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O Radar Meteorológico
Demilson Quintão
PY2UEP
Bauru, 2014
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Previsão Meteorológica
1-Climática: indica tendência das estações em escalas regionais, continentais, globais.
2-Previsão Meteorológica „comum“: prevê as variáveis PTU, Vento, Precipitações, etc.
3-“Nowcasting“: essencialmente precipitações
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Será que vai chover?
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Será que vai chover?
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Será?
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Será que vai chover?→ Onde?
→ Quando?→ Quanto?
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Utilidade:
● Defesa Civil● Agricultura● Turismo● Operações
Marítmas / Fluviais / Rodoviárias / Aéreas
● Lazer
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Pluviômetro
● Mede a chuva em termos de mm:– Altura da lâmina d´água que se forma em uma
superfície plana durante precipitação de água líquida.
– Totalizações: diárias (24h), mensal
● Acumulativo, caçamba, eletro-acústicos e óticos (disdrômetros).
● Só mede no local onde está instalado.
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Radar Meteorológico
● Mede a chuva em „Z“ (uma equação „transforma“ em mm)– Instantânea, várias leituras por hora (IPMet=8)
– Software pode acumular por regiões (bacias)
● Doppler, polarimétrico.● Grande área de cobertura: raio de até
450km (IPMet).
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RADAR
● RADAR: RAdio Detection And Ranging
● LIDAR: Light
● SONAR: Sound
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Princípio de funcionamento:● Morcego (SONAR):
– Pulsos (Ultrassom)
● Distância Alvo (R):
v=xt⇒ x=t⋅v⇒ R=
t2⋅v som
Noradar :R=t2⋅c ,onde c=veloc. da Luz
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Princípio de Funcionamento:
● O RADAR emite um pulso de „rádio“ de curta duração ao mesmo tempo que dispara um cronômetro.
● O pulso se propaga afastando da antena e ao encontrar algum objeto, parte da energia transmitida é refletida de volta à antena.
● O receptor detecta o „eco“ e o sistema processamento mede o tempo decorrido e demais características do pulso emitido.
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Princípio de Funcionamento● O radar meteorológico mede:
– a intensidade do eco que retorna (Pr): refletividade (dBZ) que varia em função da intensidade da precipitação.
– A fase do sinal do „eco“ com relação ao pulso enviado.
Pr
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Sistema de coordenadas
● Polar (3D): – Distância (R)
– Ângulos Az e El● Az = azimute: Norte
geográfico = 0°, sentido horário.
– De 0° a 360°● El = elevação:
horizonte = 0°.– De 0° a 90° (zênite)
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Propagação do sinal
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Altura do feixe
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O dB (Decibel)
● Múltiplo/Submúltiplo● Logarítmico● Para expressar
potência:– dBm = dBmW
–
● Exemplos:
-10dBm = 0,1mW
-3dBm = 0,5mW
0dBm = 1mW
3dBm = 2mW
10dBm = 10mW
PdB=10⋅log(PP0
)⇔P=10PdB10⋅P0
P0=1mW
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Sistema de Radar
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Antena
● Concentrar a potência do sinal a ser transmitido/recebido numa direção.
● Parabólica, 4m, fechada, em 2.8GHz:– Ganho: ~37dB (5000)– Largura do feixe (-3dB): 2°
● Pedestal: movimentar a antena (30°/s) e fornecer o posicionamento ( elevação e azimute ).
● Radome: proteger o sistema mecânico da ação do vento.
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Antena
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Guia de Onda
● Linha de transmissão● Baixa perda: ~3dB/100m● Guias flexiveis, juntas rotativas.
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Guia de Onda
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Ciclo de Trabalho (dc)
● Relação entre o período e o estado „ativado“ de um sinal (ou dispositivo).
● Potência média: é a relação entre a potência de pico e o ciclo de trabalho.
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Transmissor
● Produzir pulsos de alta frequencia e potência.– Bandas S (2,8GHz), C (5,6GHz) e X (11,2GHz)
● Magnetron: osciladora de potência● Características:
– ciclo de trabalho: 0,0005– Larguras do pulso (pw):
● 0,8us (625Hz) e 2us (250Hz)
– Potência: ● Pico: 500kW (87dBm) Média: 250W (54dBm)
– Alimentação: ~30kV
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Transmissor
● Pulsado:– PRF: frequência de repetição de pulso.
– PRT: tempo de repetição de pulso.
– Resolução em distância: pw
● Distância não ambígua:
Rmáx=(PRT− pw)
2.c
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Receptor
● Alta sensibilidade: MDS ~ -113dBm● Faixa dinâmica: 90dB (sinal max: ~ -23dBm)● Recebe o sinal de 2,8GHz e mistura com um
sinal de 2,830GHz resultando numa „FI“ de 30MHz.
● Também recebe um sinal de amostra da transmissão.
● Digitaliza o sinal de 30MHz (IFD)– >>>> É um SDR!!! <<<<
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Receptor
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Circulador / Limitador T-R
● Circulador: uma única antena para a transmissão e recepção
● T-R Limiter: isolar o receptor no momento da transmissão do pulso.
● Acessório: acoplador bidirecional para medição da potência emitida e da refletida.
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Processamento de Sinais
● Os sinais recebidos e digitalizados são tratados.
● A intensidade dos sinais é corrigida para compensar a distância.
● A frequência dos „ecos“ é comparada com a frequencia dos pulsos transmitidos.
● Os dados são convertidos em imagens.
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Processamento de Sinais
1000μ s2
⋅3 x108m /s=150km
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Calibração
Z=∫Dmin
Dmáx
D6 .N (D).dD
Z 0=1mm6m−3
⇒dBZ=log (Z )
dBZ=P r+20log (r )+C
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Calibração
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Produtos do Radar
● PPI
● CAPPI
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Produtos de Radar
● PPI: Plan Position Indicator● CA PPI: Constant Altitude PPI● Online:
– IPMet: Exemplos
– RedeMet
– CPTEC / INPE
– SIMEPAR
– CEMADEN
● Titan:– https://twitter.com/ipmet
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Referências
● http://www.ipmet.unesp.br/● http://www.radartutorial.eu/● www.meted.ucar.edu/radar/basic_wxradar/● http://en.wikipedia.org/wiki/Weather_radar● http://www.wmo.int● http://www.wdtb.noaa.gov/courses/dloc/topic3/
lesson1/index.html● http://www.themakersworkbench.com/content/tu
torial/protostack-educates-us-pulse-width-modulation