No fue hasta los 90 que los radares meteorológicos pasaron a estar completamente informatizados «de nacimiento”, es decir que la digitalización y la informática pasaron a ocupar un lugar determinante e indispensable dentro del radar y no una adición auxiliar como era en los radares de los años 70 y 80. Fue tan grande el impacto que solo los fabricantes que dominan completamente los aspectos informáticos son los únicos capaces de producir por sí mismos todos los módulos de un radar meteorológico. Hoy en día muchos grupos, empresas o instituciones son capaces de ensamblar un transmisor, un receptor y una antena con sus órganos de accionamiento; pero solo una élite, de no más de 10 instituciones, producen el hardware y el software necesarios para completar un radar, acorde con los requerimientos “IoT e Industria 4.0” que exige la modernidad. El Laboratorio de Desarrollo Técnico (LADETEC) está orgullosamente entre ellos. Desglosemos cuáles, concretamente, son los sujetos de la informatización del radar y cómo se organizan estos en la informática aplicada al radar.
Aspectos del radar en los que se usa la informática
La informática se emplea en los radares meteorológicos en cuatro grupos de aplicaciones: Control del Radar, Adquisición y procesamiento de las señales, Procesamiento de los datos y Análisis de la información. A continuación paso a explicarlos.
Control del radar
El primer aspecto es el control del radar. Prácticamente todo el mundo domina cómo usar un SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) propietario o de propósito general para controlar un radar. Esto significa: encender y apagar todos y cada uno de los módulos que componen el radar y chequear todos sus parámetros para garantizar la calidad del funcionamiento del radar. Lo convencional es controlar transmisor, receptor y accionamiento de la antena; pero las facilidades actuales permiten controlar, además, el suministro eléctrico y los aspectos ambientales (temperatura y humedad) que garantizan la climatización del local donde se ubica el radar. El chequeo de parámetros y la validación contra los límites de tolerancia se ejecuta por medio de un módulo denominado generalmente BITE (Built In Test Equipment). BITE y SCADA permiten el control automático y remoto (en la modernidad, desde Internet) de todo el equipo de radar, generan bitácoras para el registro de averías y envían mensajes de alerta ante fallos en el funcionamiento.
Adquisición y procesamiento de señales
El segundo aspecto importante es la adquisición y procesamiento de las señales, conocido también como procesamiento primario. A diferencia del aspecto anterior, este es dominado solo por una pocas firmas e instituciones en el mundo. Hoy en día la digitalización comienza en la señal de frecuencia intermedia, por tanto, una parte de las funciones del receptor se ejecuta digitalmente. Esta parte recibe el nombre de demodulación, que en el caso de los radares Doppler (y ya todos lo son) se llama demodulación sincrónica. La demodulación sincrónica permite obtener la amplitud y la fase de la señal recibida (con respecto a la fase de la señal transmitida) en cada instante. A partir de esta información, el procesador de señales calcula los parámetros básicos (Reflectividad, Velocidad radial y Ancho espectral de velocidades radiales) para cada polaridad, más los parámetros polarimétricos (usando la información cruzada de las polaridades horizontal y vertical).
El sistema de adquisición organiza esta información en celdas, sectores, revoluciones (vueltas de la antena en el plano horizontal) y observaciones completas. El procesamiento primario se encarga pues, de convertir las señales eléctricas recibidas en datos, generalmente, georreferenciados en coordenadas esféricas (distancia, acimut, elevación y tiempo). La adquisición de los datos se efectúa moviendo la antena en el plano horizontal (acimutal) a velocidad constante en un ángulo de elevación de la antena fijo (en el plano vertical). Al terminar cada vuelta horizontal completa, se eleva la antena en la vertical y se repite el proceso. Así tantas veces como se necesite para explorar toda la troposfera. Generalmente el ángulo superior no pasa de 25-30 grados con respecto al horizonte, comenzando en 0.5 grados. Los archivos de datos primarios correspondientes a una observación completa se guardan en el sitio y se transmiten a usuarios remotos. Este proceso de adquisición requiere de un tiempo total que varía entre 5 y 15 minutos (dependiendo de la velocidad de rotación de la antena y la cantidad de rotaciones que se realicen para barrer toda la atmósfera.
Procesamiento de los datos
El tercer aspecto sujeto a la informatización es el procesamiento de los datos o procesamiento secundario. Este procesamiento se encarga de recibir los datos (organizados en archivos que contienen una observación completa) y convertirlos en productos de utilidad práctica para los meteorólogos. Generalmente, los productos, que son matrices de datos, se convierten a imágenes para que el usuario final pueda visualizar de forma rápida su contenido. Así pues, en este aspecto hay dos tareas bien diferenciadas; pero que comúnmente se ejecutan en un mismo software: el generador de productos y el generador y visualizador de imágenes. Los productos son básicamente emitidos en coordenadas cartesianas, que son más comprensibles para los humanos que las coordenadas polares del dato original. El generador de productos se encarga también de georreferenciar la información y proyectarla sobre un mapa con información geográfica diversa, según las necesidades del usuario. A partir de los productos se generan imágenes que pueden ser visualizadas en una aplicación de escritorio o en una aplicación web. El generador de imágenes se encarga de presentar los datos numéricos que vienen en el producto en una imagen a color. Cada pixel de la imagen se representa usando una paleta de colores que puede ser muy diversa, según las necesidades y gustos del usuario. Dentro de la aplicación de escritorio, las imágenes pueden ser exploradas de forma interactiva. En la web, la interacción es generalmente limitada a las funciones de zoom y pan.
Análisis de la información de radar
El cuarto aspecto en el que se usa la información de radar es en el análisis meteorológico usando datos de radar y otras informaciones generales que permiten identificar y describir el comportamiento de los fenómenos meteorológicos que están siendo captados por el radar y, eventualmente, hacer un pronóstico inmediato con esta información.
Cuatro capas, un solo sistema
Control del radar, adquisición y procesamiento de señales, procesamiento de datos y análisis de la información no son compartimentos estancos. Son cuatro capas de una misma arquitectura: sin control no hay operación confiable; sin adquisición no hay dato; sin procesamiento secundario no hay producto útil; y sin análisis no hay valor meteorológico. La cadena se rompe por su eslabón más débil.
Ahí está la diferencia entre ensamblar un radar y fabricarlo por completo (llave en mano). Muchos pueden integrar un transmisor, un receptor y una antena; muy pocos dominan el software y el hardware que hacen conversar esas cuatro capas con los requerimientos de IoT e Industria 4.0.
LADETEC está entre estos últimos: no porque tenga una pieza aislada, sino porque cubre el ciclo completo de la informatización del radar. Puede localizarnos aquí.
A continuación les dejo algunos otros trabajos relacionados con los aspectos informáticos.
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