Fonte de Luz espectralmente sintonizável baseada em LEDs para calibração de sensor de estrelas, com aplicação do paradigma de computação evolutiva

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Marcos Eduardo Gomes Borges
• Orientador(a): Lamartine Nogueira Frutuoso Guimarães
• Banca de defesa: Fabiano Luis de Sousa, Marco Antônio Pizarro, Stephan Stephany, Ruy Morgado de Castro
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Computação Aplicada
• País: BR
• Resumo em Inglês: An Autonomous Star Tracker (AST) has been designed and constructed at the National Institute for Space Research (INPE). In order to test, characterize and calibrate the AST, a sophisticated testing infrastructure is needed. This setup is composed of several instruments including a Star Continuum Spectrum Simulator (SCSS), which was also developed at INPE. The SCSS is basically composed of a LED-based spectrally tunable light source, a pinhole and a collimator. The SCSS is designed to have the capability of producing different electromagnetic continuum spectral distributions, as those of the stars, for the AST optical calibration. The light source is responsible for generating continuum spectra similar to those emitted by stars. The pinhole is the orifice through which the generated light beams fall and are projected onto the collimator. The collimator then arranges in parallel the diverging light beams received through the pinhole, simulating a light source at infinity, like those emitted by stars. During the design and development of the SCSS it was necessary to define the amount and types of LEDs. One software was developed to simulate the behavior of the LED-based light source. The optimal choice of the LEDs was performed using the simulator of the light source and a multi-objective optimization algorithm, the M-GEO. The main goal of this work is to present the methodology used in the definition of design parameters of the SCSS. It Develops algorithms to simulate the light source and a software to control the SCSS. The methodology uses as tools, paradigms of Artificial Intelligence (AI) and classical optimization algorithms. Finally, to complete the design and construction of the SCSS, a feedback control system using two optimization methods, the Levenberg-Marquardt (LM) and Gradient Descent (GD) algorithms, were developed. These methods have proven efficient for simulating star necessary for the calibration of AST.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2013/11.09.17.42

Um Sensor de Estrelas Autônomo (SEA) foi projetado e construído no INPE. Para testar, caracterizar e calibrar o SEA é necessário uma infraestrutura de testes sofisticada, que inclui dentre diversos instrumentos, um Simulador de Estrelas (SE). O SE é formado por uma fonte de luz espectralmente sintonizável baseada em LEDs (do inglês \emph{Light Emitting Diode}), alvo (\emph{pinhole}) e um colimador parabólico fora de eixo. A fonte de luz é responsável em gerar espectros contínuos semelhantes aos emitidos por estrelas. O pinhole é o orifício por onde os feixes de luz gerados incidem e são projetados no colimador. O colimador tem a função de tornar paralelo o feixe luminoso divergente recebido através do pinhole simulando uma fonte de luz no infinito, ou seja, uma fonte de luz pontual semelhante a uma estrela. Durante o projeto e o desenvolvimento do SE foi necessário definir a quantidade e tipos de LEDs que seriam utilizados para conseguir simular estrelas necessárias para a calibração e caracterização do SEA. Um software foi desenvolvido para simular o comportamento da fonte de luz baseada em LEDs. A escolha ótima dos LEDs foi realizada utilizando o simulador da fonte de luz e um algoritmo de otimização multiobjetivo, o M-GEO. Após essa etapa os LEDs foram comprados e montados na fonte de luz; diversos estudos e simulações foram realizadas e um software em C++ foi desenvolvido para controlar a fonte de luz com a finalidade de simular estrelas. Sendo assim, este trabalho tem como principal objetivo apresentar a metodologia aplicada na definição de parâmetros de projeto do SE, no desenvolvimento de algoritmos para simular a fonte de luz e no desenvolvimento de software de controle do SE. A metodologia aplicada utiliza como ferramentas, paradigmas de Inteligência Artificial (IA) e algoritmos clássicos de otimização. Para a conclusão do projeto e da construção do SE, foi desenvolvido um sistema de controle em malha fechada utilizando dois métodos de otimização, o algoritmo de Levenberg-Marquardt (LM) e o Gradiente Descendente (GD), que se mostraram eficientes para, através da composição espectral dos diferentes LEDs em diferentes potências, gerar espectros similares aos de estrelas na faixa do visível e infravermelho próximo.