se propuso resolver la extracción del CMB como un problema de BSS utilizando algoritmos ICA ya que la radiación medida por cada sensor es una combinación lineal de las distintas fuentes de radicación (Fig. 5). Sin embargo existen características especiales que hacen difícil de resolver por algoritmos clásicos porque las señales no son independientes y la fuente CMB es prácticamente Gaussiana.
En (Caiafa, Kuruoglu, & Proto, 2006) desarrollamos un algoritmo basado en las ideas usadas en MaxNG y fue testeado con señales generadas sintéticamente por los equipos de la misión Planck en Italia. Una característica particular de este algoritmo es que logra la separación del CMB buscando el máximo2 de la Entropía debido a la característica Gaussiana de esta fuente. Por el contrario el resto de las fuentes (no-Gaussianas) se logra buscando los mínimos de la Entropía como se muestra en la Fig. 6. a). Es así que este nuevo algoritmo fue denominado MiniMax Entropy. En las Fig. 6. b) - d) se muestran las imágenes fuentes originales, las mezclas generadas con el modelo lineal y las estimaciones de las fuentes obtenidas con este algoritmo.
Conclusiones finales
La separación ciega de fuentes (BSS) es un problema que aparece naturalmente en distintas aplicaciones de la Astronomía, de sensado remoto y otras áreas científicas y tecnológicas. En este pequeño artículo, además de describir el problema desde el punto de vista matemático, hemos visto cuales son los principales conceptos y herramientas que permiten resolver la separación de fuentes. La Entropía y Gaussianidad de señales son conceptos sofisticados derivados de la Teoría de la Información, sin embargo tienen una interpretación accesible desde la intuición. Las técnicas aquí presentadas son de gran interés en la actualidad teniendo en cuenta que los instrumentos modernos utilizados por ejemplo en la Astronomía proveen grandes volúmenes de datos que requieren ser procesados para poder extraer información útil de ellos.
Bibliografía
- Baccigalupi, C., Bedini, L., Burigana, C., Zotti, G. D., Farusi, A., Maino, D., et al. (2000). Neural networks and the separation of cosmic microwave background and astrophysical signals in sky maps. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , 318, 769 - 780.
- Bell, A. J., & Sejnowski, T. J. (1995). A Non-linear Information Maximisation Algorithm that Performs Blind Separation . Advances in Neural Information Processing Systems , 7, 467 - 474.
- Caiafa, C. F., & Proto, A. (2006). Separation of Statistically Dependent Sources Using an L2-distance Non-gaussianity Measure. Signal Processing , 86 (11), 3404 - 3420.
- Caiafa, C. F., Kuruoglu, E., & Proto, A. (2006). A Minimax Entropy Method for Blind Separation of Dependent Components in Astrophysical Images. Maxent 2006 Conference Proceedings. 872, pp. 81 - 88. Paris: AIP.
- Caiafa, C. F., Salerno, E., Proto, A., & Fiumi, L. (2008). Blind Spectral Unmixing by Local Maximization of Non-gaussianity. Signal Processing , 88 (1), 50 - 68.
- Caiafa, C. R., Salerno, E., & Proto, A. (2007). Blind Source Separation Applied to Spectral Unmixing: Comparing Different Measures of Nongaussianity. Lecture Notes of Computer Science (LNCS) , 4694, 1 - 8.
- Caiafa, C., Salerno, E., Proto, A., & Fiumi, L. (2006). Dependent Component Analysis as a Tool for Blind Spectral Unmixing of Remote Sensed Images. EUSIPCO 2006 (pp. 1- 8). Florence: EURASIP.
- Cardoso, J. F., & Souloumiac, A. (1996). Jacobi angles for simultaneous diagonalization . SIAM Journal of Matrix Analysis and Applications , 17 (1), 161 - 164.
- Comon, J., & Jutten, C. (2010). Handbook of Blind Source Separation: Inde- pendent Component Analysis and Applications. Academic Press.
- Comon, P. (1994). Independent Component Analysis, a new concept? . Signal Processing , 36 (3), 287 - 314.
- Hyvarinen, A., & Oja, E. (1997). A fast fixed-point algorithm for independent component analysis. Neural Computation , 9 (7), 1483 - 1492.
- Hyvarinen, A., Karhunen, J., & Oja, E. (2001). Independent Component Analysis. John Wiley & Sons.
- Shannon, C. E. (1948). A Mathematical Theory of Communication. Bell System Technical Journal , 27, 379-423.
1 El Teorema del Límite Central fue postulado por primera vez en 1773 por el matemático francés de Moivre y republicado en 1812 por el famoso matemático francés Laplace.
|
El Área de Divulgación del IAR continúa su labor llevando a cabo las tradicionales visitas guiadas por el Instituto. Estas visitas guiadas para establecimientos educacionales consisten en proyección de material audiovisual, charla explicativa y recorrida por sus instalaciones.
Los días de atención son los viernes, en dos turnos:
Tel/Fax: (0221) 425-4909 y (0221) 482-4903 E-mail : difusion@iar.unlp.edu.ar
Por razones de organización, las visitas guiadas se restringen al periodo comprendido entre principios de abril y principios de diciembre de cada año.
Para mayor información: Visite nuestra página web: http://www.iar.unlp.edu.ar/divulgacion.htm
|
En esta sección encontrará artículos publicados en diversos medios acerca de las distintos actividades del IAR y su gente.
  - La Ciudad, en un gran logro científico - Quilmes Presente (26-06-2011) - No sólo tecnología de punta, independencia - El Día (26-06-2011) - La Ciudad, en un gran logro científico - El Día (26-06-2011) - Argentina estuvo a cargo del corazón del satélite - Reporteros de la Universidad Digital (23-06-2011) - Un centro científico, bajo amenaza - El Día (19-06-2011) - Una inversión millonaria - El Día (19-06-2011) - SAC-D, un satélite con sal y pimienta - Página 12 (15-06-2011)   - Tres investigadores mendocinos trabajaron en el satélite Aquarius - Diario Uno - Mendoza (14-06-2011) - CONAE-INVAP empresas del estado, modernización económica, empleo e industrialización - Página 12 (12-06-2011) - El reclamo por la autopista Perón se "coló" en el tema - Diario Hoy (11-06-2011) - Despegó satélite argentino con aporte platense - El Día (10-06-2011) - El día viernes 10 de junio, a las 11.20 hs. se podrá ver online el lanzamiento del satélite AQUARIUS - Noticias IUA (10-06-2011) - Ponen en orbita satélite argentino con aporte platense - NotiDIaria.info (10-06-2011) - El SAC-D Aquarius partió hacia el espacio - Canal AR (10-06-2011) - Se pondrá en órbita el SAC-D Aquarius - VidaPositiva.com (10-06-2011) - La ciencia argentina se pone en órbita - Página 12 (10-06-2011) - Ponen en órbita satélite argentino con aporte platense - El Día (10-06-2011) - Argentina pone en órbita junto a la NASA al satélite Aquarius - Notio.com.ar (10-06-2011) - Ponen en órbita el satélite argentino - Quilmes presente (10-06-2011) - Se lanza mañana el cuarto satélite argentino, en cuyo proyecto estuvo un investigador de Chascomús - El Argentino (09-06-2011) - Lanzamiento Satélite Argentino SAC-D/Aquarius - TN y la gente (09-06-2011) - Mañana el SAC-D/Aquarius viajará al espacio - Taringa.net (08-06-2011) - Mañana el SAC-D/Aquarius viajará al espacio - Neoteo (08-06-2011) - Docentes de la UNQ participan en la construcción de satélite argentino - Agencia Suburbana.com (07-06-2011) - SAC-D/Aquarius: Un satélite argentino para estudiar los cambios climáticos - El Ojo con Dientes (05/06/2011) - Lanzamiento del satélite SAC-D Aquarius- Ministerio de Relaciones Exteriores (04-06-2011) - Se pondrá en órbita el satélite argentino más importante que se haya diseñado y construido en nuestro país - Ministerio de Relaciones Exteriores (01-06-2011)- - Reunión en Alemania por el telescopio de alta tecnología: Proyecto internacional Cherekov Telescope Array (CTA) - ImpulsoBaires (16-04-2011) - Profesores de la Universidad de Jaén participan en una investigación conjunta en la que han detectado la emisión de rayos-X en remanentes de supernova - Actualidad Universitaria (España) (09-04-2011)- - Profesores de la UJA investigan sobre la emisión de rayos X en remanentes de supernova - Teleprensa (Jaén - España) (08-04-2011)- - Satélite SAC-D Aquarius construido en Argentina estudiará la salinidad de los océanos - La Gran Época.com (The Epoch Times en español) New York (05-04-2011) |
Selección de contenidos y diagramación: Bib. Claudia Boeris C.C. Nelva Perón Asesoramiento científico: Dirección: Camino Gral. Belgrano Km 40 (Parque Pereyra Iraola) Berazategui - Prov. de Buenos Aires - ARGENTINA Dirección Postal: Casilla de Correo No. 5 1894 -Villa Elisa Prov. de Buenos Aires - ARGENTINA Teléfonos y FAX: Tel: (0221) 482-4903
Tel/Fax: (0221) 425-4909 Correo electrónico
|
Año 1 Nº 1 - Junio de 2003
Año 1 Nº 2 - Septiembre de 2003 Año 1 Nº 3 - Diciembre de 2003 Año 2 Nº 4 - Marzo de 2004 Año 2 Nº 5 - Junio de 2004 Año 2 Nº 6 - Setiembre de 2004 Año 2 Nº 7 - Diciembre de 2004 Año 3 Nº 8 - Marzo de 2005 Año 3 Nº 9 - Junio de 2005 Año 3 Nº 10 - Setiembre de 2005 Año 3 Nº 11 - Diciembre de 2005 Año 4 Nº 12 - Marzo de 2006 Año 4 Nº 13 - Junio de 2006 Año 4 Nº 14 - Setiembre de 2006 Año 4 Nº 15 - Diciembre de 2006 Año 5 Nº 16 - Marzo de 2007 Año 5 Nº 17 - Junio de 2007 Año 5 Nº 18 - Setiembre de 2007 Año 5 Nº 19 - Diciembre de 2007 Año 6 Nº 20 - Marzo de 2008 Año 6 Nº 21 - Junio de 2008 Año 6 Nº 22 - Setiembre de 2008 Año 6 Nº 23 - Diciembre de 2008 Año 7 Nº 24 - Marzo de 2009 Año 7 Nº 25 - Junio de 2009 Año 7 Nº 26 - Setiembre de 2009 Año 7 Nº 27 - Diciembre de 2009 Año 8 Nº 28 - Marzo de 2010 Año 8 Nº 29 - Junio de 2010 Año 8 Nº 30 - Setiembre de 2010 Año 8 Nº 31 - Diciembre de 2010 Año 9 Nº 32 - Marzo de 2011
|
©Instituto Argentino de Radioastronomía - (2011)