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ilustraciones, fotografías, gráficas This document presents the implementation and optimization of a novel design for a three-element radio interferometer with a time correlation system, to observe solar radio emissions in a bandwidth centered on the Neutral Hydrogen line, or HI line, at 1.42 GHz. For the commissioning phase, is proposed to conduct astronomical observations along with a series of measurements in order to determine the sectors in the sky that present lower radio interference, as well as to verify the radio interferometer’s proper operation. Also, this novel design, opens the door for conducting new radio emission studies at the Observatorio Astronómico Nacional, with locally collected data, being a scientific research tool that can be extended beyond Solar Astrophysics to other cosmic radio sources, thus contributing to the development of a growing discipline in Colombia. Additionally, is intended that the instrument is another teaching resource and contributes to interdisciplinary collaborations in the country. Este trabajo presenta la implementación y optimización de un diseño novedoso de un radio interferómetro de tres elementos con un sistema de correlación temporal para observar emisiones solares en la banda de radio, en un ancho de banda alrededor de la línea de Hidrogeno neutro o línea HI a 1.42GHz. Para la parte de implementación y puesta a prueba se plantea realizar observaciones astronómicas en conjunto con series de mediciones para determinar los sectores del cielo con menor interferencia así como verficar el correcto funcionamiento del radio interferómetro. Además, es un diseño novedoso de instrumento, que abre la puerta para realizar en el Observatorio Astronómico Nacional nuevos estudios de emisión en radio, con datos recolectados localmente, empleándose como herramienta de investigación científica cuyo uso pueda extenderse más allá de la Astrofísica Solar hacia otras fuentes cósmicas de radio, contribuyendo al desarrollo de una disciplina que está surgiendo en Colombia. También, se pretende que el instrumento sea una forma de apoyo pedagógico y de fomentar colaboraciones interdisciplinares en el país. (Texto tomado de la fuente). Incluye anexos Maestría Magíster en Ciencias - Astronomía Astrofísica Solar Instrumentación Astronómica Radio Astronomía

Los moduladores espaciales de luz de cristal líquido (LC-SLM, liquid-crystal spatial light modulator, en inglés) son dispositivos formados por millones de píxeles que se pueden controlar de manera independiente para cambiar las propiedades de la luz incidente. Esto hace que su utilidad en campos como la óptica adaptativa, holografía y comunicaciones ópticas sea de gran relevancia. Existen numerosos procedimientos para caracterizar un LC-SLM basados en polarimetría. Es por eso que en este Trabajo Fin de Grado se presenta un nuevo enfoque utilizando la técnica de interferometría para llevar a cabo la caracterización del cristal líquido. Bajo el análisis de interferogramas captados experimentalmente mediante un interferómetro de Twyman-Green trataremos de obtener información sobre la fase de los frentes de onda generados por el LC-SLM y, de este modo, identificar las aberraciones presentes en el dispositivo. Se utilizará el análisis de Fourier junto con diversos programas hechos en MATLAB para procesar los interferogramas capturados y obtener información sobre las aberraciones y sus magnitudes. Una vez identificadas dichas aberraciones se procederá a corregirlas aplicando al LC-SLM píxel a píxel diferentes voltajes para modular el camino óptico e introducir retardos controlados.

Time series of Sentinel-1 data are widely used for monitoring displacements of the Earth surface using persistent scatterer interferometry. By default over land, Sentinel-1 images include two polarimetric channels: 1) VV and 2) VH. However, most works in this application exploit only the VV channel, whereas the VH channel is discarded for its lower amplitude. Thanks to the development of polarimetric persistent scatterer interferometry methods, one can integrate multipolarization channels into a single optimal one. Previous studies proved that the number and spatial density of measurement points is increased. In this work, we explore the reason why the VH channel increases the number of measurement points when using the amplitude dispersion ( DA ) as selection criterion. Results obtained over three geographical locations show that the VH channel helps in two ways. In the first place, the mean amplitude is increased for targets which have higher amplitude in VH channel, usually associated with rotated elements in the scene. In second place, and more importantly, the amplitude dispersion is decreased over many areas for which the VV channel exhibits fluctuations and peaks. Thanks to the insensitivity of the VH channel to these scene changes, it provides additional measurement points which are reliable despite their low amplitude. The increment of measurement points not only extends the spatial density and enables the detection of active deformation areas not found in the VV results but also provides more accurate results than only using the VV channel, thanks to the increased density of points, which helps the deformation estimation. This work was supported in part by the Spanish Ministry of Science and Innovation (State Agency of Research, AEI) in part by the European Funds for Regional Development under Projects PID2020-117303GB-C21 and PID2020-117303GB-C22, and in part by the framework of the ESA-MOST China DRAGON-5 project with ref. 59339.

En este trabajo de fin de máster, se han analizado y obtenido franjas de interferencia producidas por un interferómetro estelar de Fizeau, utilizando como fuente estelar un LED de banda ancha conectado a una fibra óptica de plástico y siete filtros astronómicos de diferente longitud de onda y anchura espectral. Se han desarrollado las bases teóricas y aproximaciones necesarias para la discusión de los resultados experimentales, siendo la coherencia temporal y espacial de la luz fundamentales para su compresión. Las distribuciones de intensidad detectadas con diferentes líneas base y longitud de onda han sido descritas satisfactoriamente bajo la aproximación de luz “quasi-monocromatica”. Las variaciones con la línea base y la longitud de onda de la visibilidad, utilizando la aproximación “equal-time”, han permitido determinar el tamaño de la fuente estelar con un error menor que un 25 %.

ilustraciones, fotografías a color Este estudio determina las características de los pulsos bipolares estrechos (NBEs) en Bogotá, Colombia, proporcionando información sobre los NBEs en una región tropical observada desde un altiplano andino. La instrumentación y el software de rayos se crearon específicamente para este estudio y consisten en un módulo de medición de campo eléctrico, un módulo de medición de campo magnético y un interferómetro de rayos de banda ancha. Para la adquisición de datos, la instrumentación de rayos utiliza dos osciloscopios digitales que en conjunto proporcionan ocho canales. Los instrumentos de rayos se desplegaron en el techo de un edificio en el centro de la ciudad de Bogotá. La campaña de medición recopiló datos desde el 14 de noviembre de 2019 hasta el 9 de abril de 2020 e incluye la segunda temporada de lluvias de 2019 y parte de la primera temporada de lluvias de 2020. El período de observación duró exactamente 148 días y registró 1.316 eventos relacionados con rayos. La identificación de los NBEs involucró cuatro etapas: la primera etapa tuvo como objetivo eliminar el ruido de la señal adquirida, la segunda etapa involucró la identificación de los NBEs, la tercera etapa involucró la clasificación de los NBEs en función de sus formas de onda y, finalmente, la cuarta etapa involucró la medición de las características individuales de los NBEs. Este proceso se realizó en todos los eventos de rayos registrados. Un resumen de los hallazgos obtenidos en este estudio es el siguiente: los NBEs están presentes en solo una sexta parte de toda la actividad de rayos detectada, y la mayoría de ellos son de polaridad positiva en una proporción de 3 a 1. La polaridad positiva tiene una duración más larga para el pulso principal y duración total que su contraparte. Con respecto a su tipo, el Tipo A (un pulso bipolar típico) es una ocurrencia rara, lo que significa que oscilaciones adicionales sobre la forma de onda básica es una característica común. Combinando criterios de aislamiento temporal y espacial, el 13 % de los NBEs pueden considerarse NBEs aisladas, lo que sugiere que los NBEs restantes podrían estar relacionadas con el inicio de descargas intranubes, descargas nube-tierra (CG) o incluso NBEs con actividad posterior fallida. Aproximadamente el 80 % de los registros adquiridos durante este estudio presentan pulsos con duraciones menores a un microsegundo en distintos momentos. Adicionalmente, hay 22 grupos de NBEs compuestos por dos o tres NBEs temporalmente cercanos. La rara presencia de NBEs en la actividad regular de rayos sugiere que los NBEs no son la causa del inicio de los rayos. Esta afirmación está respaldada en este estudio por su presencia en solo una sexta parte de toda la actividad de rayos registrada. Los datos recopilados sugieren que los NBEs no son un evento aislado, sino que, se deduce que los NBEs son un fenómeno que tiene lugar como un efecto relacionado de algún CG o como parte del desarrollo de descargas eléctricas intranubes posteriores. El valor medio de la duración total del pulso sugiere que los NBE deben originarse a partir de alguna descarga eléctrica energética y de corta duración. Este resultado concuerda con la hipótesis de que las descargas eléctricas rápidas son el fenómeno responsable de la producción de NBEs. Al comparar las tasas de ocurrencia de NBEs, el resultado revela una relación aparente con la latitud, lo que significa que los NBE son más frecuentes en latitudes más bajas y también muestran una mayor proporción de NBEs de polaridad negativa. La tasa de ocurrencia del tipo A y el tipo C es similar a estudios previos, pero las proporciones para el tipo B y el tipo D ciertamente difieren, lo que exige un análisis más profundo para abordar este problema. (Texto tomado de la fuente) This study determines the features of narrow bipolar events (NBEs) in Bogotá, Colombia, providing insights into NBEs in a tropical region observed from an Andean high-plateau. The lightning instrumentation and software were created specifically for this study, consisting of an electric field measurement module, a magnetic field measurement module, and a broadband lightning interferometer. For data acquisition, the lightning instrumentation uses two digital oscilloscopes that together provide eight channels. Lightning instruments were deployed on the roof of a building in the city center of Bogotá. The measuring campaign collected data spans from November 14, 2019 to April 9, 2020 and includes the second rainy season of 2019 and part of the first rainy season of 2020. The observation period lasted exactly 148 days and recorded 1,316 lightning-related events. The identification of NBEs involved four stages: the first stage aimed at removing noise from the acquired signal, the second stage involved identifying NBEs, the third stage involved classifying NBEs based on their waveforms, and finally, the fourth stage involved measuring individual NBE features. This process was done on all recorded lightning events. A summary of the findings of this study is as follows: NBEs are present in only one-sixth of all lightning activity detected, with most of them being of positive polarity in a ratio of 3 to 1. Positive polarity has a longer duration for the main pulse and total duration than its counterpart. Regarding their type, Type A (a typical bipolar pulse) is a rare occurrence, meaning that additional ringing over its basic waveform is a common feature. By combining time and spatial isolation criteria, 13 % of NBEs can be considered to be truly isolated NBEs, suggesting that the remaining NBEs could be related to the initiation of IC, CG, or even NBEs with failed subsequent activity. Approximately 80 % of the records acquired during this study have sub-microsecond pulses at any moment of their process, and there are 22 groups of NBEs comprised of two or three temporally close NBEs. The rare presence of NBEs in regular lightning activity suggests NBEs are not the cause of lightning inception. This statement is supported in this study by their presence in only one-sixth of all lightning activity recorded. Data collected suggests NBEs are not an isolated event, instead, from data analysis, it is deduced that NBEs are a phenomenon that takes place as a related effect of some CG or as part of the development of subsequent intracloud electrical discharges. The mean value for total pulse duration suggests NBEs must originate from some energetic and short-duration electrical discharge. This result concurs with the hypothesis of fast electrical breakdowns are a responsible phenomenon for NBEs production. Comparing occurrence rates of NBEs, the effort reveals a relation to latitude meaning NBEs are more prevalent in lower latitudes also showing a higher proportion of negative polarity NBEs. The occurrence rate of type A and type C are similar to previous studies but proportions for type B and type D certainly differs demanding further analysis to address this issue. Doctorado Doctor en Ingeniería Atmospheric electricity

Resumen La interferometría diferencial con radar de apertura sintética (SAR) es una técnica conocida en teledetección por sus aplicaciones en la generación de modelos digitales del terreno y el monitoreo de deformaciones de la corteza terrestre. Esta técnica se basa en la fase, un parámetro presente en las imágenes SAR y sensible a la topografía del terreno. Las diferencias de fase se relacionan con cambios de elevación ocurridos entre dos barridos del satélite sobre un mismo espacio. Para la obtención de información topográfica se requiere un modelo digital del terreno y la diferencia de fase permite realizar estimaciones de desplazamiento vertical del terreno con precisiones superiores a 1 centímetro. El presente trabajo permitió estimar la deformación superficial experimentada en la ladera oeste del cráter del volcán Turrialba tras la erupción del 1 de agosto de 2020. Para ello se utilizaron varias imágenes captadas por el sensor Sentinel 1A, de la Agencia Espacial Europea. Abstract Differential synthetic aperture radar interferometry (SAR) is a technique known in remote sensing for its applications in the generation of digital terrain models and the monitoring of deformations of the earth’s crust. This technique is based on the phase, a parameter present in SAR images and sensitive to terrain topography. Phase differences are related to elevation changes that occur between two satellite scans over the same space. To obtain topographic information, a digital terrain model is required and thus, phase differences provide information for estimating vertical terrain displacement to an accuracy greater than 1 centimeter. In the present work it was possible to estimate the surface deformation that occurred on the western slope of the crater of the Turrialba volcano after the eruption of August 1, 2020. For this purpose, several images captured by the Sentinel-1A sensor of the European Space Agency were used.

A geometrical decorrelation constitutes one of the sources of noise present in Synthetic Aperture Radar (SAR) interferograms. It comes from the different incidence angles of the two images used to form the interferograms, which cause a spectral (frequency) shift between them. A geometrical decorrelation must be compensated by a specific filtering technique known as range filtering, the goal of which is to estimate this spectral displacement and retain only the common parts of the images’ spectra, reducing the noise and improving the quality of the interferograms. Multiple range filters have been proposed in the literature. The most widely used methods are an adaptive filter approach, which estimates the spectral shift directly from the data; a method based on orbital information, which assumes a constant-slope (or flat) terrain; and slope-adaptive algorithms, which consider both orbital information and auxiliary topographic data. Their advantages and limitations are analyzed in this manuscript and, additionally, a new, more refined approach is proposed. Its goal is to enhance the filtering process by automatically adapting the filter to all types of surface variations using a multi-scale strategy. A pair of RADARSAT-2 images that mapped the mountainous area around the Etna volcano (Italy) are used for the study. The results show that filtering accuracy is improved with the new method including the steepest areas and vegetation-covered regions in which the performance of the original methods is limited. This work was supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (State Agency of Research, AEI) and the European Funds for Regional Development (ERFD) under Projects PID2020-117303GB-C21 and PID2020-117303-C22.

The objective of this work is to analyze the behavior of short temporal baseline interferomet ric coherence in forested areas for L-band spaceborne SAR data. Hence, an exploratory assessment of the impacts of temporal and spatial baselines on coherence, with emphasis on how these effects vary between SAOCOM-1 L-band and Sentinel-1 C-band data is presented. The interferometric coherence is analyzed according to different imaging parameters. In the case of SAOCOM-1, the impacts of the variation of the incidence angle and the ascending and descending orbits over forested areas are also assessed. Finally, short-term 8-day interferometric coherence maps derived from SAOCOM-1 are especially addressed, since this is the first L-band spaceborne mission that allows us to acquire SAR images with such a short temporal span. The analysis is reported over two forest-production areas in Argentina, one of which is part of the most important region in terms of forest plantations at the national level. In the case of SAOCOM, interferometric configurations are characterized by a lack of control on the spatial baseline, so a zero-baseline orbital tube cannot be guaranteed. Nevertheless, this spatial baseline variability is crucial to exploit volume decorrelation for forest monitoring. The results from this exploratory analysis demonstrates that SAOCOM-1 short temporal baseline interferograms, 8 to 16 days, must be considered in order to mitigate temporal decorrelation effects and to be able to experiment with different spatial baseline configurations, in order to allow appropriate forest monitoring. This research was funded by the project INTERACT PID2020-114623RB-C32 funded by the Spanish MCIN /AEI /10.13039 /501100011033.

[ES] La tecnología fotónica es una de las que mayor interés despierta en el campo del desarrollo de dispositivos de sensado, ya que haciendo uso de la interacción de la luz con las sustancias a detectar es posible alcanzar sensibilidades tremendamente elevadas, lo que nos permite detectar bajas concentraciones de esas sustancias de interés. Además, el uso de la tecnología fotónica también aporta otras ventajas relevantes como por ejemplo el tamaño extremadamente reducido de esas estructuras de sensado, la posibilidad de incluir múltiples estructuras en un único chip para realizar un análisis simultáneo de diferentes sustancias o la posibilidad de realizar una detección sin la necesidad de usar marcadores (label-free), entre otras. Una de las principales estructuras fotónicas utilizadas a la hora de desarrollar elementos de sensado son los interferómetros. En este tipo de estructuras, la luz se divide en dos caminos ópticos independientes, donde uno de ellos estará aislado del medio a analizar (y actuará como referencia) y el otro estará en contacto con ese medio de cara a realizar la detección de la sustancia de interés. A la salida, ambas señales ópticas serán combinadas de nuevo, dando lugar a una respuesta interferométrica determinada por la interacción constructiva/destructiva de esas señales, respuesta que variará cuando se produzca la detección debido al cambio de fase acumulado en el camino de sensado. Este tipo de estructuras de sensado interferométricas tienen la ventaja de que su sensibilidad es proporcional a la longitud de los caminos ópticos, de forma que será posible aumentar la sensibilidad simplemente incrementando esta longitud. Sin embargo, esto hará que el tamaño de estas estructuras de sensado sea elevado, reduciendo así el nivel de integración que se podrá obtener. En este Trabajo Final de Grado, que se realizará en el Centro de Tecnología Nanofotónica (NTC) de la UPV, se plantea trabajar en el desarrollo de una nueva configuración de estructura interferométrica en la que se hace uso únicamente de una guía de cristal fotónico para conseguir la respuesta deseada. En esta configuración, se excitarán de forma simultánea dos modos ópticos en la guía de cristal fotónico, los cuales interferirán a la salida de la estructura. De esta forma, se reducirá el tamaño de la estructura en un factor de al menos 2 debido a que ya no será necesario disponer de dos caminos ópticos independientes. Pero además, la ventaja principal de esta configuración es que se hará uso del fenómeno de onda lenta que se produce en estas estructuras, de forma que será posible amplificar el cambio de fase experimentado por uno de los modos, consiguiendo así una significativa mejora de la sensibilidad y una reducción del tamaño final. Este concepto ya ha sido demostrado anteriormente por nuestro grupo haciendo uso de estructuras basadas en silicio, de forma que en este Trabajo Final de Grado se plantea la adaptación de este concepto a estructuras basadas en nitruro de silicio, donde se espera que el menor contraste de índices del que se dispone nos permita obtener un aumento de la sensibilidad, así como poder realizar una futura adaptación de la estructura al régimen visible del espectro (en lugar de trabajar en el infrarrojo, como se propone en este trabajo).

Future Geosynchronous Synthetic Aperture Radar (GEOSAR) missions will provide permanent monitoring of continental areas of the planet with revisit times of less than 24 h. Several GEOSAR missions have been studied in the USA, Europe, and China with different applications, including water cycle monitoring and early warning of disasters. GEOSAR missions require unprecedented orbit determination precision in order to form focused Synthetic Aperture Radar (SAR) images from Geosynchronous Orbit (GEO). A precise orbit determination technique based on interferometry is proposed, including a proof of concept based on an experimental interferometer using three antennas separated 10–15 m. They provide continuous orbit observations of present communication satellites operating at GEO as illuminators of opportunity. The relative phases measured between the receivers are used to estimate the satellite position. The experimental results prove the interferometer is able to track GEOSAR satellites based on the transmitted signals. This communication demonstrates the consistency and feasibility of the technique in order to foster further research with longer interferometric baselines that provide observables delivering higher orbital precision. This work has been supported by the Spanish Science, Research and Innovation Plan (MICINN) with Project Codes TEC2017-85244-C2-2-P and PID2020-117303GB-C21 and by Unidad de Excelencia Maria de Maeztu MDM-2016-0600 financed by the Agencia Estatal de Investigación, Spain.

This paper is focused on the design, implementation and testing of an active reflector, to be used to support deformation monitoring studies based on Synthetic Aperture Radar interferometry. The device is designed to work in C-band with Sentinel-1 data, operating at 5.405 GHz ± 50 MHz. A brief description of the active reflector is provided. It consists of two antennas and an amplifying section. The active reflector has been tested in different experiments. In this paper, we describe the experiment carried out in the Parc Mediterrani de la Tecnologia (Castelldefels, Barcelona). The result shows a strong correlation with temperature. A calibration test was carried out to experimentally derive a calibration curve to correct the effect of temperature on phase stability, This work is part of a project that has received funding from the European GNSS Agency under the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme, with grant agreement No 776335, project GIMS, "Geodetic Integrated Monitoring System". This work has been partially funded by AGAUR, Generalitat de Catalunya, through the Consolidated Research Group RSE, "Remote Sensing" (Ref: 2017-SGR-00729).

El fondo cósmico de radiación (FCR) es uno de los observables más importantes para estudiar el universo temprano y la inflación. El paradigma de inflación provee un mecanismo para la generación de ondas gravitacionales primordiales imprimiendo modos B de polarización en el FCR. Para la cosmología moderna uno de los principales objetivos es la detección de los modos B primordiales. Para ello se necesita atender tres puntos esenciales: sensibilidad en los detectores, efectos sistemáticos del instrumento, y la señal contaminante de las componentes astrofísicas. QUBIC es un instrumento terrestre cuyo objetivo es medir los modos B de polarización del FCR a escalas angulares intermedias (ℓ = 30 - 400), combinando la técnica de interferometría con la utilización de detectores bolométricos TES en su plano focal. Su particular haz sintético depende de la frecuencia por lo que observando en banda ancha (física) es posible reconstruir imágenes en sub-bandas dentro de la banda ancha observada, esta reconstrucción en sub-bandas lleva el nombre de imágenes espectrales. La ventaja de esta técnica es que se realiza completamente en el pos-procesamiento de los datos. QUBIC es el primer instrumento que utiliza esta técnica. En esta Tesis Doctoral estudiamos las características y propiedades en la reconstrucción de imágenes espectrales. Por otro lado, trabajamos en la optimización de la tubería encargada de simular la una observación completa (desde la construcción de los datos ordenados en el tiempo hasta la reconstrucción en imágenes espectrales). Para ello analizamos estadísticamente el comportamiento del ruido utilizando simulaciones de extremo a extremo y simulaciones Monte-Carlo. Encontramos que el ruido está correlacionado con las sub-bandas adyacentes, por lo que es necesario encontrar un balance entre la resolución espectral deseada y el nivel del ruido. Por otro lado, estudiamos la resolución espacial y espectral a partir de simular observaciones de fuentes puntuales. Hallamos una excelente reconstrucción de las fuentes puntuales en cada sub-banda. En el caso de la frecuencia espectral realizamos simulaciones para caracterizarla y entender cómo se da el proceso de filtración de señal entre las sub-bandas adyacentes. Esto nos permitió definir por primera vez una nueva función de dispersión en puntos en el espacio de la frecuencia. Para realizar las simulaciones utilizamos la supercomputadora NERSC y técnicas de paralelización. La colaboración cuenta actualmente con un demostrador tecnológico del instrumento, QUBIC-TD. Desde 2019 se realizaron campañas de calibración utilizando una fuente monocromática artificial. La reconstrucción en imágenes espectrales a partir de los datos ordenados en el tiempo (TOD) implica conocer en forma muy precisa la ubicación espacial y la amplitud de los picos del haz sintético en cada detector y cada frecuencia. Adaptando el software para las simulaciones (\texttt{qubicsoft}) pudimos reconstruir la fuente puntual monocromática en múltiples bandas, demostrando así la habilidad (o capacidad) única para QUBIC de hacer imágenes espectrales. Por último, demostramos que QUBIC tiene la capacidad de medir píxel a píxel la distribución espectral de energía sobre mapas del polvo galáctico (en intensidad y polarización) con un año de observación. Para este estudio utilizamos cadenas de Markov-Monte Carlo en ambas configuraciones (instrumento completo y demostrador tecnológico), y considerando la anti-correlación entre las sub-bandas adyacentes dentro de cada banda de observación (150 y 220 GHz) en regiones de alta y baja intensidad de emisión galáctica., The cosmic microwave background radiation (CMB) is one of the most important observables for studying the early universe and inflation period. The inflation paradigm provides a mechanism generation of primordial gravitational waves by imprinting B modes polarization of CMB. For modern cosmology one of the main objectives is the detection of the primordial B modes. To detect these modes, three essential points need to be addressed: sensitivity in the detectors, systematic effects of the instrument, and the foreground signal of the astrophysical components. QUBIC is a ground-based instrument whose objective is to measure primordial B modes at intermediate angular scales (ℓ = 30 - 400). QUBIC combines the interferometry technique with bolometer TES in its focal plane. The particular synthetic beam of QUBIC depends on the frequency, so observing in broad band (physics) it is possible to reconstruct images in sub-bands within the observed broad band, this reconstruction in sub-bands is called spectral images. The advantage of this technique is that it is done entirely in the post-processing of the data. QUBIC is the first instrument to use this technique. In this Doctoral Thesis we study the features and properties in the reconstruction of spectral images, in addition to working on the optimization of the pipeline used for making them. For that, we study the noise behavior statistically using end-to-end simulations and Monte-Carlo simulations. We find that the noise is correlated with the adjacent sub-bands, so it is necessary to find a balance between the desired spectral resolution and the noise level. On the other hand, we study the spatial and spectral resolution by simulating observations of point sources. We find an excellent reconstruction of the point sources in each sub-band. In the case of the spectral frequency, we perform simulations to characterize it and understand how the signal filtering process between adjacent sub-bands occurs. This allowed us to define for the first time a new point spread function in frequency space. To perform the simulations we use the NERSC supercomputer and parallelization techniques. The QUBIC collaboration currently has a technology demonstrator of the instrument. Since 2019, calibration campaigns have been carried out using an artificial monochrome source. Reconstruction in spectral images from time-ordered data (TOD) implies very precise knowledge of the spatial location and amplitude of the peaks of the synthetic beam in each detector and each frequency. By adapting the software for the simulations (\texttt{qubicsoft}) we were able to do reconstruct the monochromatic point source in multiple bands, thus demonstrating QUBIC's unique ability to make spectral images. Finally, we show that QUBIC has the ability to measure pixel-to-pixel the spectral distribution of energy on maps of galactic dust (in intensity and polarization) with a year of observation. For this study we use Markov-Monte Carlo chains in both configurations of QUBIC (full instrument and technological demonstrator), and accounting the anti-correlation between the adjacent sub-bands within each observation band (150 and 220 GHz) in regions of high and low intensity of galactic emission., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

Temporal analysis of deformations Time Series (TS) provides detailed information of various natural and humanmade displacements. Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) generates millimetre-scale products, indicating the chronicle behaviour of detected targets via TS products. Deep Learning (DL) can handle a massive load of InSAR TS to categorize significant movements from non-moving targets. To this end, we employed a supervised Convolutional Neural Network (CNN) model to distinguish five deformations trends, including Stable, Linear, Quadratic, Bilinear, and Phase Unwrapping Error (PUE). Considering several arguments in a CNN model, we trained numerous combinations to explore the most accurate combination from 5000 samples extracted from a Persistent Scatterer Interferometry (PSI) technique and Sentinel-1 images over the Granada region, Spain. The model overall accuracy exceeds 92%. Deformations of three cases of landslides were also detected over the same area, including the Cortijo de Lorenzo, El Arrecife, and Rules Viaduct areas.

The paper summarizes the results of an ongoing research project carried out in cooperation between CTTC (Spain) and the University of Milan (Italy). The work aimed at investigating the role of quality indicators in the analysis of differential interferometric SAR time series products. Small baseline multi-temporal differential interferometric techniques have been used to derive TS products from six-year Sentinel-1 images covering railway networks in Barcelona, Spain. Redundancies of interferograms and post-phase unwrapping phase estimation residuals were pivotal parameters in determining the reliabilities of measurements. Preliminary results have supported the importance of quality indicators as well as the feasibility of multi-temporal differential interferometric techniques in monitoring subsidence along railway infrastructures. The time series evolutions of measurements from coherent scatterers have also shown that the target area is stable in the study period. AGAUR, Generalitat de Catalunya, has partially funded this work through a grant to recruit early-stage research staff (Ref: 2021FI_B2_00186).

Mención Internacional en el título de doctor Light is a very useful tool for measuring high frequency and low amplitude mechanical vibrations. Thanks to the interference process and under certain circumstances we can obtain a specific sort of optical sources called multimode multiheterodyne sources, that are very useful to read several optical wavelengths at the same time on a single photodetector and distinguishing them from each other. This characteristic makes them suitable for interrogating fiber optic sensors. In this thesis, I analyze several fiber optic sensor readout methods that mix multiheterodyne techniques, multimode techniques, and interferometry techniques to measure ultrasound and acoustic mechanical waves. These mechanical waves occur when periodic forces are applied to mechanical structures. This disturbs the layout of atoms and may lead to cracks or the complete collapse of the structure. Therefore, the characterization and measurement of such vibrations are of great importance when performing structure health monitoring (SHM) and non-destructive evaluation (NDE). This thesis aims to solve this problem by implementing several systems that employ light-based technology to measure and characterize mechanical vibrations up to 1 MHz of frequency and sub-nano-strain (lower than 10-3 ppm) level of resolution. The proposed systems involve new features and parameters more settable compared to more conventional approaches of optical sensor reading processes and therefore they offer wider possibilities. A total of three systems have been implemented and tested: First, an electro-optic dual optical frequency comb source to read fiber Bragg gratings for dynamic measurements. This set up reaches 120 kHz of mechanical frequency detection. The second system is based on a self-heterodyne acousto-optic comb that reads a random fiber grating sensor. In this case, the system can detect up to 1 MHz of mechanical vibrations. Finally, the third is based on a compact electro-optic dual optical frequency comb that is used to read low reflectivity fiber Bragg gratings with a dispersion interferometer. This system can detect a maximum of 135 kHz of mechanical frequencies. The results of this thesis improve previous systems achievements to satisfy the specifications required to date in this application, both in mechanical bandwidth and in strain amplitude. They also show the potential of these multimode sources for high-precision optical sensing. La luz es una herramienta muy útil para medir vibraciones mecánicas de alta frecuencia y baja amplitud. Gracias al proceso de interferencia y bajo determinadas circunstancias podemos obtener un tipo específico de fuentes ópticas, denominadas fuentes multimodo multiheterodinas, que son muy útiles para leer varias longitudes de onda ópticas al mismo tiempo en un solo fotodetector y distinguirlas entre sí. Esta característica hace que estas fuentes ópticas sean adecuadas para la lectura de sensores de fibra óptica. En esta tesis, analizo varios métodos de lectura de sensores de fibra óptica que mezclan técnicas multiheterodinas, técnicas multimodo y técnicas de interferometría para medir ultrasonidos y ondas mecánicas acústicas. Estas ondas mecánicas se producen cuando se aplican fuerzas periódicas a las estructuras mecánicas. Esto perturba la disposición de los átomos y puede provocar grietas o el colapso completo de la estructura. Por lo tanto, la caracterización y medida de dichas vibraciones son de gran importancia a la hora de monitorizar el estado de las estructuras y de realizar una evaluación no destructiva. Esta tesis tiene como objetivo resolver este problema mediante la implementación de varios sistemas que emplean tecnología basada en la luz para medir y caracterizar vibraciones mecánicas hasta frecuencias de 1 MHz y nivel de resolución sub-nano-deformación (menor que 10-3 ppm). Los sistemas propuestos implican nuevas características y parámetros más configurables en comparación con los enfoques más convencionales de procesos de lectura de sensores ópticos y, por lo tanto, ofrecen posibilidades más amplias. A lo largo de la tesis se presentan tres sistemas de medida: El primero está basado en un doble peine de frecuencias ópticas (dual comb) electroóptico que es capaz de leer sensores de fibra óptica basados en redes de Bragg (FBG) en régimen dinámico. Este sistema ha sido probado con una frecuencia máxima de detección de 120 kHz. En segundo lugar, se presenta un sistema basado en un selfheterodyne comb acustoóptico para leer sensores de fibra con distribución aleatoria de la rejilla en el núcleo (random grating). Este sistema es capaz de detectar señales de vibración de hasta 1 MHz. El tercer sistema presentado se basa en un doble peine de frecuencias ópticas (dual comb) electroóptico compacto que se utiliza para leer sensores FBG de baja reflectividad con un interferómetro de dispersión. Este sistema puede detectar hasta 135 kHz de vibraciones mecánicas. Los resultados de esta tesis mejoran los obtenidos en sistemas anteriores a fin de satisfacer las especificaciones requeridas hasta la fecha en esta aplicación, tanto en el ancho de banda mecánico como en la amplitud de la deformación. También muestran el potencial de estas fuentes multimodo para la detección óptica de alta precisión. Quiero agradecer la financiación de este trabajo dada por el Ministerio de Educación, Cultura y Deporte para la Formación de Profesorado Universitario FPU2016 (Beca FPU16/03695) y a través del proyecto PARAQUA (TEC2017-86271-R), así como por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades a través de las ayudas de movilidad EST18/00617. Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de Madrid Presidente: Óscar Esteban Martínez.- Secretario: Marta Ruiz Llata.- Vocal: Pedro Alberto da Silva Jorge

[ES] Esta tesis aborda la caracterización de circuitos fotónicos integrados (PIC) usando interferometría óptica en el domino de las frecuencias (OFDI). OFDI tiene una implementación razonablemente simple e interroga al dispositivo bajo test (DUT) proporcionando su respuesta en el dominio del tiempo, en la que los distintos caminos ópticos seguidos por la luz se manifiestan en contribuciones que contienen información de posición, amplitud y fase. Junto con un "setup" OFDI construido en nuestros laboratorios y estructuras de test integradas que involucran anillos resonantes, interferómetros, etc., proponemos e implementamos técnicas para obtener parámetros ópticos cruciales tales como el índice de grupo, dispersión cromática, rotación de polarización y pérdidas de propagación en guías de onda. También para caracterizar acopladores ópticos. Se realizan evaluaciones directas de fase óptica en diferentes experimentos para, entre otras aplicaciones, caracterizar efectos de calor en chips. En la culminación de la tesis, se aborda la integración conjunta de los interferómetros de OFDI junto con el DUT, concibiéndolo como una estructura de caracterización integrada. El uso de guías de onda integradas proporciona una alta estabilidad y adaptación al DUT, además de un mecanismo inherente de compensación de la dispersión. Se realiza un análisis y prueba de concepto experimental caracterizando un "arrayed waveguide grating" en tecnología de nitruro de silicio. Seguidamente, se da un paso adelante proponiendo una arquitectura interferométrica de tres brazos novedosa que permite reducir la complejidad de la medida. Se lleva a cabo una validación experimental amplia usando distintos equipos de laboratorio, acoplamiento horizontal y vertical al chip, y diferentes DUTs en tecnologías de nitruro de silicio y "silicon-on-insulator"., [CAT] Aquesta tesi aborda la caracterització de circuits fotònics integrats (PIC) usant interferometria òptica al domini de les freqüències (OFDI). OFDI té una implementació raonablement simple i interroga el dispositiu sota test (DUT) proporcionant la seva resposta en el domini del temps, en què els diferents camins òptics seguits per la llum es manifesten en contribucions que contenen informació de posició, amplitud i fase. Juntament amb un "setup" OFDI construït als nostres laboratoris i estructures de test integrades que involucren anells ressonants, interferòmetres, etc., proposem i implementem tècniques per obtenir paràmetres òptics crucials com ara l'índex de grup, dispersió cromàtica, rotació de polarització i pèrdues de propagació en guies d'ona. També per caracteritzar acobladors òptics. Es fan avaluacions directes de fase òptica en diferents experiments per, entre altres aplicacions, caracteritzar efectes de calor en xips. A la culminació de la tesi, s'aborda la integració conjunta dels interferòmetres d'OFDI juntament amb el DUT, concebent-ho com una estructura de caracterització integrada. L'ús de guies d'ona integrades proporciona una alta estabilitat i adaptació al DUT, a més d'un mecanisme inherent de compensació de la dispersió. Es realitza una anàlisi i prova de concepte experimental caracteritzant un "arrayed waveguide grating" en tecnologia de nitrur de silici. Seguidament, es fa un pas avant proposant una arquitectura interferomètrica de tres braços nova que permet reduir la complexitat de la mesura. Es du a terme una validació experimental àmplia usant diferents equips de laboratori, acoblament horitzontal i vertical al xip, i diferents DUTs en tecnologies de nitrur de silici i "silicon-on-insulator"., [EN] This PhD thesis covers the characterization of complex photonic integrated circuits (PIC) by using Optical Frequency Domain Interferometry (OFDI). OFDI has a fairly simple implementation and interrogates the device under test (DUT) providing its time domain response, in which the different optical paths followed by light manifest in contributions with position, amplitude and phase information. Together with a working OFDI setup built in our laboratory and integrated test structures involving devices such as ring resonators, interferometers, etc., we propose and implement techniques to get crucial optical parameters such as waveguide group refractive index, chromatic dispersion, polarization rotation, and propagation loss. Also, to characterize optical couplers. Direct optical phase assessment is made in different experiments permitting, amongst others, the characterization of on-chip heat effects. In the culmination of the thesis, the co-integration of the OFDI interferometers with the DUT is addressed, conceiving it as an integrated characterization structure. The use of integrated waveguides provide high stability and adaptation to the DUT, as well as an inherent dispersion de-embedding mechanism. It is provided analysis and experimental proof of concept with an arrayed waveguide grating as DUT in a silicon nitride platform. A considerable leap forward is then taken by proposing a novel three-way interferometer architecture, reducing the measurement complexity. Wide experimental validation is carried out using different laboratory equipment, horizontal and vertical chip coupling, and different DUTs in silicon nitride and silicon-on-insulator.

[EN] Sentinel-1 interferometric time-series allow for the accurate retrieval of the target’s temporal decorrelation and, therefore, the inversion of land cover information and its temporal monitoring. This paper describes the development of an observation scenario for monitoring monthly deforestation over the Amazon rainforest, which relies on the use of radar for overcoming the physical limitations of optical sensors caused by the presence of cloud coverage. Specifically, we implement a classification scheme that exploits multi-temporal SAR features, such as backscatter, spatial textures, and interferometric parameters, to map forested areas. Distinct forest maps are generated for consecutive months and further processed to detect deforestation phenomena and map clear-cuts evolution. The obtained results are validated by selecting cloud-free Sentinel-2 multispectral data on the selected area and acquired during the same observation time., [ES] Las series temporales interferométricas Sentinel-1 permiten la estimación precisa de la decorrelación temporal de la muestra y, por tanto, la recuperación de información acerca de la cobertura terrestre y su seguimiento temporal. Este artículo describe el desarrollo de un escenario de observación para el seguimiento de la deforestación mensual sobre la selva amazónica, basándose en el uso de datos radar para superar las limitaciones físicas propias de los sensores ópticos debido a la presencia de cobertura nubosa. En particular, se ha implementado un esquema de clasificación que explota las características multitemporales SAR, como la retrodispersión, texturas espaciales y parámetros interferométricos, para identificar áreas de bosque. Distintos mapas de bosque para meses consecutivos fueron generados y procesados para detectar fenómenos de deforestación y su evolución. Los resultados obtenidos fueron validados a partir de imágenes Sentinel-2 libres de nubes adquiridas sobre la misma zona y hora de observación., The performed work has been partially financed through the HI-FIVE project, granted by the ESA Living Planet Fellowship 2018. The authors gratefully acknowledge the Sentinel-1 mission management, in the person of Luca Martino and Pierre Potin, for providing an additional acquisition scheduling over the state of Rondonia.

This study proposes modifications to an existing automatic classification method of Persistent Scatterers Interferometry (PSI) time series (TS) and a new procedure to classify ground movements into seven classes. We also represent a technique to detect TSs affected by phase unwrapping errors and a reclassification part to detect stable points, which are incorrectly classified as moving points using the original method. Around 60 km2of Catalunya were classified using Sentinel-1 images and a PSI technique. The proposed method classified 78359 PS TS. This study provided the spatial distribution of ground movement classes and detected several time series anomalies. © 2021 Elsevier B.V. All rights reserved.

En el presente trabajo se apuntó al desarrollo de capacidades y comprensión de la técnica de interferometría diferencial SAR por medio de una aplicación. Esta aplicación consiste en el mapeo y caracterización de la deformación superficial que tuvo lugar en la región cercana al epicentro del terremoto de Illapel del 16 de septiembre 2015. Para cumplir estos objetivos se escogió un par de imágenes SAR adecuadas, las cuales se procesaron utilizando el software GMTSAR de acceso libre y gratuito. Sobre el mismo se realizó un análisis y descripción de la cadena de procesos que lo componen, como así también de las consideraciones a tener en cuenta para que los resultados obtenidos sean óptimos. Se analizaron los productos intermedios y finales del procesamiento. La caracterización del resultado obtenido mediante el procesamiento de imágenes SAR tuvo en cuenta la tectónica de la región y del mecanismo focal que dio origen al terremoto. Además se añadió una validación de los resultados obtenidos a partir de series temporales de coordenadas derivadas de observaciones GNSS. Este tipo de aplicación nos permite demostrar la potencialidad de la técnica de interferometría diferencial SAR para el monitoreo de deformaciones corticales a gran escala producto de eventos sísmicos, incluso en las regiones más cercanas al epicentro, donde por lo general, instrumentos in situ se ven saturados. Sumado a esto, la amplia disponibilidad de imágenes SAR gratuitas y de calidad, con cobertura global y corto período de revisita transforman a la técnica DInSAR en una herramienta accesible y poderosa, de utilidad por sí misma y que también funciona como complemento de otras técnicas de monitoreo de deformaciones de la superficie terrestre., Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas

Trabajo de Fin de Máster del Máster en Geotecnologías cartográficas en ingeniería y arquitectura, curso..., [ES] La plataforma de tipo radar de apertura sintética o SAR se ha convertido en una tecnología fundamental en la actualidad. Su capacidad de trabajo las 24 horas del día y sin verse afectados por las condiciones meteorológicas de nubosidad o precipitaciones permiten la obtención de imágenes de la superficie terrestre en cualquier momento. A lo largo de este trabajo se utilizan la metodología SAR de las plataformas satelitales Sentinel 1-A y1-B, cuyo modo de operación es muy útil para la monitorización de la superficie terrestre. La línea de transmisión de doble circuito Transchile Charrúa-Cautín, en Chile, permite que multitud de comunas y ciudades tengan energía. Sin embargo, Chile es un país completamente geológico que se ve afectado por multitud de estructuras capaces de producir algún evento que conlleve a generar un riesgo geológico. Por este motivo, es importante poder tener un monitoreo de la zona de estudio y ver cómo elementos o estructuras geológicas pueden afectar a nuestro área de interés. La teledetección permite estudiar estos elementos o estructuras desde el punto de vista satelital a través de imágenes de la superficie terrestre. Cualquier cambio que pueda verse en esas imágenes afectará de manera más o menos directa al terreno y, por tanto, a la zona de estudio. A través del procesamiento de las imágenes con uso de un software especializado se pueden resolver los objetivos propuestos con el fin de obtener unas conclusiones lo más precisas posibles.