Componentes pasivos de altas prestaciones para espacio

Title: Nuevas soluciones tecnológicas de componentes pasivos de altas prestaciones para sistemas de comunicaciones espaciales

Funded by: MINISTERIO DE CIENCIA E INNOVACIÓN

Duration: 3 años

Description:

Los sistemas de comunicaciones espaciales son un activo clave para soportar los servicios y aplicaciones más relevantes de cualquier Sociedad Digital moderna. Entre ellos están los servicios de telecomunicaciones instantáneos y ubicuos (voz de alta calidad, datos a alta velocidad o difusión de radio y televisión), sistemas globales de radionavegación por satélite (Galileo en Europa y GPS en EE. UU.), así como los programas de observación de la Tierra (como Copernicus y Living Planet, financiados por la Comisión Europea -CE- y la

Agencia Espacial Europea -ESA) orientados a la seguridad, estudio del medio ambiente y del cambio climático. Incluso las recientes redes de telefonía móvil terrestre 5G y 6G se verán reforzadas a través de una infraestructura basada en satélites. Como resultado, los ciudadanos de todo el mundo (y en particular los europeos y españoles) se benefician enormemente en términos de crecimiento económico, bienestar social y avances científicos y tecnológicos.

En la actualidad, el Programa Espacial Europeo está siendo impulsado (por la ESA, la CE y el sector industrial) a través de satélites de próxima generación al servicio de importantes proyectos espaciales: la segunda generación de Galileo y la tercera generación de METEOSAT, las próximas cinco misiones Sentinel y el satélite EarthCARE de los programas Copernicus y Living Planet, y las nuevas líneas de producto en satélites de telecomunicaciones denominadas Spacebus y Eurostar Neo. Además, las mega constelaciones de

pequeños satélites (proyectos SpaceX y OneWeb) que brindan conectividad global a Internet están en plena expansión. Y todo gracias al establecimiento de enlaces avanzados de comunicación por satélite, basados en nuevos equipos de alta frecuencia (componentes pasivos y antenas) que utilizarán tecnologías emergentes.

Por lo tanto, como también sugieren los principales actores del sector espacial (la ESA, así como empresas multinacionales y españolas), se deben idear y diseñar soluciones novedosas para dispositivos pasivos de alta frecuencia y elementos radiantes. Estos nuevos equipos tendrán que abordar desafíos múltiples e interdisciplinares, en términos de tamaño eléctrico (compactos), frecuencia adaptativa y recursos de ancho de banda espectral (reconfigurables), mayores niveles de potencia de transmisión (lidiando con los efectos de

descarga e intermodulación) y viabilidad de fabricación (problemas de precisión y repetibilidad). Además, estos requisitos deberán abordarse adecuadamente en diversos rangos de frecuencia (que cubren las bandas de ondas de RF, microondas, milimétricas y submilimétricas).

En este subproyecto se diseñarán nuevos dispositivos pasivos para los sistemas de comunicación por satélite de próxima generación mediante la modelización y validación de nuevos componentes de altas prestaciones (filtros, multiplexores y baluns) en diferentes tecnologías, tales como la guía de onda clásica (filtros, uniones con multiplexación y baluns), la híbrida (estructuras SIW periódicas parcialmente vaciadas y basadas en metamateriales) y la tecnología gap-waveguide en sus versiones groove y ridge. En todos los casos, se prestará especial atención a sus capacidades de manejo de potencia, que se estudiarán mediante un enfoque multifísico, y se investigarán nuevas soluciones (basadas en topologías novedosas y en revestimientos de paredes metálicas de guías de ondas) para mitigar el efecto multipactor (descarga de RF).

Head Researcher: Stephan Marini y Angela Coves

6G-SHINE

Title: 6G SHort range extreme communication IN Entitites

Funded by: HORIZON-JU-SNS-2022

Duration: 30 meses

Description: The 6G-SHINE project will pioneer the main technology components for in-X wireless subnetworks, short range low power radio cells to be installed in a wide set of vertical and consumer entities like robots, vehicle, production modules, classrooms, for the sake of supporting extreme communication requirements in terms of latency, reliability, or data rates. 6G-SHINE will leverage the opportunities offered by the peculiar deployment characteristics of such short range subnetworks, for a highly performant yet cost-efficient radio design that allow to bring wireless connectivity to a lever of pervasiveness which has never been experienced earlier. 6G-SHINE copes with topics "New IoT components and devices" and "New physical layers and associated protocols" of strand B-01-03 in the SNS work programme. Research will span physical layer, medium access control protocols, radio resource management of these in-X subnetworks, as well as connection with a broader 6G 'network of networks'. The performance of the designed solutions will be analyzed via simulations, and -for selected technologies- over demonstrator platforms. The project will result in a broad set of technology solutions that will be disseminated via scientific publications. Also, the designed solutions will be brought to future 6G standardization, and will be used in future telecommunication equipment and networks. The consortium consists of 12 partners that together bring essential expertise to each of the identified technologies with a mixture of academic institutions and industry players with a strong research department, representing the essential parts of the value chain of wireless short range communications.

Keywords: subnetworks; URLLC; PHY; MAC; radio resource management; RIS; wireless architectures

Head Researcher: Javier Gozalvez

Generación de señal en Fotónica de Microondas por desplazamiento de frecuencia

Title: Frequency Shifting Microwave Photonics Signal Generation

Funded by: AEI - MCIIN

Duration: 01/09/2021 - 31/08/2024

Description: As inscribed in a multidisciplinary and vigorous research field, photonics systems benefit from a broad application arena that encompasses not only interdisciplinary challenges but also technical advances. The last decade has witnessed the progressive introduction of digital generation and processing techniques, and optical coherent detection strategies in Microwave Photonics (MWP) systems for reflectometry, lidar, optical fiber sensors, and also photonics-assisted radars, opening novel paths for the implementation of new-generation optical fiber metrology and radar systems. Within this context, project FRESH MWPSIG represents an effort towards the development of compact, robust, and versatile photonic signal generation systems for generic optical metrology applications.

Based on the experience gained in a previous project, the proposed research axes encompasses, on the one hand, the identification of acousto-optics frequency loops (AO-FSL) as candidates to versatile sources for fiber-based pulse compression systems in the optical coherent domain, due to its simple layout, absence of high-bandwidth electronics, and the associated simplification of the coherent receiver’s architecture inherited from the single-sided character of the generated optical frequency comb. On the other, the second axis focuses in the design of classical optical metrology systems, namely optical frequency-domain reflectometers and low-coherence interferometers, using its integration with down-conversion MWP concepts. Here the main focus is on developing novel architectures that improve the previously demonstrated layouts in terms of simplicity, robustness, and compactness by use of bidirectional, step-frequency electro-optic modulation.

In the first of these axes, the global objectives are the generation of novel families of optical waveforms in AO-FSL by use of the inclusion of standard optical filters within the loop, the addition on functionalities at systems’ level by the integration of synchronous modulation and coding stages, and the development of digital pulse compression systems in the coherent optical domain using simple heterodyne detection, for its application in optical reflectometry. In the second of these axes, the objectives are the inclusion of some selected technical improvements in the proposed setups, identified in the previous project, and also the systematic use of down-conversion techniques based on electro-optic modulation.

The proposed research activities are to be considered of basic nature, and so the project is presented as a purely investigation program. However, the proposed actions show potential applications related to a multitude of scenarios associated to the development of optical characterization, optical fiber sensor, radar and lidar systems for defense, security, surveillance, and monitoring of critical infrastructures, resources, or natural disasters. In this regard, and following our previous experience, the project is also conceived with a strong application-oriented focus, where its main findings will be exemplified in selected scenarios of practical relevance. Due to the versatility of the techniques involved, it is envisoned that the strategies put foward in the present project FRESH MWPSIG will play a key role in future fiber-optics optical metrology and signal generation systems.

Keywords: Photonics, coherent, pulse, compression, coding, frequency, shifting, loops, modulation, reflectometry

Head Researcher: Carlos R. Fernández-Pousa

Diseño de filtros de microondas y estudio de efectos de potencia

Title: Diseño eficiente de filtros de microondas en tecnología guiada y estudio de efectos de potencia -multipactor y corona- en dispositivos pasivos de microondas -filtros y antenas-

Funded by: Conselleria d'Innovació, Universitats, Ciència i Societat Digital, Generalitat Valenciana

Duration: 3 años

Description: Este proyecto pretende, por un lado, abordar el diseño optimizado de filtros de microondas, mediante el desarrollo de soluciones tecnológicas novedosas para los circuitos de alta frecuencia implementados en

tecnología guiada presentes en las cargas útiles embarcadas en sistemas de comunicación espacial. Por otro lado, en este proyecto se persigue también el estudio de efectos de potencia -multipactor y corona- en dispositivos pasivos de microondas -filtros y antenas-. Entre dichos efectos de potencia, se estudiará el efecto multipactor en nuevos componentes basados en guía de onda rectangular parcialmente rellena de dieléctrico y en distintos componentes de microondas basados en tecnología planar vacía, concretamente, en los basados en tecnología Groove Gap Waveguide (GGW) y en tecnología Empty Substrate Integrated Waveguide (ESIW). También se estudiará el efecto corona en diversos dispositivos de microondas, como filtros y antenas. Todos estos componentes están presentes en los subsistemas embarcados en los satélites de las plataformas espaciales, en los cuales existen campos de RF muy intensos y están sometidos a condiciones de ultra-alto vacío, siendo por tanto susceptibles de que se produzca una descarga de multipactor o la aparición del efecto corona en los mismos.

Keywords: filtros de microondas, efecto multipactor, efecto corona

Head Researcher: Ángela Coves Soler

Soluciones avanzadas en tecnología de guías integradas en sustrato y con estructuras periódicas para enlaces de conectividad digital con pequeños satélites

Title: Soluciones avanzadas en tecnología de guías integradas en sustrato y con estructuras periódicas para enlaces de conectividad digital con pequeños satélites

Funded by: Proyectos de transición ecológica y digital 2021. Ministerio de Ciencia e Innovación

Duration: 2 años

Description: En este proyecto, se explorará la nueva tecnología SIW a emplear en un primer demostrador de nanosatellite en banda-C (con pérdidas más bajas, y que por tanto requerirá fuentes de alimentación de menor potencia, y con un mejor aislamiento frente a interferencias externas). Para el primer demostrador en banda-C, se emplearán estructuras SIW periódicas y basadas en metamateriales para diseñar elementos de interconexión sub-wavelenth (más cortos), así como filtros y redes de alimentación de antenas. En otras tecnologías, el subproyecto también contribuirá con diseños novedosos de filtros planares avanzados, incluyendo su excitación coaxial y considerando soluciones mejoradas en términos de efectos térmicos y de descarga de RF. Por último, la tecnología de guía de ondas groove-gap (GGW) también se utilizará para desarrollar componentes pasivos (por ejemplo, líneas de transmisión y filtros) para el segundo demostrador en banda Ku, incluida la validación (simulaciones y pruebas). para aplicaciones espaciales.

Keywords: Pequeños Satélites, CubeSats, Comunicaciones Digitales de Alta Velocidad, Internet por Satélite (IoS), Conectividad Global, Internet de las Cosas (IoT), Economía Digital, Inclusión Social, Equipos de Alta Frecuencia, Demostradores Tecnológicos

Head Researcher: Ángela Coves Soler, Miguel Ángel Sánchez Soriano

Sistemas de up-conversion de imágenes de alta resolución

Title: Sistemas de up-conversion de imágenes de alta resolución

Funded by: Conselleria d'Innovació, Universitats, Ciència i Societat Digital, Generalitat Valenciana

Duration: 3 años

Description: Este proyecto está orientado a la consecución de sistemas de up-conversion de imágenes de alta resolución y buena eficiencia cuántica. Queda claro, que el avance de este tipo de sistemas, depende principalmente de la resolución de las imágenes, y dentro de los factores que afectan, el factor más limitante es la aceptancia angular en los procesos de ajuste de fase (PM, phase matching) o cuasi ajuste de fase (QPM, quasi-phase matching). Típicamente, las tolerancias angulares se sitúan en torno a la decena de miliradianes por centímetro de cristal. Con ajuste de fase no crítico convencional, y phase-matching tangencial, es posible incrementar hasta unos pocos cientos de mrad x cm [28], alcanzando resoluciones típicas de un sensor de 640 x 512 píxeles. Sin embargo, es posible aumentar sensiblemente estos valores, alcanzando resoluciones típicas de sensores en el orden de los 1280 x 1024 píxeles, y presumiblemente bastante más, mediante las técnicas a investigar en este proyecto y su adecuada combinación. Aunque en el proyecto se orientará por comodidad a demostrar técnicas nuevas en las bandas SWIR (en torno a 1550 nm), y MWIR (en torno a 3.5 micras), las técnicas serían luego adaptables a otras regiones del infrarrojo, e incluso en el rango de los THz, proporcionando herramientas mejoradas. No obstante, las regiones de 1550 nm y 3.5 micras son ya de por sí útiles en diversos campos científico-técnicos.

Keywords: upconversion, optica no lineal, laser de estado solido

Head Researcher: J. Capmany, H. Maestre

Zero-SWARM - - ZERO-ENABLING SMART NETWORKED CONTROL FRAMEWORK FOR AGILE CYBER PHYSICAL PRODUCTION SYSTEMS OF SYSTEMS

Title: Zero-SWARM - - ZERO-ENABLING SMART NETWORKED CONTROL FRAMEWORK FOR AGILE CYBER PHYSICAL PRODUCTION SYSTEMS OF SYSTEMS

Funded by: Horizon Europe

Duration: 1st June 2022 to 30 Nov 2024

Description: Zero-enabling smart networked control framework for agile cyber physical production systems of systems (Zero-SWARM), is a project with a total public private investment of almost €10 million launched on the 1st June 2022, aiming to accelerate the uptake of advanced 5G technologies by European manufacturing sector. The project mission is to achieve climate neutral and digitized production via a multidisciplinary, human centric, objective oriented innovative approach resulting in technical solutions for open swarm framework, non-public 5G network, active information continuum and digital twin. In essence, it establishes a unique forum where separately maturing technologies of 5G and cloud-edge continuum, data technologies and analysis (including data spaces and GAIA-X) and operational technology (automation and agility) break their siloes to co-design and co-create through 10 trials. It will showcase key achievements such as smart assembly, sustainable powertrains, improved resilience with remote operation, 5G powered programmable logic controllers (PLCs) for real time distributed control systems, safe and autonomous transport of goods in factory, 5G enabled process aware Automated guided vehicles (AGVs), plug & connect 5G for industry, mobile intelligent agents for zero plastic waste, smart maintenance and optimization, remote quality control for zero defect resilient manufacturing. The project includes 3 testbed groups (in the north, center and south of Europe) with industrial test facilities from previous public/private investments co/creating with reputable industry players. Aligned with the technical activities, Zero-SWARM includes a tailored engagement program towards a wide audience, including collaboration with Digital Innovation Hubs and key initiatives in Europe. In addition, open innovation practices involve industry players as clients of developed technologies via Zero-SWARM community with 400 users and the expression of interest mechanism.

The 30-month initiative, which has received close to €8 million contribution from the European Commission, is coordinated by the Ethniko Kentro Erevnas Kai Technologikis Anaptyxis (CERTH), a non-profit research and innovation center located in Athens, Greece. Dr. Anastasios Drosou, Principal Researcher at CERTH with years of experience in ICT sector will be the coordinator of Zero-SWARM. Dr. Pouria Sayyad Khodashenas, 5.5G / 6G Expert at Huawei Technologies Sweden, specialist on the Industry 4.0 green & digital transformation will be the technical manager of the project. Dr./Mrs./Mr. X, form Nextworks, will play the role of Zero-SWARM exploitation and innovation manager. Zero-SWARM community is managed by Dr./Mrs./Mr. X, from FundingBox, the Europe's Largest Deep Tech Funding Ecosystem.

Zero-SWARM in line with the European Union prioritizes such as the Green Deal and A Europe fit for the digital age brings together 27 organizations from 10 European countries with complementary expertise and skills. The project partners are, CERTH from Greece; Huawei, Lulea University, from Sweden; ABB, Visual Components, AALTO University, from Finland; nxtControl from Austria; Reepack, Technology Transfer System, Research Wings, Nextworks, from Italy; SICK, Opticoms, EICe, Fraunhofer, RWTH Aachen University, SMS Digital, International Data Spaces Association, from Germany; Accelleran from Belgium; Ubiwhere from Portugal; FundingBox from Poland; AIMEN, Innovalia, S21Sec, i2CAT, Universidad Miguel Hernández, Neutroon, from Spain.

The consortium aims to contribute to the consolidation of Europe’s leading role on sustainable data-driven manufacturing arena, paving the way for boosting the European innovation capacity and creating new market opportunities.

Head Researcher: M. Sepulcre

Convenio de Colaboración para el desarrollo del proyecto "Plataforma de Simulación 3D para Vehículo autónomo conectado”

Title: Convenio de Colaboración para el desarrollo del proyecto "Plataforma de Simulación 3D para Vehículo autónomo conectado”

Funded by: DIPUTACION DE ALICANTE

Duration: Desde 01/06/2022 hasta 31/10/2022

Description: Los vehículos autónomos emplean sensores para percibir su entorno local de conducción y conducir de forma autónoma, pero las limitaciones de los sensores ante la presencia de obstáculos o condiciones climáticas adversas pueden influir negativamente en su seguridad y eficiencia. Las comunicaciones V2X (Vehicle-to-Everything) pueden reducir este impacto negativo y mejorar la percepción o las capacidades de detección de los vehículos conectados y autónomos al facilitar el intercambio de datos de sensores entre vehículos. Este proceso se denomina generalmente percepción cooperativa, percepción colectiva o sensado cooperativo. La percepción cooperativa permite a los vehículos intercambiar los datos de sus sensores y con ello obtener información adicional sobre el entorno de conducción. Esta información adicional permite que los vehículos receptores sean capaces de detectar objetos que, de otro modo, no serían detectables localmente.

La percepción cooperativa también puede ayudar a mejorar la precisión de los sensores de los vehículos y aumentar la confianza sobre los objetos detectados. La percepción cooperativa es, por lo tanto, esencial para que los vehículos autónomos tengan una percepción precisa del entorno, y su relevancia queda patente por los procesos de estandarización de ETSI y SAE en esta materia, y el interés de asociaciones como el C2C-CC (Car-to-Car Communications Consortium) y el 5GAA (5G Automotive Association). Sin embargo, la comunidad investigadora carece de las herramientas necesarias para investigar adecuadamente soluciones avanzadas de percepción cooperativa. Los estudios realizados hasta la fecha se centran en el estudio del rendimiento de las comunicaciones V2X y tienen un modelado simplificado de los entornos de detección y conducción. El diseño de sistemas de percepción cooperativa requiere un modelado y una simulación detallados de los componentes clave. En este contexto, el objetivo de este proyecto es la implementación de una plataforma software única que combine la conectividad V2X con funciones de detección y conducción autónoma en un entorno de simulación 3D de alta fidelidad. Hasta la fecha, los efectos que las comunicaciones V2X en general, y la percepción cooperativa en particular, tienen sobre el vehículo autónomo no se han podido estudiar en la comunidad por la falta de este tipo de plataformas. Por ello, esta plataforma representará un activo valioso para la comunidad investigadora y los procesos de estandarización en curso, y además posibilitará la I+D+i avanzada en percepción cooperativa.

La plataforma aprovechará los modelos de comunicación V2X implementados en los últimos años por el laboratorio UWICORE de la UMH, y utilizará y extenderá las plataformas de código abierto ampliamente utilizadas por la comunidad investigadora en los dominios de detección y conducción autónoma, como CARLA o Apollo.

Head Researcher: SEPULCRE RIBES, MIGUEL.

RE4DY - European Data as a PRoduct Value Ecosystems for Resilient Factory 4.0 Product and ProDuction ContinuitY and Sustainability

Title: RE4DY - European Data as a PRoduct Value Ecosystems for Resilient Factory 4.0 Product and ProDuction ContinuitY and Sustainability

Funded by:

Duration: 1st June 2022 to 31 may 2025

Description: As part of the green, circular and digital transformation of the European manufacturing community, it is extremely important that data-driven digital manufacturing processes urgently incorporate innovative and active resiliency strategies at production and supply chain levels to maintain their sovereignty and competitiveness levels, respecting European digital values (excellence, privacy, trust) to improve individual and value chain flexibility. In order to achieve long-term resilience to reorganise supply chains or speed up decision making to dealt with any disruption, it is imperative to ensure the implementation of distributed data-intensive intelligent and dynamic industrial decision support, augmentation and automation processes, integrating Artificial Intelligence (smart anticipation) and Intelligent Automation (rapid response) capabilities in Human-Automation symbiosis. Hence, only businesses that can articulate their data, based on AI, digital thread and digital twin solutions, will be able to react rapidly to external shocks. RE4DY mission is to demonstrate that the European industry can jointly build unique data-driven digital value networks 4.0 to sustain competitive advantages through digital continuity and sovereign data spaces across all phases of product and process lifecycle, proposing ?Data as a Product? core concept to facilitate the implementation of digital continuity across digital threads, data spaces, digital twin workflows and AI/ML/Data pipelines. This concept leverages resiliency on top of advanced manufacturing digital processes and value ecosystems supporting the development and implementation of digital continuity, so distributed data management solutions implemented to deal with factory resiliency can be immediately and seamlessly reused to enhance connected factory and value network level processes.

Head Researcher: GOZALVEZ SEMPERE, JAVIER MANUEL.

Gestión de redes 5G and Beyond para el desarrollo de sectores críticos (REACT)

Title: Gestión de redes 5G and Beyond para el desarrollo de sectores críticos (REACT)

Funded by:

Duration: Desde 01/01/2022 hasta 31/12/2022

Description: Las redes 5G y Beyond 5G van a ser catalizadores clave para la digitalización de nuestra economía e industria, así como para el desarrollo de sectores clave como la Industria 4.0 y el vehículo autónomo conectado. El aumento del nivel de automatización de la Industria 4.0 y el vehículo autónomo conectado hace que emerjan nuevos servicios críticos y plantea un escenario de comunicaciones complejo debido al amplio abanico de diferentes aplicaciones y servicios que coexistirán, todos ellos con muy diferentes a la vez que estrictos requisitos de latencia, fiabilidad y ancho de banda. Estos requisitos tan exigentes de los servicios críticos imponen nuevos retos a las redes 5G y Beyond 5G, que requieren mecanismos de gestión flexibles que sean capaces de garantizar los diferentes requisitos de latencia, fiabilidad y tasas de transmisión de los distintos servicios que coexistirán en estos entornos de manera eficiente. En este contexto, en este proyecto se estudiarán soluciones y mecanismos de gestión de redes 5G and Beyond (como técnicas de RAN slicing, scheduling, etc.) eficientes que analicen y/o garanticen los requisitos de latencia y fiabilidad de servicios críticos de la Industria 4.0 y el vehículo autónomo conectado de una manera eficiente.

Keywords: redes 5G and Beyond.

Head Researcher: LUCAS ESTAÑ, MARIA DEL CARMEN

IRLADAR

Title: Sistemas LADAR de altas prestaciones en el infrarrojo basados en conversión de longitud de onda de imagen

Funded by: AEI - MCIIN

Duration: 09/2021 - 08/2024

Description: Este proyecto se orienta a la investigación y desarrollo de sistemas de visión activa por tiempo de vuelo empleando iluminación láser (LADAR) en nuevas regiones espectrales del infrarrojo. Se orienta tanto a la región segura para el ojo humano (eye-safe) en torno a 1550 nm, así como a la región del infrarrojo medio en torno a 3.5 micras (MWIR), donde no existen actualmente sistemas de este tipo, y que representa una zona espectral de sumo interés, dando así respuesta a una meta tecnológica en mejora de este tipo de sistemas, contemplada explícitamente en la Estrategia de Tecnología e Innovación para la Defensa (ETID 2015) dentro del Reto 8 en seguridad, protección y defensa.

Este nuevo proyecto es continuación y aprovechamiento práctico de resultados de otros proyectos previos financiados por el Plan Nacional, orientados a la investigación de sistemas de conversión en longitud de onda de imágenes a nivel más básico en distintas zonas infrarrojas, y al estudio de aspectos clave para su utilidad práctica, como la resolución en las imágenes convertidas, el campo angular de visión, su potencial compacidad y miniaturización. En el proyecto anterior TEC2017-88899-C2-1-R, se dieron los primeros pasos básicos en su adaptación a sistemas de visión activa por tiempo de vuelo.

Con la experiencia acumulada, en este proyecto se aborda el llevar estos sistemas a sus potenciales rendimientos teóricos, ahondando en los aspectos limitantes detectados, y optimizando compromisos entre resolución en la imagen y eficiencia cuántica de conversión para alcanzar elevadas prestaciones en la práctica, persiguiendo como resultado un sistema de nivel de madurez tecnológica TRL6 en la región eye-safe, apto para transferencia de tecnología, y un nivel TRL4 en la región MWIR. Las técnicas a emplear se basan en procesos ópticos no lineales de suma de frecuencias de la imagen original infrarroja con un haz láser en un cristal no lineal, dando como resultado una nueva imagen en la región espectral del visible e infrarrojo cercano, donde existen detectores de Silicio como CCD o CMOS, EMCCD y cámaras intensificadas de elevadas prestaciones. Se demostrará el primer sistema LADAR en el MWIR a nivel internacional.

A nivel más básico, tiene también como objetivo aumentar la resolución y campo angular de visión en las imágenes convertidas mediante el aumento de aceptancia angular en procesos de suma de frecuencias en cristales no lineales que contienen estructuras de dominios ferroeléctricos similares al PPLN, que sea compatible con altas eficiencias de conversión, dado que en general, cuando se emplea una única longitud de onda de iluminación y de bombeo del proceso SFM hay compromisos entre resolución y eficiencia. Se aborda eliminar estos compromisos mediante el uso de una combinación novedosa de múltiples longitudes de onda de iluminación, múltiples ondas de bombeo del proceso SFM, y distribuciones estratégicas novedosas de dominios ferroeléctricos en cristales no lineales microestructurados como el LiNbO3 o el KTP.

Keywords: Fotónica, láseres, óptica no lineal, sistemas de visión

Head Researcher: Juan Capmany, Adrián José Torregrosa

Redes y Servicios Inteligentes y Elásticos para Sectores Industriales Críticos

Title: Redes y Servicios Inteligentes y Elásticos para Sectores Industriales Críticos

Funded by: AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

Duration: Desde 01/09/2021 hasta 31/08/2024

Description: Tras el inicio del despliegue de las redes 5G, la comunidad científica ha iniciado la definición de las redes Beyond 5G. Estas redes servirán como herramienta para la transformación digital de nuestra economía y sociedad mejorando la productividad, calidad de vida y sostenibilidad. 5G ha sentado las bases para la transformación digital de la industria al introducir capacidades de comunicación eMBB, URLLC y mMTC que dan soporte a sectores industriales críticos, como la movilidad conectada y autónoma y la Industria 4.0, caracterizados por requisitos de comunicación exigentes. Sin embargo, dichos requisitos y la creciente complejidad y dinamismo de las redes presentan importantes retos para que la tecnología 5G de soporte de forma eficiente a dichos sectores industriales críticos, sobre todo a medida que aumentan los niveles de automatización y autonomía y se hace un uso más intensivo de los datos. De hecho, proporcionar de forma simultánea altas tasas de transmisión, fiabilidad y baja latencia en los denominados servicios uHSLLC (ultraHigh-Speed-with-Low-Latency Communication) requiere nuevas soluciones en la red de acceso radio (RAN, Radio Access Network) que hagan un uso más eficiente y dinámico de los recursos y un uso más intensivo y expansivo de las capacidades de comunicación y cómputo en los límites de la red. La transformación digital de la industria requiere de redes programables e inteligentes capaces de adaptarse a nuevas demandas y de garantizar niveles de conectividad altamente robustos y eficientes. La tecnología 5G ha preparado el camino para la creación de este tipo de redes al softwarizar las redes móviles, a costa de una creciente complejidad en su gestión que puede afectar a su rendimiento y eficiencia (incluida eficiencia energética). Estos retos requieren crear nuevas redes inteligentes que integren procesos cognitivos que permitan la toma de decisiones autónoma gracias a la convergencia de las redes, la computación y los datos. Esta necesidad ha dado pie a la definición por parte de NetWorld2020 de los Smart Networks and Services (SNS) como eje central de las redes del futuro. El proyecto SeNSes contribuirá al diseño de las futuras SNS mediante soluciones que permitan una gestión más elástica y proactiva de los recursos de la RAN de forma que se garantice una operación fiable y eficiente de las futuras redes móviles e inalámbricas utilizando estructuras de inteligencia colectiva aprovechando las capacidades de las infraestructuras en la nube, los límites de la red (edge networks) e incluso los dispositivos.

El proyecto se centrará en desarrollar propuestas para la coexistencia e interworking de redes y servicios, técnicas de gestión de recursos distribuidas y beyond-the-edge, y soluciones de RAN slicing que permitan una gestión proactiva y flexible de las redes RAN. Las propuestas serán diseñadas considerando los requisitos de la conducción autónoma y conectada y la Industria 4.0, dos sectores industriales críticos con crecientes niveles de automatización y adopción de la IA. Ambos sectores se caracterizan también por la integración de dispositivos cada vez más conectados y autónomos con altas capacidades de sensado y cognitivas sobre plataformas sofwarizadas con cada vez mayor capacidad de procesado. Ambos sectores requieren de futuras SNS capaces de dar soporte de forma determinista a servicios uHSLLC en escenarios con crecientes niveles de autonomía y movilidad y que cada vez hacen un uso más intensivo de datos

Keywords: movilidad conectada

Head Researcher: J. Gozalvez, M. Sepulcre

DEMOSPACE

Title: Advanced Modelling and Characterization of New High-Frequency Waveguide and Planar Components for Emerging Space Applications

Funded by: Ministerio de Ciencia e Innovación

Duration: 3 años

Description:

The most relevant European satellite communication systems and applications are currently supporting a huge number of services of modern Digital Society. Among them, we highlight the global navigation system GALILEO, meteorological and Earth Observation programs like COPERNICUS, nanosatellites for scientific missions and big constellations of small satellites for implementing the upcoming Internet of Satellites, as well as large Telecommunication satellites in geostationary orbit. Thanks to these satellite payloads, many civil and military applications (TV/video broadcasting, high-speed data transmission, broadband fixed and mobile communications, weather forecasts) and a wide variety of sectors (intelligent transportation systems, agriculture, geodesy, natural disaster prevention, security, defence, and even the financial system) are being benefitted globally.

With the aim of keeping the growing rate of these civil and military applications, all cited satellite programs are already developing their future evolutions: e.g. the Galileo second generation project, the new generations of meteorological (METEOSAT and METOP) satellites, the next series of SENTINEL missions, the coming breed of small platforms for Starlink and OneWeb constellations, and the new large multi-beam space platforms operating in the millimetre wave and sub-millimetre wave frequency ranges. All these next-generation

satellites will need more advanced communication payloads based on novel equipment (passive components and antennas) with more stringent requirements.

In closed contact with major space actors (including the European Space Agency, as well as multi-national and Spanish industries, that have expressed support to this project), the future needs of satellite payloads are recognized as follows: more compact devices handling higher power levels for low frequency (1-2 GHz) applications (next Galileo and METEOSAT satellites), the potential implementation of lighter waveguides (compatible with planar technology) for C-band (4-8 GHz) and X-band (8-12 GHz), devices of next-generation Earth Observation satellites and small platforms, wider bandwidth components (filters and multiplexers) and their integrated design with radiating cells for new multi-beam satellites already operating in the Ka-band (20-30 GHz), and very soon in the Q/V-bands (40-75 GHz). In addition, technological solutions for modern communication payloads using higher frequencies (i.e. the W-band between 75 and 110 GHz) must be

also addressed. The main aim of the project is to address all identified challenges by designing novel passive components and antennas for nextgeneration satellite communication systems, including their prototyping and experimental validation. For this purpose, this subproject will have as specific goals the advanced modelling and validation of the new high-frequency components to be proposed by the entire coordinated project. Special attention will be paid to their power handling capabilities, which will be studied and modelled by means of a

multiphsysics approach (self-heating and corona/multipactor RF discharge effects). This research work will be focused on different technologies, such as planar, waveguide, hybrid (Substrate Integrated Waveguide) and the promising gap waveguide. In addition, this subproject will also address the design of components (especially filters and diplexers) with high performances in terms of electrical response and size.

Keywords: Passive Components, Antennas, High Frequency Technologies, Design and Manufacturing Techniques, High Power Effects, Satellite Payloads, Safety-Defence, Digital Society-Internet of Satellites

Head Researcher: Stephan Marini y Miguel Ángel Sánchez Soriano(UA)

FRESH MIPFOS

Title: Frequency-Shifting techniques in Microwave Photonics for Fiber-Optics Sensing

Funded by: Ministerio de Economía y Competitividad

Duration: 1/1/2018 - 31/12/2020.

Description: RESH MIPFOS project aims to develop systems and techniques based on the use of Frequency-Shifting (FS) methods in Microwave Photonics (MWP) for its use as compact and stable interrogation units for general-purpose quasi-distributed interferometric and reflective fiber sensors, joining processing MWP functionalities and the sensitivity advantage provided by low-bandwidth detection.

Fostered by the continued improvement in photonic technologies in optical transmission bands, optical frequency-shifting or optical up/down-conversion techniques has emerged as a successful context for the transport, processing, measurement and filtering of radio-frequency signals after its modulation over an structured optical carrier and subsequent optical down-conversion and detection. Within this context, FRESH MIPFOS is based on the reverse approach, with the focus on the possibilities in optical signal manipulation and characterization provided by RF-controlled optical FS components. As a primary application of the project, FS subsystems and techniques from Microwave Photonics will be exploited to provide substantial improvements in terms of flexibility and performance of fiber-optics sensor interrogation units, developing new solutions for interferometric, reflectometric and radar-like systems without comproimising the overall simplicity of the setups. In particular, the project focuses on three mayor goals.

First, on the introduction of specific MWP modulation and detection techniques for the improvement of standard km-range FS interferometry interrogation systems in terms of spatial/spectral resolution and optical sensitivity. Second, on the development of a novel, fiber-based, common-path low-coherence interferometer for optical laser or low-coherence reflectometry based on optical up/down conversion and dispersive propagation, which outperforms previous, related MWP approaches. Here, the targeted improvements are associated with scan range, sensitivity and stability, in this last case inherited from the the common-path geometry.

Finally, on the development of a compact CW injection-seeded FS laser as a reconfigurable pulsed source of chirped optical waves, for its use as a frequency-modulated continuous-wave laser radar source for fiber-optics sensor interrogation. The selected range of applications, which evolves from previous demonstrations where these technical challenges have been identified, is particularly suitable for scenarios of local or remote monitoring in harsh or uncontrolled environments. The targeted sensors are standard, quasiditributed fiber-optics sensors built from well-stablished, commercial-grade interferometric and reflective technologies based on fiber Bragg gratings. The systems developed within the project thus find immediate applications as a part of operative fiber-optics sensor networks. Due to the versatility of the techniques involved, additional application will also be pursued, opening the possibilty of using selected FRESH MIPFOS architectures or subsystems as compact, all-fiber alternatives to standard metrology or signal generation techniques, with application is defense and surveillance systems.

Keywords: Microwave Photonics, Frequency shifting, Optical up/down conversion, Laser, Fiber Optics Sensors.

Head Researcher: Carlos R. Fernández-Pousa

IMACONRG

Title: Sistemas de conversión en longitud de onda de imágenes para aplicaciones range-gated

Funded by: AEI - MCIIN

Duration: 01/2018 - 06/2021

Description: El objetivo global de este proyecto coordinado es realizar I+D en sistemas de conversión de longitud de onda de imágenes bidimensionales, orientado principalmente a su empleo en sistemas LADAR y sistemas de visión nocturna con iluminación auxiliar.

Como objetivos generales se plantean el investigar y desarrollar sistemas activos basados en óptica no lineal, mediante SFM con un láser local. Aunque no de manera exclusiva, la orientación principal será convertir imágenes con espectro original en la región eye-safe del espectro, con longitudes de onda en torno 1550 nm. En cuanto a los convertidores activos de imagen, obtener dispositivos miniaturizados con muy alta resolución, que operen en entornos reales más allá del laboratorio. Aunque se mantiene el interés en otras bandas adicionales como MIR y THz, y se continúa con esta actividad, las características operativas novedosas, de mayor interés que las espectrales, tal y como se ha explicado, se implementan, en la región eye-safe en torno a 1550 nm, dado su interés particular, como ejemplo trasladable a otras bandas.

Keywords: Fotónica, sistemas de visión, óptica, óptica no lineal, up-conversion, range-gating, sensores de imagen, LADAR

WMA-NANOTICS

Title: Semiconductor Quantum Nanostructures as the key for Disruptive technologies: from nanophotonics to nanoplasmonics.

Funded by: Ministerio de Economía y Competitividad

Duration: Enero 2011 - diciembre 2014

Description: In this coordinated project, the partners will exploit their accumulated experience and realize key devices for novel optical telecommunications and sensors. They are mainly based on quantum dots (combining nanophotonic and nanoplasmonic concepts, and also the use of semiconductor quantum dots on classical and quantum light sources).

We will develop further our expertise on semiconductor and metallic nanostructures, novel photonic and plasmonic concepts, enabling fabrication methods of new materials and devices, and their characterization and potential applications. We propose novel technologies, in the long-medium term, and their integration on III/V and/or Si circuits. Some times using also hybrid technologies combining polymers and semiconductor quantum dots. This broad scope would not be possible without joining together in this coordinated project renown scientists from several research areas: simulation/modelling, quantum nanostructures, nanoparticles, optical and structural characterization, novel nanophotonic and nanoplasmonic devices, polymers, organic photonics, optical telecommunications, sensors, etc…

For some applications, dielectric waveguides or photonic crystal structures are not suitable due to their larger size with respect to the target electronic device. For that situations, we propose alternate approaches based on nanoplasmonic devices which become more apropriate thanks to their subwavelength size. However, many other applications are not subject to such restrictions typical for computer chips or memory, so that the concepts based on nanophotonics would be of interest to, e.g. in the field of Microwave Photonics and sensors, which are other fields of application proposed in this project. For these fields are also important the development of photonic devices with organic technology (polymers) or hybrid (combining polymers with quantum dots and / or metal nanostructures) on any substrates, semiconductors III-V, C-MOS (silicon), glass ...

Head Researcher: Carlos R. Fernández-Pousa