Transcript Radar meteorológico

Guiomar Campos
Gema Escobar
Isabel Linares
Beatriz Sagaste
¿Qué es un Radar?
 RADAR = RAdio Detection And Ranging =
detección y medición de distancias por radio
 Usa ondas electromagnéticas para medir
distancias, altitudes, direcciones y velocidades de
objetos estáticos o móviles.
 Su funcionamiento se basa en emitir
un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y
se recibe en la misma posición del emisor.
Diseño de un Radar
Procesado de la Señal en un
Sistema Radar
 Medida de distancias
o Tiempo de tránsito
 r = distancia estimada
 c = velocidad de la luz
 t = tiempo de tránsito
Para detectar a corta distancia hay que hacer los pulsos más cortos, lo
que implica menor potencia, lo que implica ecos más débiles y por tanto menor
alcance.
o Modulación en frecuencia
A mayor desvío en frecuencia mayor distancia.
 Medida de velocidad

Efecto Doppler
Estos radares aprovechan que la señal de retorno de un blanco en
movimiento está desplazada en frecuencia. Con ello, son capaces de medir la
velocidad relativa del objeto con respecto al radar.
Clasificación de los Sistemas Radar
Número de
Antenas
Blanco
Forma de
Onda
Finalidad
Ámbito de
Aplicación
Técnica
Empleada
Monoestático
Primario
De onda
continua
De
seguimiento
Militar
De
impulsos
Secundario
De onda
continua con
modulación
De búsqueda
Aeronáutico
Doppler
Biestático
Multiestático
De onda
pulsada
Marítimo
Meteorológico
Seguridad en
ruta
Científico
¿Qué es un Radar Meteorológico?
 Es un radar Doppler , usado en meteorología para localizar lluvias,
calcular sus trayectorias y estimar sus tipos (lluvia, granizo…)
 Suele usarse junto con detectores de rayos, para ubicar dónde está la
mayor actividad de una tormenta.
 Está embarcado en la aeronave en su parte delantera, consta de una
antena con sensores de teledetección y con un radomo para proteger
este sistema de las adversidades meteorológicas.
 En los últimos 10 años el coste de un radar Doppler se ha reducido
en más de 5 veces por lo que en la actualidad es posible, incluso para
empresas privadas, la instalación y operación de un radar Doppler
para prevenir inconvenientes de origen meteorológico en sus
actividades.
Historia
 La capacidad de los radares meteorológicos para detectar la lluvia ya era
conocida en los años 40.
 Su desarrollo inicial se produjo durante la Segunda Guerra Mundial tras la
invención del magnetrón de resonancia, con el que fue posible emitir una
cantidad considerable de potencia a unas longitudes de onda de varios
centímetros.
 Una de las consecuencias no buscadas fue que la lluvia y la nieve se
hicieron claramente visibles.
 En 1948  Primeros experimentos.
 En 1964  Se obliga a instalarlo en todos los aviones de pasajeros.
 Este instrumento es especialmente importante en aviones transoceánicos
donde no hay otro recurso ni ninguna otra información sobre el tiempo,
dado que no hay estaciones de tierra.
Diseño de la Antena
 Un phased array consiste en una matriz (array) de
elementos radiantes.
 La fase de la señal que alimenta cada uno de estos está
controlada de tal manera que la radiación del conjunto
sea muy directiva.
 Se juega con las fases de las señales para que se cancelen
en las direcciones no deseadas y se interfieran
constructivamente en las direcciones de interés.
 Su uso se va extendiendo debido a la fiabilidad, derivada
del hecho de que no tienen partes móviles.
Diseño de la Antena
Parámetros que intervienen en
el diseño de un array
Configurando estos parámetros
se puede:
 Número de elementos
 Mejorar la directividad
 Disposición física de los
elementos
 Amplitud de la corriente de
alimentación
 Fase relativa de la
alimentación
 Tipo de antena elemental
utilizada
 Mejorar la relación de lóbulo
principal a secundario
 Conformar el diagrama para
cubrir la zona de interés
 Tener la posibilidad de
controlar electrónicamente el
apuntamiento del haz
principal.
Diseño de la Antena
Diseño de la Antena
Principio de Funcionamiento
Radar de Impulsos
Doppler
Emite trenes de
pulsos a una
frecuencia
determinada
El efecto Doppler es el aparente cambio de frecuencia de una onda
producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador
Requisitos
 Rango adecuado de detección inicial
 Buena penetración a través de precipitaciones:
 Trazado de la tormenta
 Entre radar y el objetivo principal
 Resolución adecuada
 Medios para evaluar las turbulencias
 Preservación de información anterior durante las
maniobras de la aeronave
 Presentación de la información
Datos Numéricos
Longitud de Onda: 3-6 cm
Ancho del Haz : 70λ/d
Alcance: >100NM
Procesamiento de datos
La secuencia superior de la figura infiere la presencia de un estado
meteorológico dado
La secuencia inferior de la figura muestra el proceso asociado con la
medida del movimiento del aire en un volumen dado
Funciones Automáticas de la Antena
Inclinación
Automática
Exploración
Automática
Diagrama de Bloques
Capacidad de Detección
El Radar SÍ detecta
El Radar NO detecta
Precipitaciones
Nubes, niebla o viento
Granizo húmedo
Turbulencia en aire limpio
Turbulencia húmeda
Viento cortante
Cristales de hielo, granizo y
nieve seca (reflexiones
pequeñas)
Tormentas de arena (las partículas
sólidas son prácticamente
transparentes al haz)
-
Rayos
Reflectividad
Cumulonimbos
Probabilidad de Granizo
Atenuación
Lectura del Display
 Existe un código de colores que nos ayudará a decidir
sobre cómo reaccionar ante la meteorología adversa.
 Este código es universal, por lo que se aplica en todos
los países y en todos los modelos de avión y equipos
de radar.
Color
Intensidad del eco
Precipitación
Negro
Muy ligero
≤ 0.7 mm/hr
Verde
Ligero
0.7 - 4 mm/hr
Amarillo
Medio
4 - 12 mm/hr
Rojo
Fuerte
≥12 mm/hr
Violeta
Turbulencia
Acompañada o no de
precipitación
Lectura del Display
Tres niveles de retorno:
 Nivel 1: Corresponde al retorno verde,
indicando ligera precipitación y poca o
nada de turbulencia, y con la posibilidad
de visibilidad reducida.
 Nivel 2: Corresponde al retorno
amarillo, indica moderada precipitación,
con la posibilidad de muy baja
visibilidad, moderada turbulencia e
incomodidad para los pasajeros.
 Nivel 3: Corresponde al retorno rojo,
indica precipitación pesada, con la
posibilidad de tormentas y severa
turbulencia, con daños serios
estructurales a la aeronave.
Windshear / Cizalladura
La cizalladura del viento es la diferencia en la velocidad del viento o
su dirección entre dos puntos en la atmósfera terrestre.
• El viento puede afectar a la velocidad de vuelo de un avión durante el
despegue y el aterrizaje de forma desastrosa.
•
Windshear / Cizalladura
1º Ráfaga de viento en contra de la aeronave.
2º El avión vuela a través de una corriente descendente.
3º Ráfaga de viento en la cola de la aeronave.
Windshear / Cizalladura
 La aeronave tiende a volar por encima de ruta de acceso y/o acelerar.
Windshear / Cizalladura
 Una corriente descendente vertical llevará la aeronave por debajo de
la trayectoria deseada.
Windshear / Cizalladura
Se produce un repentino aumento del viento de cola y la velocidad de la
aeronave disminuye instantáneamente. Esto conlleva una disminución de
elevación y el avión tiende a volar por debajo de la trayectoria de aproximación
prevista.
Windshear / Cizalladura
 El Windshear System detecta la presencia de cizalladura del viento, dando 10
a 60 segundos de advertencia antes del encuentro.
 El modo de detección de cizalladura del viento opera de forma
automática por debajo de 2.300 ft AGL con alertas dadas en 1500ft AGL y
por debajo
 El sistema busca Windshear ± 40 º y 5 nm por delante de la aeronave
Protocolo a seguir con Windshear / Cizalladura
Despegue
Descenso y
aproximación
Antes de
V1
Se aborta
Después
de V1
Máximo
empuje
Se retrasará o
cancelará el
aterrizaje
Menos flaps y
velocidad
adecuada
Fase de
aproximación
final
ILS: piloto
automático
Velocidad
máxima +15kt
Relación con Otros sistemas
 ADC : proporciona datos de temperatura, presión barométrica, velocidad del aire y
altitud a partir de un sistema de tubo pitot estático.
 TCAS : se enlaza con el TCAS para poder prevenir el fenómeno conocido como
windshear. Los avisos del radar meteorológico siempre tienen prioridad sobre los del
TCAS.
 EICAM : con el Electronic Displays, para recibir los avisos de emergencia visuales.
 Radio Altímetro : el Windshear es útil a partir de alturas relativamente bajas, por lo que
el radio altímetro es imprescindible para conocer la altitud a la que se encuentra la
aeronave.
 IRU : es el encargado de proporcionar la estabilidad necesaria al radar meteorológico.
 EFIS : donde se presentará la información del radar meteorológico, concretamente en
el Navigation Display.
 ACARS : sirve para la recepción de los avisos aurales.
Relación con Otros sistemas
Relación con Otros sistemas
Relación con Otros sistemas
 La conexión bus utilizada es ARINC 708.
 Sustituye a ARINC 453.
 ARINC 708 utiliza una señal de transformador acoplado
Manchester codificado.
 El flujo de bits es continuo.
 La configuración de la ARINC 708 del sistema suele
ser controlado mediante un interfaz ARINC 429.
Componentes Básicos
 Receptor-Transmisor
 Pedestal de la Antena y Array
 Pantalla
 Controlador
Instalación
Se sitúa sobre una estructura suspendida que permite la
rotación ante la señal de cabeceo y alabeo proporcionado
por el VRG (Vertical Reference Gyroscope).
Conexiones
Las conexiones se realizan mediante:
 Cable estándar para la transmisión de los datos a los
sistemas que procesan la información
 Guías de onda entre el transmisor-receptor y el scanner
Situación en Cabina
Representación en ND
Panel de Control
Honeywell RDR – 4B
El sistema RDR-4B proporciona:
 Detector de turbulencia y cizalladura del
viento
 Modos de operación de la cartografía del
terreno.
El diseño de los circuitos y el uso de
componentes de última generación le capacitan
para proporcionar:
 Mayores niveles de rendimiento
 Mayor fiabilidad
Configuración del Honeywell RDR – 4B
Honeywell RDR – 4B
Receptor/Transmisor
Transmite, recibe y procesa los pulsos de radar
utilizados para detectar las turbulencias,
cizalladura del viento, clima y límites del
terreno y supervisa la integridad
del sistema, chequeos y circuitos
de fallo de memoria, además
de estabilizar la antena.
Honeywell RDR – 4B
Unidad de Pantalla
 Recibe y procesa los datos de vídeo de la unidad del
receptor/transmisor y presenta esta información en una
pantalla continua con las condiciones meteorológicas o la
cartografía del terreno.
 Sistema “no-pérdida” con alta resolución para las
condiciones de tormenta con gamas
seleccionables hasta las 320 NM.
 En algunas instalaciones, la unidad
de pantalla también se utiliza como
una pantalla multifunción
(ACARS, EGPWS y TCAS)
Honeywell RDR – 4B
Montaje de Antena
 Pedestal de antena y array: forma la energía de
microondas en un haz cónico de 3° que
barre 90° a la izquierda y derecha del
eje central del avión.
Explora un sector de 180° en azimut y tiene una
cobertura de ±15°.
Honeywell RDR – 4B
Panel de Control
Normativa
La fabricación e instalación de un Radar Meteorológico debe
cumplir con las siguientes normativas:
 TSO-C63c : AIRBORNE WEATHER AND GROUND
MAPPING PULSED RADARS
 Normativa de mantenimiento que se rige por el ATA 34
 CS 25 (AERONAVES)
Para más información:
http://www.easa.europa.eu/ws_prod/g/doc/Agency_Mesure
s/Certification_Spec/easa_cs25_amendment_1_12122005.pdf
Fabricantes
•Bendix → 1929
•Collins Radio → 1933
•Telephonics → 1933
•Honeywell → 1950
•Narco → 1950-1990
•Rockwell Collins → 1973
•Bendix/King → 1980
•Allied Signal → 1985
•Garmin → 1989
Curiosidades
Using Weather Radar in the PA46 Aircraft
http://www.youtube.com/watch?v=eZ-xydb0EuM
Bibliografía
 Radio Aids to Civil Aviation. Hansford (HEYWOOD)
 Avionics Navigation Systems. Myron Kayton and Walter R.








Fried. (WILEY·INTERSCIENCE)
Wikipedia
http://www.monografias.com/trabajos6/sirac/sirac.shtml
http://elradar.50webs.com/aplicaciones.htm
http://html.rincondelvago.com/radares.html
http://www.escuadron69.net/v20/foro/index.php?/topic/3433
7-radar-meteorologico-wxr/
http://weathercat.zzl.org/instrumentos.html
Airborne Weather Radar by TexasGyro
Manual de instalación del sistema de radar meteorológico RDR4B de Honeywell
Guiomar Campos
Gema Escobar
Isabel Linares
Beatriz Sagaste