Órbitas satelitales LEO, MEO y GEO y fundamentos del radar

LEO: Órbita Terrestre Baja

Características principales:

• Órbitas polares y elípticas (400 - 2500 Km).
• Periodo orbital: Aproximadamente 90 minutos en dar la vuelta a la Tierra.
• Número elevado de satélites requerido para cobertura continua: 50-100.
• Bajas potencias de transmisión necesarias.
• Menor consumo energético en comparación con órbitas superiores.
• Estaciones terrestres de menor costo.
• Uso de Antenas omnidireccionales posible.
• Puesta en órbita de bajo costo relativo.
• Bajo retardo en la señal (~10 ms).

MEO: Órbita Terrestre Media

Características principales:

• Órbitas elípticas (4000 - 15000 Km).
• Periodo orbital: 6-8 horas en dar la vuelta a la Tierra.
• Número de satélites: ~10 (típicamente en dos planos inclinados a 45º).
• Potencias medias de transmisión requeridas.
• Mayor consumo energético que LEO.
• Uso de Antenas omnidireccionales o direccionales.
• Puesta en órbita de mayor coste que LEO.
• Retardo en la señal moderado (~70 ms).

GEO: Órbita Geoestacionaria

Características principales:

• Órbitas circulares a una altitud específica (35786 Km).
• Periodo orbital: 24 horas, sincronizado con la rotación de la Tierra.
• Órbitas ecuatoriales (ubicadas sobre el ecuador, en el llamado Cinturón de Clarke).
• Número de satélites: 1-3 pueden ofrecer cobertura casi global (excluyendo polos).
• Altas potencias de transmisión necesarias.
• Requiere Antenas parabólicas costosas y amplificadores de bajo ruido (LNA) en tierra.
• Separación angular mínima entre satélites: ~120º para cobertura global con 3 satélites.
• Retardo en la señal significativo (no menor a 240 ms debido a la distancia).
• Puesta en órbita de costes muy elevados.

Características Fundamentales de un Satélite

Este dispositivo dispondrá de varias antenas encargadas de la cobertura de determinadas zonas de la superficie de la Tierra.

Sus características fundamentales son:

• Tamaño y peso reducidos (en relación a su capacidad).
• Bajo consumo de energía (optimizado para operación espacial).
• Frecuencia de trabajo en el rango de los GHz.
• Vida útil limitada (determinada por combustible, degradación de componentes, etc.).

Principios de Funcionamiento del Radar

El principio de funcionamiento de los radares se basa en dos sencillos fenómenos físicos:

Eco

Al igual que un sonido, cuando una onda electromagnética que se propaga por el aire choca contra un obstáculo, parte de su energía es absorbida y parte es reflejada hacia el emisor. El retardo y las características de esta señal reflejada (eco) sirven al radar para determinar la posición, velocidad e incluso propiedades morfológicas del obstáculo encontrado.

Efecto Doppler

El efecto Doppler consiste en la variación de la frecuencia de una onda al ser emitida o recibida por un objeto en movimiento relativo respecto al observador. Cuando el emisor (o el reflector) de una onda electromagnética se acerca al receptor, la frecuencia de la onda recibida será mayor que la frecuencia emitida. Si, por el contrario, la fuente de ondas (o el reflector) se aleja del receptor, la frecuencia recibida será proporcionalmente menor.

Tipos de Radares

En función de la señal transmitida, se distinguen dos tipos principales de radares: el radar de pulsos y el radar de onda continua.

Radar de Pulsos

El radar de pulsos envía señales en ráfagas muy cortas (del orden de millonésimas de segundo) pero de una potencia muy elevada. Para poder determinar la distancia, el radar de pulsos mide el tiempo que la señal tarda en alcanzar el objetivo y volver al receptor (tiempo de vuelo).

Si se realiza un seguimiento del objetivo con varios pulsos separados un determinado tiempo "T" (segundos), se puede conocer también su velocidad según los cambios de posición detectados con cada pulso transmitido. Muchos radares meteorológicos utilizan esta tecnología.

Radar de Onda Continua

Los radares de onda continua (CW - Continuous Wave) utilizan señales continuas en vez de ráfagas cortas. Se diferencian principalmente dos tipos, basados en cómo extraen la información:

• Radar Doppler (puro): Mide la velocidad basándose directamente en el cambio de frecuencia por el efecto Doppler. No mide distancia directamente.
• Radar FM-CW (Frecuencia Modulada): Modula la frecuencia de la onda continua transmitida. Comparando la frecuencia de la señal transmitida y la recibida en un instante dado, puede determinar la distancia y la velocidad del objetivo.