ITU-R RS 1280 SPANISH-1997 SELECTION OF ACTIVE SPACEBORNE SENSOR EMISSION CHARACTERISTICS TO MITIGATE THE POTENTIAL FOR INTERFERENCE TO TERRESTRIAL RADARS OPERATING IN FREQUENCY BA.pdf

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1、 Rec. UIT-R RS.1280 1 RECOMENDACIN UIT-R RS.1280*, *SELECCIN DE LAS CARACTERSTICAS DE EMISIN DE LOS SENSORES ACTIVOS A BORDO DE VEHCULOS ESPACIALES PARA REDUCIR LA POSIBLE INTERFERENCIA CAUSADA A RADARES TERRENALES QUE FUNCIONAN EN LAS BANDAS DE FRECUENCIAS 1-10 GHz (Cuestin UIT-R 213/7) (1997) Rec.

2、 UIT-R RS.1280 La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que los sensores activos a bordo de vehculos espaciales pueden funcionar en bandas de frecuencias comunes con sistemas de radiolocalizacin y radionavegacin; b) que los sensores activos a bordo de vehculos espaciales pueden

3、tener caractersticas tcnicas que producen interferencias inaceptables a radares terrenales que funcionan en las bandas de frecuencias entre 1 y 10 GHz; c) que la experiencia habida en materia de comparticin de bandas durante los ltimos 20 aos es que no se ha producido interferencia perjudicial; d) q

4、ue algunos radares terrenales estn diseados para proporcionar un volumen de ganancia de procesamiento con respecto a determinados tipos de interferencias en forma de impulsos; e) que puede desconocerse el valor exacto de la ganancia de procesamiento de un radar terrenal con respecto a un tipo partic

5、ular de interferencia en forma de impulsos; f) que pueden adaptarse algunas caractersticas tcnicas de los sensores a bordo de vehculos espaciales para mejorar la compatibilidad con radares terrenales, pero que esta flexibilidad est limitada por los requisitos de calidad de funcionamiento de los sens

6、ores, recomienda 1 que, para mejorar las caractersticas de emisin de los sensores activos a bordo de vehculos espaciales y mejorar la compatibilidad con radares terrenales que funcionan en bandas de frecuencias comunes, se pueda utilizar la metodologa que figura en el Anexo 1; 2 que cuando se han es

7、tablecido criterios de interferencia o comparticin especficos para una banda de frecuencias, se utilicen stos en lugar de los criterios genricos indicados en el Anexo 1. _ *Esta Recomendacin fue elaborada de manera conjunta por las Comisiones de Estudio 7 y 8 de Radiocomunicaciones y sus futuras rev

8、isiones debern ser realizadas tambin conjuntamente por dichas Comisiones de Estudio. *La Comisin de Estudio 7 de Radiocomunicaciones efectu modificaciones de redaccin en esta Recomendacin. 2 Rec. UIT-R RS.1280 ANEXO 1 1 Introduccin Se presenta una metodologa que permite calcular si la seal no desead

9、a recibida por un radar terrenal desde un sensor activo a bordo de un vehculo espacial puede o no causar dificultades cuando funciona en bandas de frecuencias comunes. Los clculos ponen de relieve un cierto nmero de parmetros del sensor que pueden elegirse y mejorar la situacin de comparticin. Las b

10、andas de frecuencias inferiores a 10 GHz consideradas por esta metodologa son 1 215-1 300 MHz, 3 100-3 300 MHz, 5 250-5 350 MHz, 8 550-8 650 MHz y 9 500-9 800 MHz. Los operadores de radar suelen denominarlas banda L, banda S, banda C y banda X (las dos ltimas). Las caractersticas de estas diversas b

11、andas son tales que las bandas L y S suelen utilizarse para radares de bsqueda y vigilancia, en tanto que las bandas C y X para radares de seguimiento. 2 Clculo de la interferencia causada a radares terrenales El nivel de potencia medio de la seal interferente, I (dBW), recibido por un radar terrena

12、l desde un vehculo espacial se calcula como sigue: I = 10 log Pt+ 10 log ( PRF ) + Gt+ Gr (32,44 + 20 log ( f R ) + OTR PG (1) donde: Pt: potencia de cresta del transmisor del sensor a bordo del vehculo espacial (W) : anchura del impulso del sensor a bordo del vehculo espacial (s) PRF : frecuencia d

13、e repeticin del impulso del sensor a bordo del vehculo espacial (Hz) Gt: ganancia de antena del sensor a bordo del vehculo espacial hacia el radar terrenal (dBi) Gr: ganancia de antena del radar terrenal hacia el sensor a bordo del vehculo espacial (dBi) f : frecuencia (MHz) R : distancia oblicua en

14、tre sensor y radar (km) OTR : rechazo en sintona del receptor del radar (dB) PG : ganancia de procesamiento (dB), rechazo de seales no deseadas debido al procesamiento de la seal del receptor de radar (si no se conoce, se supone que su valor es 0). La ecuacin (1) proporciona el nivel de potencia med

15、io de la seal interferente. ste se utiliza cuando puede determinarse que su utilizacin es adecuada. (Por ejemplo, un radar que produce una transformada rpida de Fourier en la seal recibida provocar la borrosidad de la seal pulsante dismil a travs de un cierto nmero de impulsos, dando como resultado

16、un nivel medio de la seal interferente.) El trmino rechazo en sintona se calcula del modo siguiente: OTR = 10 log (Br /Bt ) para Br Bt(2a) = 0 para Br Bt (2b) donde: Br: anchura de banda del receptor Bt: anchura de banda de la seal interferente transmitida. Si el valor de cresta de la seal interfere

17、nte es importante, se debe omitir el segundo trmino de la ecuacin (1), y el rechazo en sintona se calcula como sigue: Impulso de la seal de entrada sin modulacin de frecuencia: OTR = 20 log ( Br ) para Br 1 (3b) Rec. UIT-R RS.1280 3 Impulso de la seal de entrada con modulacin de frecuencia: OTRBBBBr

18、crc=01para2BBrc(4b) donde: Br: anchura de banda de la frecuencia intermedia (FI) del radar terrenal Bc: anchura de banda de la seal de chirrido del sensor a bordo del vehculo espacial : anchura del impulso del sensor. 3 Criterios de interferencia aplicables a radares terrenales Los criterios de inte

19、rferencia generales aplicables a radares terrenales se han postulado sobre la base de un trabajo preliminar del Grupo de Trabajo Mixto 7-8R; si existen, deben utilizarse criterios especficos para determinados sistemas o bandas de frecuencias. 3.1 Radares de vigilancia Se supone que la relacin seal/r

20、uido recibida de los radares de vigilancia no puede estar degradada en ms de 0,5 dB en un tiempo mayor al tiempo de exploracin, tomado en 10 s. Esto equivale a una relacin de potencia interferencia/ruido de 9 dB en la etapa de FI del receptor. En el caso de los radares de vigilancia, el nivel de pot

21、encia medio de la seal interferente se considera importante. 3.2 Radares de seguimiento Los radares de seguimiento suelen utilizar ventanas de distancia para excluir todos los retornos distintos a los de determinadas distancias de inters. Una consideracin importante al determinar la susceptibilidad

22、de un radar de seguimiento a un tren de impulsos interferentes es la fraccin de impulsos interferentes que coinciden con las ventanas de distancia. La coincidencia de los impulsos interferentes con las ventanas de distancia depender de que las frecuencias de repeticin de impulsos deseadas y no desea

23、das estn relacionadas (Caso I) o no (Caso II) con mltiplos enteros. La fraccin de impulsos coincidentes, fc, se calcula como sigue: ( )fGCF PRF PRFPRFcigg=,para el Caso I (5a) ( )fPRFcigi=+ para el Caso II (5b) donde: PRFi: frecuencia de repeticin del impulso interferente PRFg: frecuencia de repetic

24、in de la ventana GCF ( PRFi, PRFg) : factor comn mayor de PRFiy PRFgi: anchura del impulso interferente g: anchura de la ventana. Obsrvese que cuando i gy las PRF deseadas y no deseadas no estn relacionadas con mltiplos enteros (Caso II), fces aproximadamente el ciclo de trabajo de los impulsos inte

25、rferentes. Se considera que esta situacin corresponde al caso tpico, y se utiliza en la siguiente determinacin del umbral de degradacin para un radar de seguimiento. 4 Rec. UIT-R RS.1280 Para obtener datos de posicin sumamente precisos sobre objetos de inters, los radares de seguimiento utilizan ant

26、enas de ganancia alta con haces principales estrechos y bien definidos. Un servomecanismo intenta mantener el eje de puntera del haz principal de antena en el blanco; el servomecanismo es impulsado por una seal de error generada por el error de ngulo entre el blanco y el eje de puntera de la antena.

27、 Las seales no deseadas que entran en el radar pueden aumentar este error sistemtico. Un umbral de degradacin para un radar de seguimiento, expresado como una fraccin permitida de impulsos interferentes coincidentes, fc, en funcin de la relacin seal/interferencia en la seal de salida FI, se expresa

28、como: faBSIcr=219011(/ )para S/I 1 (6a) faBIScr=219011(/ )para S/I 45 Horizontal (azimut) Gh(h) = 0,0 19,6(h )2Gh(h) = 24,5 0,47 hGh(h) = 30,5 0 12,7 Diagrama del haz G() = Gv(v) + Gh(h), 11 mx Diagrama Ganancia G() (dBi) en funcin del ngulo fuera del nadir (grados) Gama angular Elevacin Gel(el) = 3

29、9,7 0,397(el)2Gel(el) = 19,7 Gel(el) = 4,7 Gel(el) = 17,7 0 3,9 Diagrama del haz G () = Gel(el) + Gaz(az), 8 mx 6 Rec. UIT-R RS.1280 CUADRO 4 Diagrama de ganancia de antena del radar de abertura sinttica a bordo del vehculo espacial a 5 300 MHz CUADRO 5 Diagrama de ganancia de antena del radar de ab

30、ertura sinttica a bordo del vehculo espacial a 8 600 y 9 650 MHz 4.1.2 Radares terrenales En los clculos para los radares de vigilancia se utiliza un nivel de lbulo lateral de 5,38 dBi (que corresponde a la ganancia mnima para un diagrama de antena de ganancia de 38 dBi) ya que las conjunciones del

31、haz principal son raras y muy breves debido a sus caractersticas de exploracin. El acoplamiento del haz principal es ms probable en el caso de los radares de seguimiento, que pueden apuntar en una direccin especfica durante largos periodos; para los radares de seguimiento se utiliza un diagrama de a

32、ntena parablica de alta ganancia (47 dBi). Para ambos casos, se supone una anchura de banda de FI de 1 MHz y un factor de ruido de 5 dB. 4.2 Mtodo de anlisis y resultados Se efectu una simulacin de 1 500 rbitas del sensor a bordo del vehculo espacial. En la Fig. 2 se indica el evento de seguimiento

33、repetido durante toda la simulacin supuesto para los radares de seguimiento (banda C y banda X). (Se utiliza un blanco con una seccin transversal de radar de 5 dB/m2.) Se calcul la seal no deseada recibida durante todo el periodo simulado, y se compar con los criterios. Se supuso que la ganancia de

34、procesamiento, definida en la ecuacin (1), era igual a 0. Si se excedan los criterios, se iniciaba un nuevo ciclo de simulacin con una reduccin incremental en la potencia de la seal no deseada recibida. Esto se repiti hasta que no se excedieran los criterios. En las Figs. 3 a 6 siguientes se muestra

35、n los resultados para el sensor del Cuadro 1. Diagrama Ganancia G() (dBi) en funcin del ngulo fuera del eje (grados) Gama angular Vertical (elevacin) Gv(v) = 42,7 0,478(v)2Gv(v) = 40,1 1,0 vGv(v) = 5 0 45 Horizontal (azimut) Gh(h) = 0,0 442(h)2Gh(h) = 25,0 2,2 hGh(h) = 31 0 2,7 Diagrama del haz G()

36、= Gv(v) + Gh(h), 5 mx Diagrama Ganancia G() (dBi) en funcin del ngulo fuera del eje (grados) Gama angular Vertical (elevacin) Gv(v ) = 44,0 0,397(v )2Gv(v ) = 24,5 Gv(v ) = 9,5 Gv(v ) = 22,5 v60 Horizontal (azimut) Gh(h ) = 0 612,2(h )2Gh(h ) = 12 Gh(h ) = 0 27,0 dB (h ) Gh(h ) = 35 h1,3 Diagrama de

37、l haz G() = Gv(v ) + Gh(h ), 3 mn Rec. UIT-R RS.1280 7 1280-020 100 200 300 400 500 6000100200300400Tiempo (s)ngulo acimutal (grados)ngulo de elevacin (grados)Alcance (km)VaselaleyendaFIGURA 2Evento de seguimiento supuesto para el radar de seguimiento terrenalFIGURE 1280-02 = 10 CM 1280-032001000051

38、0Disminucin de la seal no deseada (dB)Cantidadde vecesque seexcedeelcriterioFIGURA 3Radar en banda L (1 240 MHz)FIGURE 1280-03 = 7 CM 8 Rec. UIT-R RS.1280 1280-044020001020Disminucin de la seal no deseada (dB)Cantidadde vecesque seexcedeelcriterioFIGURA 4Radar en banda S (3 200 MHz)FIGURE 1280-04 =

39、7 CM 1280-0501020500100Disminucin de la seal no deseada (dB)Cantidadde vecesque seexcedeelcriterioFIGURA 5Radar en banda C (5 300 MHz)FIGURE 1280-05 = 7 CM 1280-0601020050100Disminucin de la seal no deseada (dB)Cantidadde vecesque seexcedeelcriterioFIGURA 6Radar en banda X (8 600 MHz)FIGURE 1280-06

40、= 7 CM Rec. UIT-R RS.1280 9 5 Discusin de los resultados sobre el anlisis del ejemplo Segn las Figs. 2 a 6, puede comprobarse que, independientemente de que se hayan considerado radares de seguimiento o radares de vigilancia, el sensor del Cuadro 1 puede causar un nmero significativo de eventos de i

41、nterferencias. Sin embargo, una disminucin en el nivel de potencia de la seal no deseada recibida por los radares terrenales puede mejorar en forma espectacular la situacin. Una reduccin de alrededor de 13 y 20 dB, para los radares de vigilancia y de seguimiento, respectivamente, puede reducir los p

42、osibles eventos de interferencias a un nmero suficientemente pequeo que probablemente resulte aceptable. 6 Procedimiento para utilizar la metodologa Durante las etapas de diseo debe examinarse la potencia de cresta o potencia media de un sensor activo a bordo de un vehculo espacial. Si no est por de

43、bajo de la gama de 13 a 20 dB del sensor del ejemplo del Cuadro 1, es posible (vase la Nota 1) que cause una interferencia inaceptable en un radar terrenal de vigilancia o seguimiento, respectivamente. Pueden examinarse las ecuaciones (1) a (4) para determinar los parmetros que pueden ajustarse pote

44、ncialmente durante el diseo del sensor a bordo del vehculo espacial, a fin de mejorar la comparticin con los radares terrenales. La potencia del transmisor, la ganancia de antena (en particular, los niveles del lbulo lateral), la anchura del impulso y la frecuencia de repeticin, as como la anchura d

45、e banda de la seal de chirrido son parmetros cuyo ajuste es posible. NOTA 1 Cuando se analiza la compatibilidad entre un sensor a bordo de un vehculo espacial y un determinado radar terrenal, debe considerarse si existe, la ganancia de procesamiento del radar terrenal ya que el anlisis supone que no

46、 haba ninguno. Esta suposicin es vlida para el caso general ya que no todos los radares tienen ganancia de procesamiento. Si todos los radares situados dentro de una banda tienen la misma ganancia de procesamiento ser necesario determinar un solo valor. Considrense, por ejemplo, dos radares que func

47、ionan en 9 500-9 800 MHz: un radar de seguimiento con una anchura de banda de FI de 1 MHz (radar 1), un radar de avin para interceptacin con una anchura de banda FI de 5 MHz (radar 2). Si el sensor a bordo del vehculo espacial del Cuadro 1 puede funcionar con una anchura de impulso y una anchura de

48、banda de la seal de chirrido distintas como en el Cuadro 6, puede lograrse una reduccin significativa en el nivel de potencia de la seal no deseada. La reduccin en el nivel de potencia de la seal no deseada obtenida en este ejemplo es del orden de la reduccin necesaria para alcanzar la situacin de comparticin mejorada deseada. CUADRO 6 Ejemplo de reduccin en la potencia del sensor de la seal no deseada recibida, a travs de cambios en la anchura de impulso del sensor y la anchura de banda de la s