ITU-R INFORME M 2013 SPANISH-1997 Wind Profiler Radars《风力测绘雷达》.pdf

1、I. UIT-R M.2013 1INFORME UIT-R M.2013RADARES DE PERFIL DEL VIENTO(1997)I. UIT-R M.20131 Consideraciones generales1.1 IntroduccinLos radares de perfil del viento son sistemas radioelctricos que pueden ser muy tiles en aplicaciones de previsinmeteorolgica. Para poder aprovechar las ventajas de los rad

2、ares de perfil del viento, hay que determinar bandas deradiofrecuencias adecuadas para acomodar este tipo de sistemas.Se debe sealar la existencia de los radares de perfil del viento acsticos (SODAR Doppler), que se pueden utilizar paracomplementar determinadas mediciones de radares de perfil del vi

3、ento a altitudes muy bajas. Sin embargo, cabe destacarque los SODAR Doppler no se pueden utilizar como sustitutos de los radares de perfil del viento.Por una parte, los sistemas de radares para previsiones meteorolgicas se han de acomodar en las atribuciones defrecuencias del servicio de radiolocali

4、zacin y/o del servicio de ayudas a la meteorologa. Hay que proteger los usosexistentes en estas bandas y hay que asegurar la compatibilidad con los servicios en las bandas adyacentes. Por otraparte, se podr considerar la acomodacin en las bandas de frecuencias de otros servicios de radiocomunicacion

5、es, siesto es aceptable desde el punto de vista de la comparticin de frecuencias.Para determinar las diversas opciones de compatibilidad y/o comparticin, es necesario comprender claramente elconcepto de los sistemas de los radares de perfil del viento y su comportamiento en el entorno electromagntic

6、o.En los puntos que siguen se expone la necesidad de los radares de perfil del viento y se har una descripcin general delsistema que incluye el comportamiento electromagntico tpico.1.2 Necesidades de los usuarios de los datos de radares de perfil del vientoActualmente la evolucin de la previsin mete

7、orolgica requiere datos del viento frecuentes, poco espaciados y de altacalidad con una precisin mejorada desde cerca de la superficie de la Tierra hasta la parte alta de la atmsfera. Los datossobre el viento, basados principalmente en instrumentos aeroportados en globos, mediciones por satlite y si

8、stemas auto-matizados de informes desde aeronaves son insuficientes para satisfacer las necesidades de los modelos informatizadosatmosfricos de resolucin cada vez ms alta, as como los de los sistemas de previsin interactivos hombre-mquina.Sin un aumento importante de datos de alta resolucin sobre el

9、 viento, se ver muy limitada la capacidad de estos nuevosmodelos y de los sistemas interactivos que se estn instalando al final de este decenio para mejorar las previsionesmeteorolgicas y los boletines sobre condiciones meteorolgicas graves.Los modelos numricos planetarios de la atmsfera que produce

10、n previsiones de 3 a 10 das requieren datos de laatmsfera superior procedentes de grandes zonas del globo. Especialmente en las zonas distantes, los radares de perfildel viento que funcionan sin estar atendidos pueden ofrecer un medio de obtener datos esenciales a alta altitud para estosmodelos, pro

11、cedentes de zonas con escasos datos.Los modelos numricos para las previsiones de 3 a 48 h que abarcan un continente o una zona ms pequea requierendatos de una gran extensin vertical de la atmsfera, por lo general de 200 m a 18 km, con una resolucin vertical deaproximadamente 250 m, segn la aplicacin

12、. Actualmente la resolucin temporal necesaria es para los datos horarios.Para las previsiones meteorolgicas a muy corto plazo, la supervisin de la contaminacin del aire, los anlisis de campode viento y las previsiones de las trayectorias de productos txicos resultantes de incidentes qumicos o nuclea

13、res, losboletines meteorolgicos para la aviacin, las observaciones meteorolgicas, las operaciones en los aeropuertos y laproteccin pblica, los meteorlogos necesitan informacin sobre el viento con una resolucin temporal y espacial muyalta, principalmente en la parte ms baja de la atmsfera. Es necesar

14、io adquirir datos continuamente entre el suelo y5 km, con una resolucin deseable de slo 30 m. Las mediciones se harn normalmente en zonas pobladas.2 I. UIT-R M.2013Los radares de perfil del viento pueden desempear tambin una funcin importante en la investigacin atmosfricaexperimental. Su capacidad d

15、e medir el viento con una alta resolucin temporal y espacial los hace muy adecuados parala verificacin experimental de modelos, para la investigacin de la capa lmite y de procesos que son importantes paracomprender la atmsfera, incluida la evolucin climtica.Actualmente las organizaciones meteorolgic

16、as utilizan sistemas aeroportados en globos para medir los perfiles delviento, la temperatura y la humedad desde el suelo hasta la parte alta de la atmsfera. Aunque los actuales radares deperfil del viento no miden operacionalmente todos estos parmetros, s tienen varias ventajas en comparacin con lo

17、ssistemas basados en globos para satisfacer las necesidades mencionadas: muestrean los vientos casi continuamente; los vientos son medidos casi directamente por encima de la ubicacin; se puede medir la velocidad vertical del aire; proporcionan los sondeos de densidad temporal y espacial necesarios p

18、ara calcular los campos derivados de unamanera mucho ms puntual; el costo por observacin es ms bajo; funcionan sin estar atendidos en casi todas las condiciones meteorolgicas.Adems, se ha demostrado que los radares de perfil del viento se pueden adaptar para medir perfiles de temperaturacuando se ut

19、ilizan junto con un sistema de sondeo radioacstico (RASS radio-acoustic sounding system). Esto ofrecela posibilidad de obtener perfiles de temperatura ms densos y de ms alta calidad en comparacin con las actualestcnicas de medicin, como el seguimiento aerosttico. Ninguna otra tcnica de medicin prese

20、ntar ventajascomparables en el futuro prximo, incluidos los sensores a bordo de satlites.La Organizacin Meteorolgica Mundial ha indicado la necesidad urgente de poner estos radares en funcionamiento,debido a la exigencia de una mejor supervisin y prediccin de la atmsfera de la Tierra. La normalizaci

21、n de las bandasde frecuencia de trabajo es de mxima importancia para los servicios meteorolgicos con el fin de construir una redoperacional de una manera prctica y rentable.1.3 Concepto del sistema de los radares de perfil del vientoLos radares de perfil del viento son radares Doppler de impulsos di

22、rigidos verticalmente capaces de analizar las sealesretrodispersas para determinar la velocidad del aire a lo largo de los haces. Orientando los haces generalmente 15 conrespecto al cenit, se pueden obtener los componentes horizontal y vertical del movimiento del aire.Los radares de perfil del vient

23、o dependen de seales dispersas procedentes de gradientes en el radiondice de refraccinasociado con remolinos turbulentos con escalas de media longitud de onda de radar (resonancia de Bragg). La dispersindebida a los hidrometeoros puede contribuir tambin o incluso dominar las seales devueltas, depend

24、iendo de lafrecuencia de trabajo del radar. El objetivo de detectar las seales de aire limpio muy dbiles impone la utilizacin delargos tiempos de parada coherentes, diseo del sistema de bajo ruido, lbulos laterales bajos de antena y una atencincuidadosa a la ubicacin y la interferencia potencial.Un

25、adelanto conexo, el RASS proporciona perfiles de la temperatura, por lo general sin ninguna alteracin de lascaractersticas de la emisin radioelctrica del radar de perfil del viento. La velocidad de propagacin de una sealacstica adaptada de Bragg, que se relaciona con la temperatura del aire, es medi

26、da por el radar de perfil del vientoutilizando un procesamiento Doppler ligeramente diferente.La naturaleza del mecanismo de dispersin requiere que los radares de perfil del viento funcionen entre 40 y 1 400 MHz.A medida que la frecuencia aumenta por encima de 1 300 MHz, la calidad de funcionamiento

27、 del radar de perfil delviento disminuye significativamente. La eleccin de la frecuencia de trabajo es determinada por la cobertura de altitud yla resolucin requeridas.1.4 Aspectos de radiacin de los sistemas de los radares de perfil del vientoEn la prctica, los sistemas se fabrican para tres bandas

28、 de frecuencias, es decir, alrededor de 50 MHz, de 400 MHz y de1 000 MHz, y estos sistemas funcionan generalmente en dos modos (vase la Nota 1) que establecen un compromisoentre la cobertura de altura y la resolucin. En el Cuadro 1 se enumera la gama de caractersticas de los radares de perfildel vie

29、nto en estas tres bandas.NOTA 1 Modo bajo significa impulso ms corto y menor altitud; modo alto significa impulso ms largo y mayoraltitud.I. UIT-R M.2013 3CUADRO 1Gama de caractersticas operacionales de los radares de perfil del viento1.4.1 Armonizacin de las frecuencias de trabajoEs de mxima import

30、ancia que una Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones efecte la armonizacin mundial delas frecuencias de trabajo de los radares de perfil del viento y determine el espectro. Esto permitir el desarrollo y laexplotacin rentables de los radares de perfil del viento. Los radares de perfil del viento

31、funcionan como radares Dopplercon modulacin de impulsos o en el modo de onda continua con modulacin de frecuencia. En este informe no se consi-deran los radares que funcionan en el modo de onda continua con modulacin de frecuencia porque se carece de normastcnicas. En la Fig. 1 se muestran ejemplos

32、del espectro producido por radares Doppler con modulacin de impulsos.Rap 2013-01385 390 395 400 405 415410 425420101030507090110FIGURA 1Caractersticas de espectro de un radar Doppler con modulacin de impulsosPotenciadecrestarecibida(dBmenunaanchura de bandade300 kHz)Frecuencia (MHz)Anchura del impul

33、so: 1,67 m sFrecuencia de repeticin del impulso: 10 kHzFIGURE 1/M.2013 = 12 CM50 MHz 400 MHz 1 000 MHzDistancia de altura (km) 1-24 0,5-16 0,5-3Resolucin de altura (m) 150-1 500 150-1 200 30-150Tipo de antena Yagi, coaxial,colinearYagi, coaxial,colinear, colinearParablica,colinear con correccinTamao

34、 de la antena (m2)2 500-10 000 30-150 3-15Potencia de cresta (kW) 5-60 5-50 0,5-5Potencia media (kW) 0,5-5 0,2-2,0 0,05-0,5Anchura de banda necesaria (MHz) 0,2-2,2 0,3-2,2 0,7-7,34 I. UIT-R M.2013De acuerdo con conversaciones sostenidas con los fabricantes, es posible disear radares (vase la Nota 1)

35、 de perfil delviento que funcionen en las frecuencias asignadas en una gama de hasta 1%.NOTA 1 Por ejemplo, el Manual de Reglamentaciones y procedimientos para la gestin federal de radiofrecuencias(Manual of Regulations and Procedures for Federal Radio Frequency Management) del National Telecommunic

36、ationsand Information Administration (NTIA) de Estados Unidos de Amrica.Para lograr esto habra que hacer pequeas concesiones en el diseo del transmisor de potencia de radiofrecuencia, de laantena, del circulador y del factor de ruido del receptor, que no deberan degradar la calidad de funcionamiento

37、 en msde 1 dB, magnitud que podra ser compensada fcilmente por un pequeo aumento de la potencia radiada.1.4.2 Diagrama de radiacin de la antenaLa seal deseada es una reflexin en el aire limpio, por lo que es muy dbil. Esto requiere una extrema sensibilidad en elreceptor del radar de perfil del vient

38、o y una antena dirigida verticalmente con lbulos laterales de baja amplitud. Eldiagrama de radiacin de la antena, especialmente en grandes ngulos fuera del eje con respecto al haz principal, esimportante para analizar la interferencia potencial.Segn han demostrado mediciones efectuadas en Suiza con

39、un radar de perfil del viento en 400 MHz, la ubicacin de laantena del radar en una depresin topogrfica suficientemente profunda puede reducir los lbulos laterales de bajaelevacin hasta 20 dB. El apantallamiento del terreno es tambin efectivo para radares de perfil del viento en 50 MHzsegn las experi

40、encias realizadas en Japn y en Alemania. Asimismo, las investigaciones realizadas en Alemaniademuestran que una valla especialmente diseada alrededor de una antena de perfil puede mejorar la supresin de loslbulos laterales de ngulo bajo en 10 a 15 dB.1.4.3 PolarizacinLa polarizacin de las seales rec

41、ibidas cerca del suelo procedentes de un radar de perfil del viento cambiaaleatoriamente como resultado del proceso de dispersin. De manera similar, es probable que la polarizacin de sealesrecibidas directamente de un lbulo lateral sea tambin aleatoria. Por consiguiente, la contribucin media del des

42、aco-plamiento por polarizacin a una mejora de las condiciones de comparticin es slo mnima (por ejemplo, 3 dB).1.4.4 Anchura de banda ocupadaPara utilizar eficazmente el espectro radioelctrico, que es un recurso limitado, se deben hacer todos los esfuerzosnecesarios para reducir a un mnimo la anchura

43、 de banda ocupada y las emisiones no deseadas.El espectro producido por emisiones con modulacin de impulsos es determinado principalmente por la conformacin delos impulsos, la eleccin de la cadena de transmisores y el filtrado de salida empleado. Es posible lograr el control delespectro mediante la

44、conformacin apropiada del impulso, la modulacin de fase y la linealidad del amplificador.Las mediciones realizadas en Alemania con un radar de perfil del viento en 50 MHz han demostrado a este respecto quela conformacin del impulso reduce la anchura de banda ocupada en un factor de 5 en comparacin c

45、on la anchura debanda de impulsos rectangulares.Se debe sealar que la conformacin del impulso produce, como un efecto lateral, una reduccin de la potencia mediadel transmisor y una reduccin de la gama efectiva.Con referencia a la anchura de banda del 99% (vase el nmero S1.153 del Reglamento de Radio

46、comunicaciones (RR)de los radares en la Fig. 1, el espectro representa un logro tcnico adecuado en estos momentos.Debido a que la anchura de banda de una emisin con modulacin de frecuencia depende en gran medida de ladesviacin de frecuencia, sta se debe reducir al mximo en relacin con los aspectos t

47、cnicos y operacionales/funcionales del espectro.En este estudio se supone que la anchura de banda ocupada de un radar de perfil del viento est totalmente dentro de labanda propuesta.1.5 Consideraciones relativas a la comparticin entre radares de perfil del viento y otros sistemasen diversos servicio

48、sPuede ser posible utilizar bandas distintas a las indicadas en este Informe, pero esta utilizacin debe estar precedida deestudios que demuestren la compatibilidad.I. UIT-R M.2013 51.5.1 Servicio mvil terrestreLa comparticin entre radares de perfil del viento y el servicio mvil terrestre es posible

49、con una separacin adecuada dela frecuencia/distancia. Las operaciones mviles terrestres estn concentradas principalmente en zonas urbanas. Enalgunos pases los radares de perfil del viento pueden estar situados en zonas distantes. Esto mejorar las posibilidadesde comparticin, salvo en los pases muy poblados. Se deben considerar dos cas