1、 Rec. UIT-R RS.1744 1 RECOMENDACIN UIT-R RS.1744 Caractersticas tcnicas y operativas de los sistemas de ayuda a la meteorologa en tierra que funcionan en la gama de frecuencias 272-750 THz (Cuestin UIT-R 235/7) (2006) Cometido En esta Recomendacin se presentan las caractersticas operativas y tcnicas
2、 de sistemas meteorolgicos MetAids representativos que funcionan en la gama de frecuencias pticas de 272-750 THz. La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que las observaciones realizadas en la gama de frecuencias de 272-750 THz (que aqu llamaremos frecuencias pticas) suministra
3、n informacin crucial para la meteorologa operativa y la investigacin cientfica de la atmsfera y el clima; b) que el espectro de la gama de frecuencias pticas se utiliza para sistemas de sensores meteorolgicos activos y pasivos as como para muchas otras aplicaciones; c) que la tecnologa de los sensor
4、es meteorolgicos que utilizan el espectro ptico evoluciona continuamente para lograr mayor precisin y resolucin de las mediciones; que las frecuencias de la gama ptica se utilizan hoy en da en enlaces de datos, dispositivos para medir distancias y otros sistemas activos situados en plataformas terre
5、stres y espaciales, y que el rpido aumento de capacidad y nmero de estos sistemas aumenta la probabilidad de interferencia entre los sensores meteorolgicos y otros sistemas pticos; e) que muchas de las aplicaciones de los sistemas activos y pasivos que funcionan en la gama ptica son muy similares a
6、las utilizadas en frecuencias inferiores del espectro electromagntico; f) que es oportuno estudiar qu medidas de proteccin y qu condiciones de comparticin pueden permitir que los sensores meteorolgicos pticos situados en tierra puedan continuar funcionando sin interferencia, recomienda 1 que los ope
7、radores de las ayudas a la meteorologa que operan en la gama de frecuencias pticas tengan en cuenta la posibilidad de interferencia de otros transmisores pticos, al elegir la ubicacin de los observatorios y al disear los sensores; 2 que los estudios de la interferencia que afecta a los sistemas ptim
8、os de ayuda a la meteorologa y que stos provocan, tengan en cuenta los parmetros tcnicos y operativos que se presentan en el Anexo 1. 2 Rec. UIT-R RS.1744 Anexo 1 1 Introduccin Diversos servicios meteorolgicos y otras organizaciones interesadas en la investigacin meteorolgica y climtica se sirven de
9、 sensores meteorolgicos en tierra que utilizan el espectro en la gama de frecuencias pticas y que funcionan habitualmente en la gama de 272-750 THz. En este Anexo 1 se especifican las caractersticas operacionales y tcnicas de un conjunto representativo de sensores meteorolgicos que transmiten y reci
10、ben seales en frecuencias pticas. 2 Nefobasmetros lser 2.1 Caractersticas tcnicas de los nefobasmetros Los nefobasmetros poseen un lser como fuente de transmisin y un fotodetector como receptor. Los nefobasmetros lser detectan e informan la altura de las nubes en la atmsfera haciendo uso de radiacin
11、 lser invisible. Funcionan transmitiendo un impulso de luz lser hacia la atmsfera y detectando la luz que reflejan los objetos que encuentra en la trayectoria. El tiempo que transcurre entre la transmisin y la recepcin permite calcular la altura de las partculas (como gotas de agua o cristales de hi
12、elo en las nubes) que se encuentran sobre el nefobasmetro, para comunicarla al paquete de recoleccin de datos. Los nefobasmetros son dispositivos de deteccin y localizacin por ondas luminosas (LIDAR, light detection and ranging). La determinacin de la altura de las nubes se basa en la interpretacin
13、electrnica de reflejos dispersados hacia la fuente, utilizando la ecuacin LIDAR: TehhAcEhPr= )(2)(20(1) donde Pr(h): potencia instantnea recibida desde una altura h (W) E0: energa de impulso efectiva, con compensacin por la atenuacin ptica (J) c: velocidad de la luz (m/s) A: abertura del receptor (m
14、2) h: altura a la que se produjo el reflejo dispersado hacia la fuente (m) (h): coeficiente de la dispersin hacia la fuente a la altura h en volumen, la cantidad de luz que se refleja hacia el nefobasmetro (m1sr1) (sr = steradian) T: transmitancia atmosfrica, que representa la potencia transmitida y
15、 dispersada hacia la fuente mediante extincin a diversas alturas entre el transceptor y la altura a la que se produce la dispersin hacia la fuente. Es igual a 1 si la atmsfera esta despejada (es decir, no produce atenuacin). Este trmino en la ecuacin de LIDAR permite determinar cules de los reflejos
16、 dispersados hacia la fuente son causados por las nubes y cules provienen de otras obstrucciones como la neblina o las precipitaciones. Rec. UIT-R RS.1744 3 2.2 Nefobasmetros representativo del Sistema A El Sistema A est en capacidad de medir la altura de las nubes hasta unos 3 700 m. Se utiliza jun
17、to con otros equipos de vigilancia del clima como sensores de visibilidad, de precipitacin y de temperatura y punto de condensacin, en sistemas para la navegacin area y la prediccin del clima. El Sistema A determina la altura de las nubes emitiendo hacia la atmsfera un impulso lser y midiendo el tie
18、mpo de retorno de los reflejos dispersados hacia la fuente, en su caso, hasta un receptor instalado al lado del transmisor. En cada ciclo de medicin se emite un impulso lser de una longitud de onda nominal de 904 nm (331,8 THz) y una duracin de 150 ns. Las lecturas del receptor se procesan luego cad
19、a 100 ns, durante 25,4 s para obtener as 254 valores que se almacenan por ciclo de medicin, lo que supone una resolucin de 15 m de altura en 3 850 m. En cada ciclo se obtiene un perfil de densidad espacial de la columna atmosfrica vertical que est justo encima del nefobasmetro, desde 0 a 3 850 m, de
20、l que se pueden deducir la altura de las nubes e informacin acerca de las capas de nubes. Se promedian los resultados de varios ciclos para minimizar los efectos de lecturas equivocadas. 2.2.1 Conjunto de transmisor Un diodo lser de arseniuro de galio (GaAs) emite impulsos de longitudes de onda de 9
21、04 nm con una frecuencia de repeticin de entre 620 Hz y 1 120 Hz. Un procesador controla la frecuencia de repeticin exacta para obtener una potencia promedio constante de 5 mW, con un ajuste nominal de fbrica de 770 Hz. Los impulsos lser se emiten con una abertura de 30. El rayo incidente se enfoca
22、con una lente que tiene un dimetro efectivo de 11,8 cm y una longitud focal de 36,7 cm. La irradiacin mxima medida con una abertura de 7 mm de dimetro es de 50 W/cm2. El transmisor tiene un sensor de luz que determina la potencia de salida del lser y la potencia de la luz de la atmsfera. Se utiliza
23、un fotodiodo dirigido hacia abajo para supervisar la potencia del lser de salida. El valor mximo de la corriente interferente provocada por la luz ambiente es mucho menor que la corriente del impulso lser y, por lo tanto, no afecta el clculo de la potencia del lser. La potencia de cresta emitida por
24、 el lser es de 40 W. La seal de salida del sensor de potencia lser se aplica como entrada del circuito procesador principal y se utiliza para limitar el promedio de potencia emitida a 5 mW. La luz de retorno se mide con un fotodiodo dirigido hacia arriba, que tiene una desviacin mxima de la vertical
25、 de 5,7. La seal de este fotodiodo se aplica como entrada del circuito opcional de obturacin solar, que se describe ms adelante, y del procesador principal con fines de supervisin. La sensibilidad del sensor de luz celeste es de aproximadamente 0,4 A/W. La luz solar directa de un cielo de atmsfera d
26、espejada produce aproximadamente 1 200 W/m2, con una corriente tpica de 1,1 mA. Un cielo azul despejado produce habitualmente una corriente de 10 A en el sensor de luz celeste, mientras que en interiores la corriente es de menos de 1 A. Los nefobasmetros del Sistema A que se instalan en regiones tro
27、picales ubicadas entre 30 de latitud Norte y 30 de latitud Sur se equipan con un obturador solar opcional en el transmisor. El obturador protege el lser de transmisin contra los daos que puede causar la luz solar directa. El obturador se cierra para cubrir la lente de transmisin cuando est expuesta
28、a la luz solar directa. Los nefobasmetros equipados con obturadores solares se equipan tambin con conjuntos de receptor tropicales, que poseen un filtro y bloque de montaje diferentes a los que se instalan en los conjuntos de receptor estndar. 4 Rec. UIT-R RS.1744 2.2.2 Conjunto del receptor Se util
29、iza una lente con un dimetro efectivo de 11,8 cm y longitud focal de 8,4 cm para concentrar, en un diodo de avalancha de silicio, los reflejos con dispersin hacia la fuente provenientes de partculas en la atmsfera. La sensibilidad del fotodiodo depende de la temperatura, efecto que se contrarresta m
30、ediante un mecanismo de control segn la temperatura que regula la tensin de polarizacin en el receptor. Este dispositivo est ajustado en origen para una sensibilidad nominal de 40 A/W a temperatura ambiente. En la lente del receptor se instala un filtro de interferencia, que tiene un ancho de banda
31、de 50 nm, para bloquear el ruido de fondo de radiacin. En las unidades equipadas con el obturador solar opcional se instala un filtro especial. 2.3 Nefobasmetro representativo del Sistema B Los principios de funcionamiento del nefobasmetro del Sistema B son idnticos a los del Sistema A, salvo por la
32、s diferencias que se indican a continuacin. Se puede utilizar el Sistema B para determinar la altura de las nubes y las visibilidades verticales hasta 7 300 m, con la posibilidad de detectar de forma simultnea tres capas de nubes. Adems de poder detectar las capas de nubes, el nefobasmetro puede det
33、ectar la presencia de precipitaciones y de otras obstrucciones visuales. 2.3.1 Conjunto del transmisor Un diodo lser de arseniuro de galio e indio (InGaAs) emite impulsos de longitud de onda de 905 5 nm (331,5 THz), que tienen una duracin de 100 ns y se repiten a una frecuencia de 5,57 kHz. La poten
34、cia mxima emitida es de 16 W, lo que resulta en una potencia media de 8,9 mW. 2.3.2 Conjunto del receptor En el lente del receptor del Sistema B se instala un filtro de interferencia con un ancho de banda de 35 nm, centrado en 908 nm, con el fin de bloquear el ruido de radiacin de fondo. La sensibil
35、idad se ajusta en fbrica en 65 A/W a 905 nm. CUADRO 1 Caractersticas de los nefobasmetros Parmetro Sistema A Sistema B Sistema transmisor lser y ptico Potencia de cresta 40 W 10-20 W Duracin (nivel del 50%) 135 ns (valor caracterstico) 20-100 ns (valor caracterstico) Energa (dimetro = 118 mm) 6,6 Ws
36、 Cadencia de repeticin 620-1 120 Hz 5-10 kHz Fuente GaAs InGaAs Longitud de onda 904 nm 855/905/910 nm a 25C Modo de funcionamiento Por impulsos Por impulsos Energa del impulso transmitido 6 J 10% 1-2 J 20% Potencia media 5 mW 5-10 mW (medida en toda la escala) Radiacin mxima 50 W/cm2medida con una
37、abertura de 7 mm 170 760 W/cm2medida con una abertura de 7 mm Rec. UIT-R RS.1744 5 CUADRO 1 (Fin) Parmetro Sistema A Sistema B Longitud focal del sistema ptico 36,7 cm 35-40 cm Dimetro efectivo de la lente 11,8 cm 6-15 cm Divergencia del haz del transmisor 2,5 mrad mxima 0,4-0,7 mrad Transmitancia d
38、e la lente 90% (valor caracterstico) 96% (valor caracterstico) Transmitancia de la ventana 97% (valor caracterstico, limpia) 98% (valor caracterstico, limpia) Sistema ptico receptor Detector Fotodiodo de avalancha (APD) de silicio Fotodiodo de avalancha (APD) de silicio Sensibilidad 40 A/W, a 904 nm
39、 65 A/W, a 905 nm Dimetro de la superficie 0,8 mm 0,5 mm Filtro de interferencia 940 nm 908 nm (longitud de onda central caracterstica) Filtro paso banda a 50% 880-940 nm (valor caracterstico) 35 nm a 880-925 nm (valor caracterstico) Transmisibilidad del filtro a 904 nm 85% (valor caracterstico), 60
40、% mnimo 80% (valor caracterstico), 70% mnimo Distancia focal 15,0 cm Dimetro efectivo de la lente de recepcin 11,8 cm Divergencia del campo visual 2,7 mrad 0,66 mrad Transmitancia de la lente 90% (valor caracterstico) 96% (valor caracterstico) Transmitancia de la ventana 97% (valor caracterstico, li
41、mpia) 98% (valor caracterstico, limpia) Sistema ptico Distancia de la lente, transmisor receptor 30,1 cm Rayo lser que ingresa al campo de visin del receptor 30 m Rayo lser en un 90% dentro del campo de visin del receptor 300 m Prestaciones del sistema Distancia de medicin 0 a 3 700 m 0 a 7 300-13 0
42、00 m Definicin 15 m 3-15 m Tiempo de adquisicin Mximo 30 s (para un alcance de 3 658 m) 2-120 s Ancho de banda del sistema (3 dB) 10 MHz a ganancia baja y 3 MHz a ganancia alta 3 MHz Tolerancia de precipitacin Hasta 7,5 mm por hora (limitacin de distancia) 6 Rec. UIT-R RS.1744 3 Sensores de visibili
43、dad 3.1 Caractersticas tcnicas del sensor de visibilidad Los sensores de visibilidad se utilizan como mecanismo para calcular automticamente el nivel de visibilidad y tambin para indicar las condiciones actuales diurnas/nocturnas. El mtodo meteorolgico convencional para medir la visibilidad consiste
44、 en determinar la distancia mxima a la que se puede ver un objetivo negro contra un fondo de niebla/nubes. Los sensores de visibilidad proporcionan una medicin automatizada de la visibilidad. El sensor de visibilidad mide la distancia ptica meteorolgica del ambiente (visibilidad) utilizando la tcnic
45、a de dispersin en emisin. Esta tcnica consiste en transmitir un destello de luz de xenn a travs de una parte de la atmsfera (la cual dispersa la luz) para luego medir el nivel de la luz dispersada, a fin de determinar la prdida. Se calcula un coeficiente de extincin a partir de la cantidad de luz di
46、spersa que se recibe de la fuente luminosa, que es la lmpara de destellos de xenn. Este coeficiente se traduce luego en un valor de visibilidad. El sensor de visibilidad tambin calcula y emite una indicacin de condiciones diurnas/nocturnas, a partir de la lectura del sensor de luz ambiental. 3.2 Sis
47、temas representativos de sensores de visibilidad Los sensores de visibilidad representativos estn en capacidad de suministrar un coeficiente de extincin equivalente a visibilidades de hasta 16 km. Un sistema indica si las condiciones son diurnas o nocturnas dependiendo del nivel de luz ambiental y f
48、unciona para niveles de luz ambiental de hasta 540 lux. Este sensor indica que las condiciones son diurnas si detecta una iluminacin mayor a 32 lux, y nocturnas si la iluminacin es de menos de 5 lux. Hay una transicin de diurno a nocturno al pasar de 32 a 5 lux (a medida que la iluminacin disminuye)
49、, y al contrario al pasar de 5 y 32 lux (a medida que aumenta la iluminacin). El sensor de da/noche apunta en la misma direccin que el receptor. El sensor de visibilidad puede tener uno o dos filtros de interferencia electromagntica (dependiendo del modelo de la unidad) instalados en la caja de circu
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