ITU-R RS 577-7 SPANISH-2009 Frequency bands and required bandwidths used for spaceborne active sensors operating in the Earth exploration-satellite (active) and space research (act.pdf

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1、 Rec. UIT-R RS.577-7 1 RECOMENDACIN UIT-R RS.577-7 Bandas de frecuencias y anchuras de banda requeridas utilizadas para la deteccin activa desde vehculos espaciales que funcionan en los servicios de exploracin de la Tierra por satlite (activo) y de investigacin espacial (activo) (1982-1986-1990-1994

2、-1995-1997-2006-2009) Cometido En la presente Recomendacin se indican las frecuencias y anchuras de banda para cinco tipos bsicos de sensores activos situados en vehculos espaciales. Aunque el anlisis que figura en el Anexo 1 se centra principalmente en la observacin de la Tierra, se considera en ge

3、neral que las tcnicas de medicin son igualmente vlidas en otros planetas. Por consiguiente, esta Recomendacin abarca tanto el servicio de exploracin de la Tierra por satlite (activo) como el servicio de investigacin espacial (activo). La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que

4、 los sensores activos de microondas situados a bordo de vehculos espaciales pueden proporcionar informacin nica sobre las propiedades fsicas de la Tierra y otros planetas; b) que la obtencin de datos sobre las diferentes propiedades fsicas requiere el uso de frecuencias distintas; c) que la resoluci

5、n espacial de las mediciones determina la anchura de banda requerida; d) que suele ser preciso efectuar mediciones simultneas en varias frecuencias para distinguir las diferentes propiedades; e) que por lo general es posible la comparticin entre los sensores activos de microondas situados a bordo de

6、 vehculos espaciales que funcionan en los servicios de exploracin de la Tierra por satlite (activo) y de investigacin espacial (activo) y los radares terrenales que funcionan en el servicio de radiolocalizacin, recomienda 1 que las frecuencias y anchuras de banda requeridas para la deteccin activa d

7、esde vehculos espaciales se determinen de conformidad con el Anexo 1; 2 que se utilicen las bandas de frecuencias y las anchuras de banda indicadas en el Cuadro 1 para efectuar mediciones de la superficie de la Tierra por medio de sensores activos relativas a: humedad del suelo, cartografa de la veg

8、etacin, distribucin, profundidad y contenido acuoso de la nieve, cartografa geolgica, cartografa del aprovechamiento del terreno, 2 Rec. UIT-R RS.577-7 lmites, profundidad, tipo y edad de los hielos, estructura de las olas ocenicas, velocidad y direccin de los vientos ocenicos, cartografa de la circ

9、ulacin ocenica (corrientes y remolinos), derramamiento de petrleo, cartografa geodsica, ndices de intensidad de lluvia, altura y extensin de las nubes, presin en la superficie, medicin de biomasa en bosques tropicales, etc. CUADRO 1 Anchuras de banda de aplicacin Banda de frecuencias atribuidas en e

10、l Artculo 5 del Reglamento de Radiocomunicaciones Dispersmetros AltmetrosSensores de imgenes Radares de precipitacin Radares de perfil de nubes 432-438 MHz 6 MHz 1 215-1 300 MHz 5-500 kHz 20-85 MHz 3 100-3 300 MHz 200 MHz 20-200 MHz 5 250-5 570 MHz 5-500 kHz 320 MHz 20-320 MHz 8 550-8 650 MHz 5-500

11、kHz 100 MHz 20-100 MHz 9 300-9 900 MHz(1)5-500 kHz 300 MHz 20-600 MHz 13,25-13,75 GHz 5-500 kHz 500 MHz 0,6-14 MHz 17,2-17,3 GHz 5-500 kHz 0,6-14 MHz 24,05-24,25 GHz 0,6-14 MHz 35,5-36 GHz 5-500 kHz 500 MHz 0,6-14 MHz 78-79 GHz 0,3-10 MHz 94-94,1 GHz 0,3-10 MHz 133,5-134 GHz 0,3-10 MHz 237,9-238 GHz

12、 0,3-10 MHz (1) Vase las decisiones pertinentes de la CMR-07. Rec. UIT-R RS.577-7 3 Anexo 1 Factores relacionados con la determinacin de bandas de frecuencias y anchuras de banda requeridas utilizadas para la deteccin activa desde vehculos espaciales 1 Introduccin Los sensores activos se diferencian

13、 de los pasivos en que iluminan el objeto observado y responden a la energa reflejada por l. Hay 5 tipos bsicos de sensores activos: dispersmetros, altmetros, sensores de imgenes (radares de apertura sinttica), radares de precipitacin, radares de perfil de nubes. Los dispersmetros de radar permiten

14、determinar las irregularidades de grandes objetos. Cuando funciona a frecuencias superiores a 300 MHz, el dispersmetro mide la retrodispersin causada por la irregularidad de la superficie, que es clasificada en amplias categoras, desde la lisa a la muy accidentada. En frecuencias prximas a 200 MHz,

15、la reflectividad depende de la constante dielctrica del objeto; en frecuencias inferiores, la reflectividad depende principalmente de la conductividad elctrica. Estas frecuencias inferiores pueden utilizarse para penetrar bajo la superficie de la Tierra con objeto de detectar estructuras del subsuel

16、o. El altmetro de radar ofrece tres posibles conceptos de aplicacin en sistemas prcticos. Uno de ellos se basa en la utilizacin de un haz muy estrecho (2 mrad) y en la transmisin de un impulso muy corto (2 ns). La medicin del tiempo de ida y retorno del borde anterior del impulso transmitido proporc

17、iona datos relativos a la altitud. Una tcnica similar es la de compresin de los impulsos. Un impulso de corta duracin genera un impulso ms largo modulado en frecuencia; el impulso devuelto, que tiene una anchura de banda grande, se comprime de nuevo en un impulso corto, del que se detecta su borde a

18、nterior. La tercera tcnica requiere antenas de tamaos moderados y una cierta estabilizacin del vehculo espacial, obtenindose el impulso radrico desde el punto del nadir mediante una tcnica de puerta de tiempo. Para obtener con este sistema informacin sobre la altitud, se mide el baricentro de la pri

19、mera porcin de la onda radrica en vez del borde anterior de un impulso muy corto. Los sistemas reproductores de imgenes por radar se emplean para producir las imgenes de alta resolucin que necesitan los usuarios en los campos de la geologa, la oceanografa y la agricultura. A fin de obtener una resol

20、ucin razonable desde el espacio, se utilizarn radares de abertura sinttica para muchas aplicaciones, ya que su resolucin es independiente de la distancia. En el campo de la exploracin meteorolgica, se pueden utilizar asimismo radares de efecto Doppler. Hay que conocer las distribuciones mundiales de

21、 lluvia y nubes para comprender y predecir el cambio del clima mundial. Los sensores de microondas tienen una ventaja evidente con respecto a los sensores en la regin visible/infrarroja porque tienen la capacidad de penetrar la cobertura de nubes, proporcionando as informacin directa del volumen de

22、lluvia y nubes. Los sensores activos son especialmente importantes porque son los nicos instrumentos que proporcionan estructuras verticales de la lluvia y las nubes, y por consiguiente son esenciales para estudiar la circulacin atmosfrica y el presupuesto de radiacin en gran escala. Adems, los sens

23、ores activos pueden 4 Rec. UIT-R RS.577-7 proporcionar informacin cuantitativa sobre la lluvia y las nubes con independencia de las propiedades de las emisiones de microondas de las superficies del medio. La teledeteccin activa en la regin de las microondas ofrece varias ventajas sobre los sensores

24、de la regin visible y los sensores de microondas pasivos. Adems de ser particularmente sensible a diversas variables del suelo, el ocano y la atmsfera (por ejemplo, la humedad de las plantas y la altura de las nubes), la deteccin activa, por ejemplo, penetra en la superficie y la vegetacin, funciona

25、 independientemente de las condiciones meteorolgicas y tanto de da como de noche, ofrece una alta resolucin espacial (radar de apertura sinttica), permite poner de relieve ciertas caractersticas cambiando el ngulo de iluminacin y funciona en gamas espectrales amplias independientemente de las emisio

26、nes procedentes de fenmenos de banda estrecha. Los sensores activos iluminan el objeto observado y reaccionan a la energa reflejada. A fin de recoger desde el espacio informacin sobre la superficie de la Tierra, la seal transmitida debe atravesar la atmsfera dos veces. En consecuencia, las propiedad

27、es de absorcin y dispersin electromagnticas de la atmsfera desempean un papel importante en la determinacin de las regiones espectrales adecuadas para los sensores activos que han de funcionar a distancia. La atenuacin atmosfrica slo es grande a las longitudes de onda ms cortas y, por esta razn, los

28、 sensores activos suelen funcionar por debajo de la regin de absorcin del oxgeno en 60 GHz y evitan tambin la regin espectral cerca de la raya del vapor de agua en 22 GHz. La dispersin electromagntica debida a las precipitaciones y a las nubes puede presentar problemas ms importantes que el de la ab

29、sorcin atmosfrica. Los ecos producidos por las gotitas de agua aumentan con el dimetro de las mismas y disminuyen a medida que aumenta la longitud de onda. Por consiguiente, las nubes producen escaso eco para longitudes de ondas ms largas, pero las precipitaciones pueden producir mayores ecos debido

30、 al mayor dimetro de las gotas de lluvia. A continuacin se presentan diversos aspectos sobre la investigacin de los sensores activos, especialmente por lo que se refiere a la eleccin de frecuencias para medir variables relacionadas con la Tierra desde una plataforma situada en el espacio. Debe seala

31、rse, al determinar las frecuencias ptimas que, a causa de la amplia gama de respuestas de frecuencia de los fenmenos de inters, es a menudo necesario efectuar mediciones simultneas en varias frecuencias de manera que puedan distinguirse los ecos de radar procedentes de diferentes fuentes. La cantida

32、d de eco de radar devuelto por cualquier superficie es funcin de la frecuencia del radar, de la irregularidad de la superficie, de sus propiedades dielctricas, del ngulo de incidencia y del aspecto, y de la microestructura del subsuelo. En cada una de las aplicaciones enumeradas, la energa reflejada

33、 que vuelve al sensor del radar se ve fuertemente afectada por lo menos por un mecanismo de retrodispersin relacionado con el fenmeno medido. En general se estima que se trata de: la fragosidad ocenica (utilizada en el estudio de la estructura ocenica y los vientos que soplan sobre las superficies d

34、el mar); la absorcin del O2(utilizada para determinar la presin en la superficie sobre los ocanos), y las irregularidades y variaciones de la constante dielctrica de la superficie (utilizadas en estudios de los parmetros de los hielos, la nieve y la tierra). 2 Estudios del ocano y de los vientos oce

35、nicos mediante sensores activos En los estudios ocenicos que se realizan mediante sensores activos predominan la identificacin de la estructura de las olas, la medicin del viento sobre la superficie del mar y las investigaciones de las corrientes ocenicas. Generalmente, la energa de microondas refle

36、jada procede de la fragosidad del ocano; concretamente, el eco del radar es funcin de los efectos de difraccin producidos tanto por las grandes olas como por las pequeas ondulaciones capilares de tensin de la superficie que se desplazan sobre las grandes olas y la espuma. La cantidad de radiacin ref

37、lejada debida a cada uno Rec. UIT-R RS.577-7 5 de esos efectos observados por un sensor activo depende del estado del mar y de la tcnica de medicin activa que se utilice. Los trabajos a varias frecuencias en la gama 3-30 GHz han demostrado que predominan los efectos de las grandes olas cuando la inc

38、idencia es casi normal, y los de las olas capilares a ngulos de incidencia superiores a 20. Por lo tanto, para detectar la fragosidad del mar (que es funcin de las pequeas ondulaciones, muy dependientes de la brisa) y el tamao y la direccin de las olas grandes de larga duracin (estructura aproximada

39、 del mar), se utiliza un concepto con dos componentes. En el estudio de los vientos de superficie del ocano (importantes para los modelos de prediccin meteorolgica), el principio subyacente es que la fragosidad del ocano es un indicador a partir del cual se pueden producir las variables del viento,

40、puesto que los pequeos elementos de irregularidad a travs de los cuales se transmite el impulso del viento al ocano estn, por lo menos, en cuasi equilibrio con el viento. Utilizando frecuencias, polarizaciones y ngulos de incidencia variables, los investigadores pueden obtener detalles del viento en

41、 la superficie del ocano, la altura significativa de las olas y los valores de inclinacin cuadrtica media de las olas, un logro que va ms all de las capacidades de la deteccin pasiva. Los experimentos han demostrado que a frecuencias prximas a 14 GHz se obtiene una buena sensibilidad a la velocidad

42、del viento, y que dicha sensibilidad se reduce a 1,3 GHz. Los radares de apertura sinttica han dado resultados prometedores en la medicin de la estructura ocenica aproximada (altura significativa media de las olas). En un diseo se emplean cuatro bandas de frecuencias en la gama 1 a 10 GHz y tres pol

43、arizaciones con posibilidades de medicin con barrido amplio y ngulos de incidencia mltiples. Las manchas de petrleo en el ocano eliminan las olas ocenicas de corta onda y, por lo tanto, la zona manchada puede distinguirse de la superficie limpia circundante utilizando radares de microondas para form

44、ar imgenes. Los altmetros se han utilizado con xito en cierto nmero de satlites sobre los ocanos del mundo. Para los estudios oceanogrficos, se necesita un sistema de altimetra con una precisin global de medicin de la distancia superior a 2 cm. Para lograr esta precisin de 2 cm, ser necesario suprim

45、ir los errores de medicin de distancia debidos al contenido de electrones en la ionosfera, que causa errores de hasta 22 cm a 13,5 GHz. Un sistema de altimetra de dos frecuencias podra eliminar esta incertidumbre de distancia debida a la ionosfera. Asimismo, un sistema de altimetra de dos frecuencia

46、s podra proporcionar mediciones precisas de franjas continuas de contenido de electrones en la ionosfera, mediciones que no son posibles hoy da sobre amplias zonas de los ocanos de la Tierra. Una regin del espectro separada ms de una octava de la banda 13,25-13,75 GHz sera una eleccin adecuada para

47、la segunda frecuencia del altmetro. La segunda frecuencia podra situarse en unos 5 GHz, con la frecuencia principal en las proximidades de 14 GHz. A ms largo plazo, tambin se utilizarn frecuencias ms elevadas, cercanas a 35 GHz. Por consiguiente, puede decirse que el uso de varias frecuencias ha res

48、ultado adecuado para la teledeteccin activa de la estructura de las olas ocenicas. Debido al rango dinmico de los vientos de alta velocidad y a la relativa ausencia de efectos atmosfricos, la tecnologa de la medida de la velocidad de los vientos converge en la regin de 10 a 15 GHz. 3 Deteccin activa de las superficies cubiertas de hielo Las investigaciones indican que las siguientes variables del hielo pueden ser objeto, en distinto grado, de teledeteccin activa por microondas; el tipo de hielo (joven, viejo, etc.), la irregularidad de su superficie, la concentra