“OPTIMIZACIÓN DE UN SISTEMA DE RADAR PARA … · iii AGRADECIMIENTOS A Don Carlos Cárdenas por...

Universidad de Magallanes

Facultad de Ingeniería

Departamento de Electricidad

“OPTIMIZACIÓN DE UN

SISTEMA DE RADAR PARA

HIELO TEMPERADO, PARA SER

UTILIZADO EN CONDICIONES

EXTREMAS”

Autor: Juan Marcelo Crisóstomo Barría

Profesor Guía: Dr. Carlos Cárdenas Mansilla

Punta Arenas, 2010

ii

Universidad de Magallanes

Facultad de Ingeniería

Departamento de Electricidad

“OPTIMIZACIÓN DE UN

SISTEMA DE RADAR PARA

HIELO TEMPERADO, PARA SER

UTILIZADO EN CONDICIONES

EXTREMAS”

Trabajo de Titulación presentado en conformidad a los

requisitos para obtener el Título de: Ingeniero Civil

en Electricidad mención Electrónica Industrial

Autor: Juan Marcelo Crisóstomo Barría.

Profesor Guía: Dr. Carlos Cárdenas Mansilla.

Punta Arenas, 2010

iii

AGRADECIMIENTOS

A Don Carlos Cárdenas por darme la gran oportunidad de realizar la tesis en un tema tan

importante como es la medición de glaciares y ver la relevancia que estos representan a nivel

mundial en relación al fondo del calentamiento global y sus consecuencias. También agradecer a

Don Rubén Carvallo y Don Carlos Cárdenas por la buena disposición que siempre tuvieron para

responder cualquier consulta o duda que se presentó. Muchas Gracias.

A mis incondicionales amigos que me apoyaron y me dieron fuerzas siempre para seguir

adelante y conseguir mi meta de ser profesional. Los quiero muchos a todos y los llevaré siempre

en mi mente y en mi corazón porque son muy importantes en mi vida. Gracias.

A mi abuelo Hernán, mi abuela Elvira y mis hermanas Paulina y Karina por estar siempre

a mi lado y darme ánimos constantemente, ustedes saben muy bien lo importantes que son para

mí y no se que haría si no estuvieran al lado mío. Los quiero demasiado abuelitos y hermanitas

gracias por apoyarme y creer en mí, siempre van a ser un pilar fundamental de mi vida y gran

parte de mi corazón es de ustedes. Los amo con todas mis fuerzas y mi corazón. Muchas gracias

abuelitos y hermanitas.

A mi padre Juan Crisóstomo Contreras por darme la gran oportunidad de aprender y ser

profesional. Te quiero mucho papá y te voy a estar agradecido siempre por darme una

herramienta fundamental para afrontar mi vida: La Educación. Muchas gracias papá.

A mi madre Mirtha Barría Pacheco que es la persona más importante de mi vida y sin ti

no sería absolutamente nada mamita te voy a agradecer cada día de mi vida el haber creído en mí,

porque tú eres la gran creadora de esta etapa que termina. Eres la persona que mas quiero y amo

en este mundo y todo lo que he logrado es gracias a ti. Te amo con todo mi corazón mamita y te

voy a amar siempre, gracias por darme la educación, que es sin duda la mejor herencia que se les

puede dar a los hijos. Gracias por siempre mamita.

iv

RESUMEN

En este trabajo de titulación se presenta como se realizó la optimización de un sistema de

radar para hielo temperado a través de la incorporación de nuevos programas, modificación de la

interfaz y mejoramiento de las características físicas del sistema.

Como parte inicial del trabajo se estudió y se analizó el funcionamiento de un radar de

impulso, así como el procesamiento de los datos. También se presenta la importancia que tienen

los equipos de georreferenciación (GPS) en el sistema al momento de realizar las mediciones en

terreno.

Se dan a conocer las ventajas que presenta el computador manual Husky MP2500 para el

sistema, así como también se muestra el programa HCOM para Windows, el que fue integrado

para mejorar la transferencia de datos entre el computador Husky MP2500 y un computador tipo

PC. Por otro lado se presenta el esquema de un cable serial RS-232 tipo Null-Modem y las

ventajas que este incorpora a la fase de comunicación de los equipos manejados.

El sistema de radar implementado fue utilizado para realizar mediciones de profundidad

de hielo en los glaciares San Francisco y Echaurren Norte, ubicados en la zona central de Chile.

El primer capítulo presenta los objetivos generales y específicos del trabajo. El segundo

capítulo muestra el contexto general donde se utilizan los sistemas de radar y su aplicación en la

glaciología. El tercer capitulo muestra la teoría electromagnética de propagación de ondas

aplicada para entender el comportamiento de las señales de radiofrecuencia en aplicaciones

glaciológicas.

En el cuarto capítulo se describe detalladamente un sistema de radar de impulso,

describiendo su principio de funcionamiento y detallando cada uno de sus componentes. El

quinto capítulo da a conocer cada una de las modificaciones realizadas al sistema de radar como

también se muestran los programas incorporados. En el sexto capítulo se señalan las pruebas de

laboratorio y mediciones efectuadas en este trabajo, describiendo el método utilizado, los datos

obtenidos en terreno, la interpretación, el procesamiento y los resultados obtenidos. Finalmente el

séptimo capítulo presenta las conclusiones generales.

v

ÍNDICE

AGRADECIMIENTOS

RESUMEN

ÍNDICE

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN......................................................................................................................... 1

1.1 Generalidades................................................................................................................. 2

1.2 Objetivos generales........................................................................................................ 3

1.3 Objetivo Especifico........................................................................................................ 3

1.4 Orientación del trabajo................................................................................................... 4

CAPÍTULO 2

EL GLACIAR Y SUS MÉTODOS DE MEDICIÓN.................................................................. 5

2.1 INTRODUCCIÓN......................................................................................................... 6

2.2 DEFINICIÓN DE GLACIAR........................................................................................ 6

2.3 EJEMPLARES DE GLACIAR...................................................................................... 7

2.3.1 Formación de un Glaciar................................................................................. 7

2.3.2 Los glaciares temperados................................................................................ 8

2.3.3 Los glaciares fríos........................................................................................... 9

2.3.4 Los glaciares politermales............................................................................... 9

2.3.5 Los glaciares activos....................................................................................... 9

2.3.6 Los glaciares pasivos..................................................................................... 10

2.3.7 Los glaciares inactivos.................................................................................. 10

2.4 MÉTODOS DE MEDICIÓN DEL CUERPO DEL GLACIAR.................................. 10

2.4.1 Método de gravitación y magnético.............................................................. 11

2.4.2 Método de radar o Radio Eco Sondeo (RES)................................................ 12

2.4.3 Método sísmico............................................................................................. 13

vi

CAPÍTULO 3

COMPORTAMIENTO DIELÉCTRICO DEL HIELO.......................................................... 15

3.1 INTRODUCCIÓN....................................................................................................... 16

3.2 ONDAS EN EL VACÍO.............................................................................................. 18

3.3 GENERALIDADES.................................................................................................... 21

3.3.1 Factor de Reflexión y Transmisión de una Onda Electromagnética............. 22

3.4 ESPARCIMIENTO Y ABSORCIÓN DE UNA ONDA

ELECTROMAGNÉTICAS EN UN GLACIAR............................................................... 23

3.4.1 Aspectos generales........................................................................................ 23

3.4.2 Absorción de las ondas electromagnéticas.................................................... 24

3.4.3 Esparcimiento de las ondas electromagnéticas............................................. 25

3.5 DIFUSIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS EN

UN GLACIAR................................................................................................................... 25

3.5.1 Propiedades eléctricas del hielo glaciar........................................................ 25

3.5.2 Propagación de la onda en el hielo glaciar.................................................... 27

3.5.3 Reflexión desde la interfaz entre dieléctricos............................................... 29

CAPÍTULO 4

ANALISIS DE UN SISTEMA DE RADAR PARA HIELO TEMPERADO......................... 30

4.1 ESTADO DEL ARTE.................................................................................................. 31

4.2 TEORÍA....................................................................................................................... 33

4.2.1 Sistema de Radio Eco Sondaje...................................................................... 34

4.2.1.1 El Transmisor................................................................................. 34

4.2.2 El Transmisor O.S.U..................................................................................... 35

4.2.3 Etapas del Transmisor O.S.U........................................................................ 36

4.2.3.1 Etapa de Alimentación................................................................... 36

4.2.3.2 Etapa de Control............................................................................. 37

4.2.3.3 Etapa de Salida............................................................................... 40

4.3 SISTEMA DE RECEPCIÓN DEL RADAR............................................................... 41

4.3.1 Función del Osciloscopio como parte del sistema de radar.......................... 41

4.3.2 Antenas.......................................................................................................... 41

4.3.3 Balun............................................................................................................. 45

vii

4.4 SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.............................................................. 46

4.5 SISTEMA DE GEORREFERENCIACIÓN (GPS)..................................................... 47

CAPÍTULO 5

OPTIMIZACION DEL SISTEMA DE RADAR PARA HIELO TEMPERADO................. 48

5.1 MODIFICACIONES REALIZADAS AL SISTEMA DE RECEPCIÓN DEL

RADAR......................................................................................................................................... 49

5.2 MODIFICACIONES DE LA INTERFAZ DEL SISTEMA....................................... 50

5.3 INCORPORACIÓN DE NUEVOS PROGRAMAS AL SISTEMA PARA MEJORAR

SU MANEJO EN TERRENO....................................................................................................... 52

5.4 OPTIMIZACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL SISTEMA DE

RADAR Y SUS COMPONENTES............................................................................................... 52

CAPÍTULO 6

ADQUISICIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL RADAR..................................... 55

6.1 PRUEBAS DE LABORATORIO................................................................................ 56

6.2 PRUEBAS EN TERRENO.......................................................................................... 56

6.2.1 Generalidades del trabajo en terreno............................................................. 56

6.2.2 Ubicación Geográfica del Glaciar San Francisco......................................... 57

6.2.3 Ubicación Geográfica del Glaciar Echaurren Norte..................................... 58

6.2.4 Ubicación Geográfica del Glaciar Tyndall................................................... 59

6.3 DATOS OBTENIDOS EN TERRENO....................................................................... 60

6.4 INTERPRETACIÓN DE DATOS OBTENIDOS....................................................... 67

6.5 PROCESAMIENTO DE DATOS OBTENIDOS........................................................ 70

6.5.1 Perfiles de Radar obtenidos para el Glaciar Echaurren Norte....................... 71

CAPÍTULO 7

CONCLUSIONES....................................................................................................................... 73

BIBLIOGRAFÍA......................................................................................................................... 76

viii

ANEXOS

ANEXO A: EL OSCILOSCOPIO Tektronix TekScope THS 720............................................... 79

ANEXO B: EL COMPUTADOR Husky FC-486........................................................................ 83

ANEXO C: EL COMPUTADOR Husky MP2500....................................................................... 89

ANEXO D: INTERFAZ DEL SISTEMA DE RADAR............................................................... 94

ANEXO E: EL PROGRAMA HCOM FOR WINDOWS............................................................ 99

ANEXO F: UTILIZACIÓN DEL PROGRAMA Idrisi32.......................................................... 108

ANEXO G: SONDEO OBLICUO (FÓRMULA)...................................................................... 116

ANEXO H: EQUIPOS DE GPS Y DATA LOGGER................................................................ 120

FIGURAS

CAPÍTULO 2

Figura 2.1: Gráfica de la formación del Hielo Glaciar................................................................... 7

Figura 2.2: Principio de estudio del método de gravedad............................................................ 12

Figura 2.3: Sistema de radio eco sondaje transportado por un mototobogán sobre un Glaciar

Temperado..................................................................................................................................... 13

Figura 2.4: Reflexión y refracción de ondas sísmicas.................................................................. 14

CAPÍTULO 3

Figura 3.1: Representación de los campos E(x) y B(z) de una onda plana polarizada linealmente

en distintos puntos z del espacio para un determinado instante (tiempo fijo)............................... 21

Figura 3.2: Una onda Ex+ que incide sobre una frontera plana establece una onda reflejada Ex–

y una onda transmitida Ex2........................................................................................................... 22

Figura 3.3: Interfaz entre dieléctricos con diferentes permitividades.......................................... 29

CAPÍTULO 4

Figura 4.1: Diagrama de bloques de un sistema de radar básico.................................................. 34

Figura 4.2: Diagrama de bloques de la etapa de alimentación..................................................... 36

Figura 4.3: Esquema del conversor Flyback................................................................................ 37

Figura 4.4: Diagrama de bloques de la etapa de control.............................................................. 38

ix

Figura 4.5: Selección de tasa de repetición de pulsos mediante un puente.................................. 38

Figura 4.6: Carga y descarga de los condensadores de salida...................................................... 39

Figura 4.7: Diagrama de bloques de la etapa de salida................................................................ 40

Figura 4.8: Distribución de resistencias sobre el brazo de un dipolo........................................... 43

Figura 4.9: Configuraciones de antenas utilizadas en un sistema de radar para hielo................. 44

Figura 4.10: Diagrama de una red adaptadora de impedancias (Balun)....................................... 46

CAPÍTULO 5

Figura 5.1: Conexión directa mediante cable NULL-MODEM................................................... 50

Figura 5.2: Conexión de un cable cruzado tipo Null-Modem...................................................... 51

Figura 5.3: Sistema de radar (Transmisor y Receptor) instalado sobre los crochet..................... 53

Figura 5.4: Fase de transmisión del sistema sobre el glaciar San Francisco................................ 53

Figura 5.5: Base plástica diseñada para apoyar los soportes telescópicos................................... 54

CAPÍTULO 6

Figura 6.1: Ubicación geográfica del glaciar San Francisco (cuenca del Río Maipo)................. 58

Figura 6.2: Ubicación geográfica del glaciar Echaurren Norte (cuenca del Río Aconcagua)..... 59

Figura 6.3: Ubicación geográfica del glaciar Tyndall (cuenca del Río Serrano)......................... 60

Figura 6.4: Etapa receptora del sistema........................................................................................ 61

Figura 6.5: Trabajo en terreno de los equipos de Radio Eco-Sondaje......................................... 62

Figura 6.6: Ruta efectuada sobre el Glaciar San Francisco.......................................................... 63

Figura 6.7: Ruta efectuada sobre el Glaciar Echaurren Norte...................................................... 65

Figura 6.8: Ruta efectuada sobre el Glaciar Tyndall.................................................................... 66

Figura 6.9: Señal de salida de un transmisor de impulso............................................................. 67

Figura 6.10: Señal superficial y el eco de retorno capturados en terreno..................................... 67

Figura 6.11: Método para calcular la diferencia de tiempo entre las ondas de superficie y el eco

de retorno....................................................................................................................................... 69

Figura 6.12: Radargrama obtenido en las transectas E3 – E2 y E1 – E3 correspondientemente. 72

ANEXO A

Figura A.1: Elementos básicos de un osciloscopio...................................................................... 80

Figura A.2: Osciloscopio Tektronix TekScope THS 720............................................................ 82

x

ANEXO B

Figura B.1: Vista frontal del computador Husky FC-486............................................................ 84

Figura B.2: Vista de la parte posterior del FC-486...................................................................... 84

Figura B.3: Vista trasera del FC-486............................................................................................ 85

Figura B.4: Teclado del FC-486................................................................................................... 86

ANEXO C

Figura C.1: Diagrama de componentes del MP2500................................................................... 90

ANEXO D

Figura D.1: Cable Ethernet (RJ-45) a puerta serial (RS-232)...................................................... 95

ANEXO G

Figura G.1: Parámetros vinculados al cálculo del espesor......................................................... 117

ANEXO H

Figura H.1: Receptor SMART ANTENNA™ de NovAtel....................................................... 122

Figura H.2: Esquema del Data logger Logomatic V1.0............................................................. 124

TABLAS

Tabla 5.1: Configuración de pines para un cable tipo Null-Modem............................................ 51

Tabla 6.1: Parámetros del radar de impulso................................................................................. 62

Tabla 6.2: Datos de profundidad obtenidos en el Glaciar San Francisco..................................... 64

Tabla 6.3: Datos de profundidad obtenidos en el Glaciar Echaurren Norte................................. 65

Tabla 6.4: Datos de profundidad obtenidos en el Glaciar Tyndall............................................... 66

Tabla B.1: componentes del computador FC-486........................................................................ 85

Tabla C.1: Lista de componentes del MP2500 y sus funciones................................................... 91

Tabla D.1: Pines utilizados para conectar un terminal DB-9....................................................... 96

Optimización de un Sistema de Radar para Hielo Temperado, para ser Utilizado en Condiciones Extremas

1

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN


2

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Generalidades

Se estima que el aumento de las temperaturas y la disminución de las precipitaciones en

los últimos 50 años han desempeñado un papel clave en el reciente comportamiento de los

glaciares a nivel mundial, detectándose una tendencia generalizada de retroceso frontal y

adelgazamiento [1].

Los glaciares de Patagonia, en el sur de Chile y Argentina, están sufriendo cambios que

no tienen precedentes históricos. Su retroceso y adelgazamiento, a una velocidad que se ha

duplicado en las últimas décadas, ha contribuido significativamente al aumento global del nivel

del mar [2].

Estudios recientes, llevados a cabo por científicos chilenos y de la NASA, concluyeron

que los Campos de Hielo Patagónicos Norte y Sur, que abarcan una superficie de 17.000 km2,

aportan el 9% de la parte del aumento global del nivel del mar generado por todos los glaciares

del planeta (excluidas Groenlandia y la Antártida, a las que se considera casquetes de hielos).

Esta cifra es desproporcionadamente alta: entre los dos Campos de Hielo suman sólo el 3% de la

masa de los glaciares mundiales [2].

Este fuerte proceso de deglaciación1 se explica por los cambios climáticos observados en

diversas estaciones meteorológicas ubicadas en ambas vertientes de los Andes patagónicos. Allí

se han detectado aumentos de las temperaturas atmosféricas superficiales durante el último siglo

a ritmos que se han duplicado en los últimos 30 años, llegando a 0,021 ºC por año en la ciudad de

Punta Arenas, en el sur de Chile. Este calentamiento también está afectando a altitudes mayores,

donde se ha detectado un aumento de temperatura del orden de 0,5 ºC en los últimos 40 años [2].

En las últimas cinco décadas, estos reservorios de agua dulce venían experimentado un

fuerte retroceso en sus frentes y reduciendo sus superficies de hielo. Pero entre los años 1995 y

2000, las tasas de adelgazamiento se aceleraron, a un equivalente de subida del nivel del mar de

0,1 milímetro por año. En cambio, si se considera el período comprendido entre 1975 y 2000, los

campos de hielo de la Patagonia habían perdido hielo a una tasa equivalente a un aumento en el

1 El término “deglaciación” alude al derretimiento de los hielos glaciares, lo que deja al descubierto la tierra bajo el

glaciar


3

nivel del mar de 0,04 milímetro [2].

Siempre se ha considerado que el agua es uno de los recursos ilimitados, tal vez por la

visión de los grandes océanos que ocupan nuestro planeta, pero precisamente ésta es la menos útil

para todos, pues la que requiere nuestro organismo para nuestra subsistencia es el agua dulce, y

sólo un 5% posee estas características. A su vez, más del 70% de agua dulce está en forma de

hielo, en las montañas, en el Ártico y principalmente en el Continente Antártico. Por estos

motivos es necesario el estudio de los glaciares, mediante técnicas que permitirán medir las capas

de hielo [3].

El método más sencillo y eficiente para ejecutar mediciones de capas de hielo,

específicamente espesores de glaciares, es mediante el uso de un sistema de radio eco sondaje

(RES), el que transmite ondas de radio frecuencias a través del hielo para determinar en forma

directa o indirecta distancias a un blanco.

Este método se basa en las ondas de radio frecuencia, que penetran el hielo y son

reflejadas desde estructuras internas (aire-hielo-agua principalmente) y desde la base del glaciar

donde usualmente hay roca o roca cubierta por una capa de sedimentos. El espesor se calcula a

partir del tiempo de retorno de la señal, la constante dieléctrica del hielo y algunas

consideraciones geométricas en referencia a la disposición del transmisor y el receptor.

1.2 Objetivo general

El objetivo fundamental de este trabajo es optimizar un sistema de adquisición de datos de

radar y posicionamiento, sincronización del reloj del computador del sistema de adquisición y el

reloj del sistema de navegación GPS utilizado para realizar las mediciones.

1.3 Objetivos específicos

Entender en forma general el funcionamiento de un sistema de radar para hielo tomando

en cuenta los dispositivos que lo componen, la forma en que se realizan las medidas en terreno y

principios físicos del sistema.


4

Trabajar con el sistema de radar para hielo ya existente y realizar las modificaciones

necesarias para optimizar el sistema permitiendo su desplazamiento en forma manual sobre la

superficie glaciar (Transmisor, Receptor).

Incorporar un sistema de navegación GPS sincronizado con el reloj del computador.

Optimizar el soporte físico del sistema de radar permitiendo una mejor manipulación del

sistema en terreno.

Establecer un método efectivo que permita el traslado del sistema sobre la superficie

glaciar para ser utilizada por solo dos operadores. Se contempla la implementación física de la

estructura de soporte del sistema de radar, las que permiten una mejor maniobrabilidad

alcanzando una longitud de 6 metros a cada lado.

1.4 Orientación del trabajo

Para realizar el segmento práctico del trabajo se analizarán los equipos y programas que

son utilizados actualmente por el grupo de trabajo de la Dirección de Programas Antárticos y

Subantárticos (DPA) para cumplir labores de efectuar mediciones sobre hielo temperado. Estos

elementos son fundamentales para el sistema y es necesario conocer las tareas de cada uno y el

rol que cumplen dentro del método de cálculo de profundidad del hielo.

El presente trabajo tiene como proyección ser una contribución real en la implementación

y optimización de un sistema de radar para hielo temperado, con el objetivo de efectuar

mediciones de espesor en condiciones extremas.


5

CAPÍTULO 2

EL GLACIAR Y SUS

MÉTODOS DE MEDICIÓN


6

2. EL GLACIAR Y SUS MÉTODOS DE MEDICIÓN

2.1 INTRODUCCIÓN

Los glaciares se pueden diferenciar unos de otros por su régimen de temperatura interna, o

condiciones de acumulación2 / ablación

3, etc.

El estudio glaciológico de terreno implica una serie de métodos y técnicas

multidisciplinarías en el área de la geociencias, siendo aun más específicos en el área de la

geofísica aplicada. En la medición de espesores de hielos se requiere el trabajo de profesionales

de distintas áreas para llevar a cabo las actividades de terreno ya que el trabajo científico asociado

al radar puede ser ejecutado por profesionales de ingeniería eléctrica, en complemento con

profesionales de las áreas de la geociencia, incluyendo geodesia, geografía, geofísica y

glaciología.

Para determinar el espesor y la estructura interna de la masa glaciar se utilizan distintas

técnicas entre las cuales se encuentran los métodos de radar o radio eco sondaje, el método

gravitacional, el método magnético y el método sísmico.

2.2 DEFINICIÓN DE GLACIAR

Un glaciar es una gruesa masa de hielo que se origina en la superficie terrestre por

acumulación, compactación y recristalización de la nieve, mostrando evidencias de flujo en el

pasado o en la actualidad. Su existencia es posible cuando la precipitación anual de nieve supera

la cantidad disipada en verano, por lo cual la mayoría se encuentra en zonas de gran altitud o

zonas polares.

Una de las definiciones mas acertadas es la de Lliboutry (1956), quien define glaciar,

“como toda masa perenne, formada por la acumulación de nieve, cualquiera sean sus dimensiones

y formas”. Este fluye lentamente por deformación, deslizamiento basal y deslizamiento de

sedimentos subglaciares.

2 Se entiende por “acumulación” a la zona donde la cantidad de nieve que cae sobre la superficie, y no se pierde,

excede a la cantidad que se pierde por fusión, escurrimiento y evaporación. 3 “Ablación” es la pérdida de masa por fusión, paso directo del estado sólido al estado gaseoso o rotura de hielos o

icebergs.


7

2.3 EJEMPLARES DE GLACIAR

2.3.1 Formación de un Glaciar

Los glaciares se forman en áreas donde se acumula más nieven invierno que la que se

funde en verano Cuando las temperaturas se mantienen por debajo del punto de congelación, la

nieve caída cambia su estructura ya que la evaporación y recondensación del agua causan la

recristalización para formar granos de hielo más pequeños, espesos y de forma esférica. A este

tipo de nieve recristalizada se la conoce como neviza. A medida que la nieve se va depositando y

se convierte en neviza, las capas inferiores son sometidas a presiones cada vez más intensas.

Cuando las capas de hielo y nieve tienen espesores que alcanzan varias decenas de metros, el

peso es tal que la neviza empieza a desarrollar cristales de hielo más grandes.

En los glaciares, donde la fusión se da en la zona de acumulación, la nieve puede

convertirse en hielo a través de la fusión y el recongelamiento (en períodos de varios años). En la

Antártica, donde la fusión es muy lenta o no existe (incluso en verano), la compactación que

convierte la nieve en hielo puede tardar miles de años. La enorme presión sobre los cristales de

hielo hace que éstos tengan una deformación plástica, cuyo comportamiento hace que los

glaciares se muevan lentamente bajo la fuerza de la gravedad como si se tratase de un enorme

flujo de tierra.

Figura 2.1: Gráfica de la formación del Hielo Glaciar.

El tamaño de los glaciares depende del clima de la región en que se encuentren. El

balance entre la diferencia de lo que se acumula en la parte superior con respecto a lo que se


8

derrite en la parte inferior de la línea de equilibrio recibe el nombre de balance glaciar. En los

glaciares de montaña, el hielo se va compactando en los circos, que vendrían a ser la zona de

acumulación equivalente a lo que sería la cuenca de recepción de los torrentes. En el caso de los

glaciares continentales, la acumulación sucede también en la parte superior del glaciar pero es un

resultado más de la formación de escarcha, es decir, del paso directo del vapor de agua del aire al

estado sólido por las bajas temperaturas de los glaciares, que por las precipitaciones de nieve. El

hielo acumulado se comprime y ejerce una presión considerable sobre el hielo más profundo. A

su vez, el peso del glaciar ejerce una presión centrífuga que provoca el empuje del hielo hacia el

borde exterior del mismo donde se derrite; a esta parte se la conoce como zona de ablación.

Cuando llegan al mar, forman los icebergs al fragmentarse sobre el agua oceánica.

Lo esencial es la temperatura de la masa de hielo, que contribuye a controlar la evolución

cristalográfica de la nieve, así como los procesos de fusión. Los glaciares pueden encasillarse de

acuerdo a su régimen de temperatura y condiciones de acumulación, en:

2.3.2 Los glaciares temperados

Un glaciar temperado posee en toda su masa la temperatura de fusión del hielo (cercana a

los 0º C). La temperatura del punto de fusión, varía con la presión, que depende en forma directa

del espesor de hielo, su densidad y la aceleración de gravedad.

Los glaciares temperados se caracterizan por una estructura interna más heterogénea que

la de los glaciares fríos (sección 2.3.3). En estos glaciares hay presencia de agua y por

consiguiente contrastes de densidad y propiedades dieléctricas. También existe por lo general

más material de morrenas4 y sedimentos

5 causados por desgaste de las rocas. Estas características

dan como resultado una mayor absorción y reflexión de las ondas de radio que en los glaciares

fríos.

Una característica importante que presentan estos glaciares es la presencia de trampas de

agua en el interior del glaciar, que es una de las grandes diferencias de los hielos temperados con

respecto a los hielos fríos. El gran problema de estas trampas de agua, es el cambio de la

constante dieléctrica entre el hielo sólido y el agua, esto implicaría mayor reflexión de la señal, lo

que lleva a un esparcimiento de la señal de retorno.

4 “Morrena” es la acumulación de piedras y barro transportada por un glaciar y depositada en su cuenca.

5 “Sedimento” es el depósito o acumulación de materiales arrastrados mecánicamente por el glaciar.


9

2.3.3 Los glaciares fríos

Son los glaciares que poseen una temperatura interna del hielo inferior o igual a 0°C. La

ablación es generalmente escasa. Al no existir ablación superficial, la diagénesis (proceso de

evolución de la nieve a hielo glaciar) es lenta. Por lo general se congela el total de la masa

durante el invierno, impidiendo el aumento de temperatura en el verano [4].

En Chile existen glaciares fríos en los Andes del Norte, donde los escasos glaciares allí

ubicados están a gran altura (sobre los 4000 metros), presentando temperaturas del orden de -15 a

-20°C. La mayor parte de la Antártica tiene carácter frío con muy escasa ablación y se le suman

los glaciares del Ártico (Groenlandia) [5].

2.3.4 Los glaciares politermales

Estos poseen una masa de hielo que se encuentra a temperatura bajo los 0ºC o bajo los

límites del punto de fusión (característico de los glaciares fríos), sin embargo en la base de la

lengua terminal pueden alcanzarse temperaturas cercanas al punto de derretimiento, lo que genera

cierto nivel de fusión estival. En algunos glaciares del ártico canadiense y de Svalbard,

archipiélago ubicado en el Océano Glaciar Ártico que forma parte del reino de Noruega, pueden

encontrarse este tipo de glaciares [5]. En el norte de Chile hay glaciares politermales, fríos en la

parte superior y templados en el interior, aunque desde el sur de la IV y V región, esta

característica es mas marcada [6].

Además los glaciares pueden ser clasificados según su dinámica, de acuerdo a las

siguientes definiciones:

2.3.5 Los glaciares activos

Son aquellos que presentan movimiento rápido, asegurándose la evacuación de rocas, la

alimentación es significativa y se da en una fase de aumento [5].


10

2.3.6 Los glaciares pasivos

Son aquellos que fluyen lentamente. La evacuación de rocas y generación de morrenas es

dificultosa. Por lo general están en retroceso y tienen importancia morfológica, por formas de

recesión y la construcción de formas donde el agua de fusión es el principal reordenador [5].

2.3.7 Los glaciares inactivos

Son los que no tienen alimentación y sólo persisten por la lenta fusión del hielo. Heredan

algún tipo de caudal o masa de hielo para el futuro y no tienen movimiento [5].

2.4 MÉTODOS DE MEDICIÓN DEL CUERPO DEL GLACIAR

Chile es un país montañoso donde el 70% de la población se abastece del agua

proveniente de las zonas alto-andinas. La Cordillera de los Andes, el cordón montañoso más

importante del país, posee gran cantidad de glaciares, fuentes de agua congelada que, gracias a su

proceso de acumulación y derretimiento, abastecen a los ecosistemas, a la población y a las

actividades productivas del país [6].

En Chile es posible encontrar glaciares en toda la zona cordillerana, desde las regiones del

extremo norte hasta el extremo sur del territorio nacional. La zona norte y centro, por sus

condiciones climáticas, presentan periodos estivales muy secos o épocas de sequía prolongada en

las que los glaciares son fundamentales para el mantenimiento del caudal de los ríos debido a que

justamente en estos periodos generan las mayores tasas de derretimiento. En la zona sur y austral

del país, donde existen abundantes precipitaciones durante gran parte del año, y donde en general

no existen grandes problemas en el abastecimiento de agua, los glaciares no son determinantes

para el abastecimiento poblacional y las actividades productivas, pero si para los ecosistemas

locales y para el análisis y generación de conocimientos sobre el cambio climático y el aumento

del nivel de los océanos [6].

Entre las características importantes que se necesitan saber de un glaciar se encuentran

factores significativos como son su reducción o aumento de volumen y su velocidad de avance o

retroceso. Como consecuencia de esto una de las mediciones reveladoras, situadas dentro del

estudio, es el cuerpo del glaciar, razón por la que es necesario utilizar técnicas geofísicas para

cumplir con este objetivo.


11

2.4.1 Método de gravitación y magnético

Para medir espesor de hielo se puede utilizar las variaciones del campo gravitacional y del

campo magnético de la Tierra.

La fuerza del campo gravitacional en cualquier punto depende de la masa de cada

elemento, dividido por el cuadrado de la distancia entre el elemento y el punto de observación. Es

decir, el efecto gravitacional de cualquier irregularidad de la tierra depende de la distancia del

observador y del contraste de densidad asociada a la irregularidad [7].

2

21

d

mmGF

Ecuación 2.1

El gran contraste de densidad entre roca y hielo, hace que el campo gravitacional sea

relativamente sensible a las variaciones topográficas subglaciares, y su medición útil para la

determinación del espesor del hielo.

Este método aprovecha las diferencias de gravedad en los sectores en los que se realizan

las mediciones debido a que cuerpos mineralizados aumentan la gravitación en una región

determinada porque rocas de mayor densidad aumentan la aceleración. Dicho de otra forma, las

diferencias de densidad son registradas como cambios en la aceleración de gravedad.


12

Figura 2.2: Principio de estudio del método de gravedad.

El método magnético analiza las anomalías magnéticas, estimando la profundidad a las

rocas activas magnéticas, algunas rocas tienen una alta susceptibilidad magnética y así modifican

el campo magnético local de la tierra, o bien tienen su propia magnetización que produce un

campo adicional superpuesto al de la tierra. Si hay capas de roca sedimentarias o meta

sedimentaria cercana al glaciar, el método puede sólo revelar el espesor total del hielo en zonas

cercanas a aquellas capas. Así el espesor del glaciar puede ser solo estimado cuando hay una

buena razón para creer, con evidencia geológica independiente, que las rocas activas

magnéticamente están cercanas bajo el hielo.

Su principal ventaja es que puede ser aplicado a través de un medio aéreo logrando

mediciones en forma rápida.

2.4.2 Método radar o radio eco sondeo (RES)

El método de radar tiene un gran parecido al método sísmico. La diferencia se encuentra

en la naturaleza de la señal de sondeo. El radar utiliza ondas electromagnéticas y el método

sísmico ondas acústicas.


13

El trasmisor del sistema de radar lanza un pulso eléctrico a través de la antena trasmisora.

Ésta radia una porción de energía a través del aire, otra fracción de energía es radiada hacia el

interior del hielo y parte de esta energía es reflejada desde el fondo rocoso o solo las interfases

del hielo. Luego esta energía que es radiada desde el fondo, o desde la roca, es capturada por la

antena del receptor y almacenada con el sistema de adquisición de datos para su posterior análisis

[8].

Figura 2.3: Sistema de radio eco sondaje transportado por un mototobogán sobre un

Glaciar Temperado.

El radar puede ser montado sobre aeronaves, o en vehículos que se desplacen sobre la

superficie glaciar, permitiendo realizar mediciones de espesor en forma continua y con mayor

rapidez, abarcando grandes extensiones de terreno glaciar en corto tiempo, como se muestra en la

figura 2.3. Los radares son livianos y ocupan poco espacio, considerando un computador portátil

y un sistema de posicionamiento GPS, lo que no supera los 30 kilos.

2.4.3 Método sísmico

Este método se realiza a través de reflexiones sísmicas producto de una explosión. La

explosión se activa dentro de un agujero cavado en la capa de hielo. Las ondas generadas por la

explosión son reflejadas y refractadas por cambios en la impedancia acústica, regresando a la


14

superficie donde son captadas por medio de geófonos ubicados en el glaciar. Los tiempos de viaje

de los diferentes tipos de onda desde el disparo hasta los geófonos, son grabados en forma exacta

[7].

Figura 2.4: Reflexión y refracción de ondas sísmicas.

La onda directa se propaga a partir de la fuente de ondas sísmicas ubicada sobre el hielo

(capa 1) con la velocidad uniforme v1.

La onda reflejada se engendra por la reflexión de la onda directa incidente en la base

rocosa entre medio 1 y medio2 y se propaga con la velocidad v1.

Una porción de la onda incidente en la interfaz entre medio 1 y medio 2 pasa por la

interfaz y se refracta. La onda refractada se propaga en el segundo medio con la velocidad v2.

A través de los datos entregados por las reflexiones sísmicas se puede construir el

horizonte de reflexión que corresponde a diferentes estratos.

Se determina la profundidad y declives, analizando la amplitud, fase y frecuencia de estas

ondas, se mide la velocidad de las ondas acústicas, tanto sobre como debajo de las capas.

La gran desventaja que presenta este método, es que requiere de gran despliegue logístico

en terreno, personal capacitado en explosivos y convivir con el peligro de estos mismos, y por

último su gran peso, lo que dificulta el transporte.


15

CAPÍTULO 3

TEORÍA ELECTROMAGNÉTICA


16

3. TEORIA ELECTROMAGNÉTICA

3.1 INTRODUCCIÓN

Se describe la reflexión, con el propósito de entender dos conceptos que son importantes

en un sistema de radar, como es la señal transmitida y la señal reflejada, determinando como

afectan la señal en las capas adyacentes de diferentes permitividades.

Por otro lado se describen la absorción y el esparcimiento de las ondas electromagnéticas,

que están directamente relacionados con el tipo de glaciar donde se realice la medición.

La emisión, transmisión, reflexión, refracción, y difracción de las ondas de radar (ondas

electromagnéticas) son definidas por las ecuaciones de Maxwell. Estas ecuaciones describen el

campo electromagnético de una onda en términos de propiedades de los materiales.

Las siguientes ecuaciones diferenciales expresan vectorialmente las leyes que rigen los

campos eléctricos y magnéticos:

3.4Ecuación Ampere deLey

3.3Ecuación Faraday deLey

3.2Ecuación 0

3.1Ecuación Gauss deLey

t

DJcH

t

BE

B

D

Donde:

D: Densidad de flujo eléctrico.

B: Densidad del flujo magnético.

E: Intensidad del campo eléctrico.

H: Intensidad del campo magnético

Jc: Corriente de conducción.

ρ: Densidad de carga.


17

Un campo eléctrico externo aplicado a un conductor genera cargas en continuo

movimiento a través de un material. Un campo eléctrico externo aplicado a un dieléctrico causa

cargas separadas de polaridad opuesta, creando un campo eléctrico que se opone al campo

externo. El campo eléctrico opuesto finalmente cancela el efecto del campo externo, creando un

balance que es llamado polarización. Las siguientes ecuaciones, conocidas como las ecuaciones

auxiliares de Maxwell, relacionan el campo externo aplicado y el campo interno resultante con

las respectivas propiedades eléctricas y magnéticas.

3.9Ecuación

3.8Ecuación

3.7Ecuación

3.6Ecuación

3.5Ecuación

0

0

r

r

c EJ

HB

ED

Donde:

ε: Permitividad eléctrica.

μ: Susceptibilidad magnética.

τ: Conductividad.

εr: Permitividad relativa.

ε0: Permitividad en el espacio libre.

μr: Susceptibilidad relativa.

μ0: Susceptibilidad en el espacio libre.

3.11Ecuación 104

3.10Ecuación 36

101

70

9

0

mts

Hx

mts

Fx


18

3.2 ONDAS EN EL VACÍO.

Una de las consecuencias más revolucionarias de las ecuaciones de Maxwell es la

predicción de la existencia de ondas electromagnéticas, así en el vacío su velocidad de

propagación coincide con la velocidad de la luz.

En medios materiales hay que considerar la relación entre los vectores intensidad de

campo eléctrico E

, intensidad de campo magnético H

, densidad de flujo eléctrico D

y

densidad de flujo magnético B

utilizando la permitividad eléctrica ε y la permeabilidad

magnética μ. Los valores relativos de la permitividad y permeabilidad pueden ser reales o

complejos, escalares o matrices, constantes o variables (dependientes de la posición).

Las soluciones más sencillas de las ecuaciones de Maxwell se producen para un recinto

del espacio vacío y sin fuentes de campo, donde se cumple que:

- Si el recinto es vacío, corresponde:

HB

ED

0

0

Ecuación 3.12

- Si no hay fuentes de campo en su interior: 0

0

cJ

Ecuación 3.13

Por lo tanto las ecuaciones de Maxwell, en términos de E y H, quedan de la siguiente

forma:

3.17Ecuación 0

3.16Ecuación 0

3.15Ecuación

3.14Ecuación

0

0

E

H

t

HE

t

EH

En un recinto vacío y libre de fuentes las ecuaciones de Maxwell en términos fasoriales,

donde jω = j2πf, son:


19

3.21Ecuación 0

3.20Ecuación 0

3.19Ecuación

3.18Ecuación

0

0

E

H

HjE

EjH

La ecuación de ondas de D‟Alembert para el campo eléctrico es la siguiente:

ckcon 0 0 0

1 22

2

22

2

22

EkEE

cE

t

E

cE

que es una ecuación de Helmholtz, donde el término de la velocidad de la luz viene dado por la

fórmula:

seg

mtc 8

00

10998.21

Para ondas planas linealmente polarizadas tenemos que:

3.22Ecuación ˆ ˆ)(2

22 x

z

EExzEE

Lo que implica que la ecuación de Helmholtz quede de la siguiente manera:

3.23Ecuación 02

2

2

Ek

z

E

Cuya solución es de la forma:

3.24Ecuacion )( 00

00

zj

xxjkz eEEeEzE

De modo que obtenemos una solución fasorial de la forma:


20

3.25Ecuación )(0

)(0 21

kztjkztj eEeEE

Por lo tanto el campo se mueve en la dirección z, a la velocidad de la luz.

El campo eléctrico está en movimiento y se le denomina onda viajera, como se muestra en

la figura 3.1.

De la misma forma que se obtiene la solución fasorial para el campo eléctrico, llegamos a

que el campo magnético tiene una solución idéntica:

3.26Ecuación )(

0

00)(

0

00 21 kztjkztj eE

eE

H

Lo que implica que la solución del campo magnético Hy es de la forma:

3.27Ecuación )( 00

0

0

00

0

0 zj

yjkz eEHeEzH

Luego la razón de intensidad del campo eléctrico y magnético esta dada por:

3.28Ecuación 0

0

0

y

x

H

E

η0 es una magnitud que tiene dimensiones de impedancia y se denomina impedancia

intrínseca del vacío, cuyo valor es:

3.29Ecuación )(3770

00


21

Figura 3.1: Representación de los campos E(x) y B(z) de una onda plana polarizada linealmente

en distintos puntos z del espacio para un determinado instante (tiempo fijo).

Esta onda recibe el nombre de onda plana uniforme, debido a que su valor es uniforme en

toda la extensión de cualquier plano z=cte. Representa un flujo de energía en la dirección z

positiva. Tanto el campo eléctrico como el magnético son perpendiculares a la dirección de

propagación o ambos se encuentran en un plano transversal a la dirección de propagación, es

decir, la onda plana uniforme es una onda Electromagnética Transversal (EMT) [7].

La onda plana uniforme es una solución particular de las ecuaciones de Maxwell teniendo

E la misma dirección, magnitud y fase en los planos infinitos perpendiculares a la dirección de

propagación (lo mismo ocurre para H) y para poder crearla se requeriría de una fuente de

extensión infinita. Es por eso que este tipo de onda no existe físicamente, debido a que se

extiende hasta el infinito, por lo menos en dos dimensiones, y representa una cantidad infinita de

energía en el espacio. Sin embargo, si se está lo suficientemente alejados de la fuente, el “frente

de onda” (o la superficie de fase constante) será casi esférica y una porción muy pequeña de una

esfera gigante es casi un plano.

3.3 GENERALIDADES

Una onda electromagnética puede ser reflejada y transmitida al atravesar la interfaz entre

un medio y otro.

La interfaz puede ser definida como el límite entre dos diferentes impedancias intrínsecas

η1 y η2 definidas por la razón entre el campo eléctrico y el magnético de una onda

electromagnética.

En la figura 3.2 se muestra una onda plana uniforme incidente sobre la frontera entre

regiones compuestas por dos materiales diferentes. El signo + indica una onda que viaja en

sentido positivo. Asociado con Ex+ se tiene un campo magnético Hy+. La onda plana uniforme,


22

en la región I, que está viajando hacia la superficie frontera, se llama onda incidente. Se

transmitirá energía por la superficie frontera hacia la región II, proporcionando una onda que se

mueve en la dirección x positiva en este medio.

De esta forma se tiene que la onda que se aleja de la superficie frontera hacia la región II,

recibe el nombre de onda transmitida y la onda que viaja alejándose de la frontera hacia la región

I, es denominada onda reflejada [8].

Figura 3.2: Una onda Ex+ que incide sobre una frontera plana establece una onda reflejada Ex–

y una onda transmitida Ex2.

3.3.1 Factor de Reflexión y Transmisión de una Onda Electromagnética

Para evaluar la proporción de la onda reflejada y transmitida con respecto a la incidente se

utilizará el concepto de impedancia intrínseca y se mostrará la validez de la condición de

continuidad para E y H incluyendo ambas componentes incidentes y la reflejada. De acuerdo a la

figura 3.2 y tomando en cuenta que el campo eléctrico E está vibrando en el plano de incidencia.

Ex (+)+ Ex (−) = Ex2 Ecuación 3.30

Hy (+) + Hy (−) = Hy2 Ecuación 3.31


23

1

)(

)(

)(

)(

y

x

y

x

H

E

H

E Ecuación 3.32

2

2

2 y

x

H

E Ecuación 3.33

De estas cuatro ecuaciones, se obtiene el coeficiente de reflexión (ρ), y el coeficiente de

transmisión (τ).

12

12

Ecuación 3.34

12

22

Ecuación 3.35

3.4 ESPARCIMIENTO Y ABSORCIÓN DE UNA ONDA

ELECTROMAGNÉTICA EN UN GLACIAR

3.4.1 Aspectos generales

Aun cuando el hielo glaciar es el material geológico más favorable para realizar

mediciones con ondas electromagnéticas, existen fenómenos adversos, asociados a su estructura

interna.

Entre estos fenómenos no deseados se encuentran la absorción y el esparcimiento de las

ondas electromagnéticas. Estos son originados, cuando la onda electromagnética viaja a través del

hielo y colisiona con algún obstáculo, el que puede ser representado como una composición de

pequeñas esferas llamadas esparcidores.

Estos obstáculos pueden estar constituidos por agua, burbujas de aire, sedimentos

acarreados por el hielo o cualquier objeto en el interior de éste [7].


24

A nivel microscópico cualquier obstáculo material está constituido por cargas eléctricas,

las que se ponen en movimiento al ser excitadas por el campo variable de la onda incidentes,

disminuyendo por lo tanto la energía transportada por la onda en igual proporción al movimiento

que adquieren las cargas.

Esta energía traspasada a las cargas excitadas puede dar origen a dos procesos diferentes,

uno llamado “absorción”, donde la energía de la onda se transforma en energía potencial dentro

del obstáculo y finalmente se disipa en forma de agitación térmica o calentamiento del mismo.

Por otro lado esta energía disipada también es remitida en forma de radiación térmica durante el

proceso de enfriamiento del obstáculo. Si en vez de absorber la energía las cargas remiten la

energía recibida en forma de radiación electromagnética en direcciones diferentes de las que lleva

la onda incidente, se habla entonces de “esparcimiento”, que da origen a ondas secundarias o

esparcidas por obstáculos a partir de la onda incidente. En general, el esparcimiento y la

absorción ocurren simultáneamente, aunque en ciertos casos puede predominar uno sobre otro.

Para designar la pérdida global de intensidad de la onda incidente después de superar el

obstáculo, se utiliza el término “extinción” [7].

Extinción = Esparcimiento + Absorción Ecuación 3.36

Cuando una onda electromagnética incide sobre un átomo o molécula, interacciona con la

nube de electrones enlazados.

3.4.2 Absorción de las ondas electromagnéticas

Las pérdidas por absorción constituyen la parte principal de las pérdidas totales de energía

electromagnéticas debido a su propagación en el hielo. Sin embargo las pérdidas por absorción

disminuyen considerablemente en el hielo frío, y la explicación se encuentra a nivel molecular.

Hay moléculas que tienen un momento bipolar permanente como resultado de compartir en forma

desigual sus electrones de valencia.

Estas moléculas se conocen como moléculas polares, de las cuales la molécula no lineal

del agua es un ejemplo y la absorción de la onda principalmente se debe al H2O en su fase

líquida. Cuando se introduce un campo eléctrico, los dipolos se alimentan entre sí y el dieléctrico

toma una polarización orientacional.


25

Si el dieléctrico se somete a una onda electromagnética armónica incidente, la estructura

de las cargas eléctricas internas experimenta fuerzas y/o torques variables en el tiempo. Estas

serán proporcionales a la componente del campo eléctrico de la onda. Para dieléctricos polares las

moléculas en realidad sufren rotaciones rápidas alineándose ellas mismas con el campo eléctrico.

Pero las moléculas son relativamente grandes y tiene momentos de inercia apreciable. A altas

frecuencias impulsoras, las moléculas polares serán incapaces de seguir el campo alternante. Esto

implica que la polarización del dieléctrico disminuirá rápidamente, causando el predominio de la

absorción.

Debido a que el hielo es una red cristalina de átomos de agua, la molécula sigue siendo

polar, sin embargo es más difícil que pueda rotar. Siguiendo las variaciones del campo eléctrico,

entonces la absorción de energía se dificulta, predominando el mecanismo de esparcimiento,

irradiando las ondas a través de las moléculas del cristal. El problema de la atenuación puede ser

solucionado aumentado la potencia de la señal transmitida o la sensibilidad del receptor.

3.4.3 Esparcimiento de las ondas electromagnéticas

La teoría de Smith y Evans presentada en 1972 [7], muestra que el efecto más serio que

ocasiona el esparcimiento, no es la atenuación de la señal, sino que es el enmascaramiento del eco

de retorno a través de la difusión de varios ecos. Este enmascaramiento es producido básicamente

en glaciares temperados, debido a cavidades llenas de agua dentro del glaciar. Estos ecos son

fuertes comparado con el eco del fondo. El esparcimiento es dependiente de la frecuencia, Watts

y England (1976) demostraron que una reducción de la frecuencia del radar a 5 Mhz, reduce el

esparcimiento a un nivel aceptable.

3.5 DIFUSIÓN DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

EN UN GLACIAR

3.5.1 Propiedades eléctricas del hielo glaciar

De todos los materiales geológicos, el más favorable para aplicar el método

electromagnético es el hielo glaciar. Eléctricamente, es altamente resistivo y comparativamente

homogéneo. El campo electromagnético propagado a través de ondas en el hielo es mayor,

comparado con la difusión provocada, cuando choca la onda electromagnética en la roca. La

utilidad de esta propiedad está demostrada por la gran capacidad de penetración de ondas


26

electromagnéticas en el hielo.

El hielo glaciar es un dieléctrico; esto significa que sus propiedades eléctricas pueden ser

especificadas por una permitividad relativa compleja.

j

r Ecuación 3.37

La permitividad dieléctrica depende de la frecuencia de oscilación electromagnética y de

la permeabilidad magnética relativa compleja, que para el hielo es igual a 1, debido a que esta no

depende de la frecuencia del campo magnético, es decir, χm=0.

11 mr Ecuación 3.38

Las ondas electromagnéticas pierden energía a medida que viajan a través del hielo de tal

manera que el eco de retorno es más pequeño que la señal original. El cambio total en la potencia

de la señal durante su viaje a la base del glaciar y de regreso al receptor, NΣ, puede ser descrito

[9] como:

PADRGNNNNNNN

Ecuación 3.39

Donde:

NG: Pérdidas geométricas por difusión.

NR: Pérdidas debido a las reflexiones desde las interfases.

Nφ: Cambios en las fuerzas de la señal debido a efectos de enfoque, conocido como factor de

enfoque o ganancia de refracción.

ND: Pérdidas debido a la dispersión.

NA: Pérdidas debido a la absorción de la señal por el hielo.

NP: Pérdidas aparentes ligadas a la orientación de la antena receptora.

La estimación de la atenuación total de la señal es [9]:


27

7.40)(log20)log(20

TNhGNA

Ecuación 3.40

Donde:

G: Coeficiente de ganancia de la antena.

λ: Longitud de la onda.

h: Grosor del glaciar.

NA(T): Absorción de la señal, dependiente de la temperatura.

Los 40.7 dB representa los cambios de la señal debidos a la dispersión, enfoque y

polarización, la que puede variar dependiendo de las condiciones particulares del glaciar.

3.5.2 Propagación de la onda en el hielo glaciar

La ecuación de la onda viajera a través de un material dieléctrico con pérdidas está dada

por la ecuación 3.41.

xxEjjEV )(2

Ecuación 3.41

Cuya solución es la ecuación 3.42

Kz

xxeEE

0 Ecuación 3.42

Donde K =α+jβ, y arreglando términos, se llega a que el valor de K es el obtenido en la ecuación

3.43.

jjK 1 Ecuación 3.43

Luego como la tangente de pérdida es pequeña en el caso del hielo [9] 1

, se

pueden utilizar las aproximaciones de α, β y η, las que son:


28

2 Ecuación 3.44, constante de atenuación.

2

8

11

Ecuación 3.45, constante de fase.

21 j Ecuación 3.46, impedancia intrínseca.

Luego reemplazando en la ecuación 3.42, la solución general de la onda en el hielo glaciar

está dada por:

zjz

xx eEE

2

8

11

2

0

Ecuación 3.47

Donde ω es la frecuencia angular y la cantidad Zc es la distancia característica de

atenuación en mts, dada como:

2cZ Ecuación 3.48

Donde τ y β son dependientes de la frecuencia y en capas de hielo polar ella es Zc ≈ 1000

mts a frecuencia de radio eco sondaje según la ecuación 3.39. En efecto, la longitud de la onda en

hielo polar depende de la permitividad (ε) y no de la conductividad (τ) [7].

18

12

Ecuación 3.49


29

3.5.3 Reflexión desde la interfaz entre dieléctricos

El mas simple tipo de interfaz entre dieléctricos es el límite entre dos capas adyacentes de

diferentes permitividades, como se muestra en la figura 3.3.

Figura 3.3: Interfaz entre dieléctricos con diferentes permitividades

Para la polarización del campo eléctrico en el plano de incidencia, el coeficiente de

reflexión está dado por:

2

2

12

2

1

2

2

12

2

1

cos1

cos1

sen

sen

Ecuación 3.50

Donde θ es el ángulo de incidencia y los subíndices indican el medio. Para la polarización

del campo eléctrico normal al plano de incidencia el coeficiente de reflexión, llamadas leyes de

reflexión de Fresnel, esta dado por:

sec1

sec1

2

12

2

2

1

2

12

2

2

1

21

21

sen

sen

Ecuación 3.51


30

CAPÍTULO 4

ANÁLISIS DE UN SISTEMA DE

RADAR PARA HIELO

TEMPERADO


31

4. ANALISIS DE UN SISTEMA DE RADAR PARA HIELO TEMPERADO

Las primeras mediciones de espesor de hielo realizadas en Chile, fueron hechas con

gravimetría en el Campo de Hielo Norte [10], donde se estimaron espesores superiores a los 1400

m, definiendo una topografía subglaciar por debajo del nivel del mar. Estas primeras mediciones

lograron ser un valioso aporte al conocimiento glaciológico del área y presentaban una precisión

baja, inherente al método empleado.

4.1 ESTADO DEL ARTE

En el año 1990, en el contexto de las campañas japonesas a Patagonia, se midieron

espesores de hielo en la zona de ablación del glaciar Tyndall [5], las que permitieron detectar más

de 600 m de espesor. Estas fueron hechas con un transmisor OSU (The Ohio State University) y

un receptor Hitachi, cuya pantalla debía ser fotografiada para capturar la señal.

En el año 1992, un equipo de geólogos y vulcanólogos de la Universidad de Bristol,

UK, en conjunto con el SERNAGEOMIN y el Laboratorio de Glaciología, realizaron las

primeras mediciones de espesor de hielo con radio eco sondaje en Chile central, en el glaciar de

la caldera del Nevado de Sollipulli, determinándose espesores máximos de hasta 600 m, al

combinar datos de radar con gravimetría [5]. Este sistema, empleaba un transmisor Bristol (The

University of Bristol) y un receptor FLUKE, que permitía el traspaso de las señales a PC,

evitándose fotografiar la pantalla, que dificultaba la interpretación y colección de datos.

En 1993, se volvió a medir el glaciar Tyndall con el transmisor Bristol, detectándose

valores de espesor levemente inferiores a los de 1990, debido principalmente al adelgazamiento

ocurrido en el período de dos años [5].

A partir de estas exitosas experiencias, se implementó un sistema de radar, que permitiera

medir espesores en forma continua y con almacenamiento digital de datos en formato digital.

Este nuevo sistema fue un radar del tipo impulso, el que fue montado en trineos de fibra

de vidrio, que son arrastrados por mototoboganes, permitiendo capturar en forma continua

perfiles de espesor de hielo glaciar. Este sistema se ha probado con éxito en Antártica en 1996 y

1997 y en Campo de Hielo Norte sobre el glaciar Chico durante la operación Hielo Azul de 1997

[5].


32

A estos radares se conectaron varios largos de antenas dipolo cargadas resistivamente,

optándose definitivamente por un largo de 20 m lo que implica una frecuencia central aproximada

de 2.5 MHz.

La recepción se realizó con un osciloscopio digital Tektronics, en el cual los datos fueron

traspasados vía interfaz RS-232 a un computador portátil, donde eran almacenados en el disco

duro.

El sistema completo fue montado sobre dos trineos de fibra de vidrio, uno para trasladar el

transmisor y otro para el receptor, los que se encontraban unidos por una cuerda y separados por

una distancia promedio de 60 m. La velocidad de desplazamiento fue de aproximadamente 20

km/h, colectándose trazas cada 2 segundos, lo que equivale en promedio a un dato de espesor

cada 5.5 m de desplazamiento horizontal.

En la campaña Antártica de 1996, para georreferenciar las mediciones de espesor, se

instaló sobre uno de los mototoboganes un sistema de posicionamiento satelital (GPS) de calidad

geodésica (marca Topcon). En la campaña de 1997, se emplearon receptores de calidad

topográfica (marca Trimble) y calidad geodésica (marca Leika), los que permitieron obtener

posiciones cada 5 segundos, y mediante la aplicación del método diferencial en el post proceso, el

que se basa en la obtención simultánea de datos utilizando dos equipos GPS‟s, que permiten

lograr precisiones horizontales y verticales inferiores a 5 m.

En la Antártica, este mismo sistema de radar alcanzó una penetración máxima de 1300 m

en la zona aledaña a Patriot Hills, lo que permitió reconstruir tanto la topografía superficial como

subglaciar de dicha zona.

En los últimos años se han implementado nuevos sistemas de medición de espesor de

hielo glaciar con apoyo de helicópteros y aviones. Estos sistemas han sido empleados con éxito

en varios países, midiéndose en forma rápida y efectiva glaciares en zonas remotas [5].

En Noruega, KENNET (1993) emplearon satisfactoriamente un sistema de radar montado

sobre un helicóptero, que permitió medir 300 m de hielo temperado. Este sistema estaba

constituido de un transmisor de impulso con una frecuencia central de 6 MHz y antenas del tipo

dipolo de 8 m.


33

Por otra parte utilizando un sistema aerotransportado similar pero con un transmisor de

150 MHz, fue probado satisfactoriamente también en Antártica donde se midió un máximo de

3643 m de hielo frío [5], ha sido empleado en Chile, con pobres resultados para hielo temperado

de Patagonia y Chile central. Este sistema posee una antena compuesta por un cono reflector,

bajo la cual se colocan las antenas dipolo, que se insertan en tubos de fibra de vidrio, todo lo cual

cuelga del helicóptero [5].

En Noviembre de 2001, un sistema de radio eco sondaje montado en un avión Twin Otter

de la Fuerza Aérea de Chile (FACH), fue probado en glaciares del Parque Nacional Torres del

Paine [5].

Entre los años 2002 al 2009 se han realizado numerosas campañas para efectuar

mediciones de radio eco sondaje, utilizando transmisores del tipo impulso, en la Patagonia sobre

el glaciar Tyndall, las que han dado muy buenos resultados en relación a los equipos y el sistema

utilizados para la medición de hielos. Este mismo sistema ha sido empleado para efectuar trabajos

en glaciares del norte de Chile como el Echaurren Norte, Juncal y San Francisco, entre otros, en

los que se han obtenido los mismos resultados.

4.2 TEORÍA

El Radio eco sondaje (RES) es en la actualidad un instrumento eficiente y ampliamente

utilizado en investigaciones glaciológicas tanto en forma superficial sobre la masa glaciar o desde

una plataforma aerotransportada, permitiendo caracterizar el espesor del hielo, la topografía

subglaciar y su estructura interna. El Radio Eco-Sondaje es un instrumento de sensado remoto

que está constituido principalmente de un transmisor, un receptor, sus antenas y un sistema de

adquisición de datos. El transmisor genera una señal de radio frecuencias que es propagada a

través de la antena transmisora en dirección a un blanco y cuando esta señal alcanza la frontera

entre dos medios de diferentes constantes dieléctricas, parte de la señal es reflejada y otra parte es

transmitida a través del medio. Luego la antena receptora captura la señal reflejada y conociendo

la velocidad de propagación de la onda en el medio, la distancia entre la antena y el blanco puede

ser determinada.


34

Figura 4.1: Diagrama de bloques de un sistema de radar básico.

Un sistema básico de radar para mediciones puntuales o continuas de espesor de hielo,

como el que se muestra en la figura 4.1, está compuesto de dos partes principales: la Transmisión

(Tx), que consiste en un generador de pulsos o transmisor, la antena transmisora y una batería que

proporciona la energía, y por otro lado se encuentra la Recepción (Rx), integrada por la antena

receptora, un amplificador de la señal, un osciloscopio, un computador para capturar los datos y

una batería para alimentar el osciloscopio. Este sistema de radar de dos antenas es conocido como

radar biestático.

4.2.1 Sistema de Radio Eco Sondaje

4.2.1.1 El Transmisor

El funcionamiento del sistema de radar se puede describir de la siguiente forma: el

transmisor genera un gran pulso de tensión y de muy corta duración a una tasa regular conocida

como frecuencia de repetición o PRF. Estos pulsos son radiados a través de la antena transmisora,

propagándose como ondas electromagnéticas. La antena receptora captura estas ondas las que

pueden provenir desde tres caminos distintos: aire, la interfaz aire-hielo y la señal reflejada desde

el fondo rocoso del glaciar.

Este dispositivo esta construido en base a circuitos electrónicos, los que permiten generar

una onda electromagnética, con un rango de frecuencias que se encuentran dentro de las ondas de

radiofrecuencias.


35

Un transmisor que cumple con estas características es el transmisor O.S.U., del tipo

impulso, entregando una señal de salida (pulso de salida) de aproximadamente 1600 Volts (peak-

to-peak), y puede operar en un rango de temperaturas que comprende desde los +30ºC a los -

35ºC. Este transmisor ha sido utilizado extensamente por diversos glaciólogos en varios glaciares

del mundo para determinar topografía subglaciar con resultados satisfactorios.

En generadores de pulsos para mediciones de espesor de glaciares, se viene trabajando

hace ya varias décadas. El generador de pulsos U.S.G.S (Transmisor Monopulso), fue el primer

transmisor diseñado para el sondeo de glaciares temperados por el Servicio Geológico de los

Estados Unidos (United Status Geological Survey).

Por su bajo costo y versatilidad a diferencia de los sistemas o métodos gravitacional y

magnético y sísmico, se utiliza en forma preferente para fines glaciológicos. Este es el caso del

Laboratorio de Glaciología de la Dirección de Programas Antárticos de la Universidad de

Magallanes, en Punta Arenas.

Los sistemas actuales usados por nuestra Universidad son el radar FMCW y el transmisor

O.S.U.

4.2.2 El Transmisor O.S.U.

Este transmisor de impulso fue construido en el departamento de Ciencias Geologicas de

la Universidad Estatal de Ohio en Columbus EE.UU. [7] el que es un generador que se utiliza

específicamente para realizar mediciones sobre cubiertas de hielo.

Este transmisor cuenta con una resistencia de salida de 390 (Ω) y una tasa de pulsos

ajustable en 200 p.p.s., 400 p.p.s. y 800 p.p.s., además su tensión de salida es medida con una

impedancia de salida de 50 (Ω) en serie con un condensador de 5 nF, y su tiempo de subida

aproximado es de 100 ns (20% a 80% de tensión). Puede operar en un margen de temperatura que

comprende entre los -35ºC a los +30ºC, su peso es de unos 700 grs y su tamaño es de 200 x 120 x

58 cms. A grandes alturas este puede trabajar con una tasa de repetición alta por solo algunos

minutos [11].

Requiere de una alimentación DC que va desde los 11 a los 15 Volts, consumiendo 5,3

Watts a 200 p.p.s. 10 Watts a 400 p.p.s. y 16,5 Watts a 800 p.p.s.


36

4.2.3 Etapas del Transmisor O.S.U.

Este transmisor está compuesto por tres etapas fundamentales.

4.2.3.1 Etapa de Alimentación

En esta etapa se otorgan 500 VDC regulados que provienen desde una tensión de entrada

de 10 a 15 V DC. Básicamente este circuito es un conversor DC/DC o, dicho de otra forma, este

es una fuente conmutada en base a un conversor Flyback el que se encarga de elevar la tensión de

entrada del circuito.

Los 10 a 15 V DC que se introducen a la entrada se suministran desde una batería de 12

V, para lo que se asume que la impedancia interna del circuito es igual a cero. Para lograr este

objetivo se introducen condensadores los que, además, sirven de filtro y proporcionan un bajo

ripple a la fuente de tensión.

Figura 4.2: Diagrama de bloques de la etapa de alimentación.

El control del conversor Flyback se efectúa a través de un modulador de ancho de pulso

(PWM) como se ve en el diagrama de bloques de esta etapa mostrado en la figura 4.2. La señal

del PWM es un tren de pulsos que se entrega a un transformador de pulsos, donde la tensión es

elevada de acuerdo a la razón de vueltas del transformador y luego esta tensión de salida es

transferida derechamente a la etapa de control.

El diseño del transformador de pulsos normalmente se realiza para transmitir pulsos de

tensión o corriente con ciertos requisitos predeterminados o para suministrar cierta forma a un

pulso de entrada. La relación de vueltas que tiene el transformador se mantiene baja para


37

proporcionar una forma de onda de salida como la deseada. El conversor se comporta de acuerdo

a las siguientes figuras.

Figura 4.3: Esquema del conversor Flyback.

La figura 4.3a muestra el estado de conducción del conversor Flyback, periodo en el que

la bobina primaria del transformador almacena energía y la tensión en la bobina secundaria

favorece la polarización inversa del diodo permitiendo que el núcleo se magnetice

completamente.

La figura 4.3b muestra el estado de no conducción del Flyback, situación en la cual el

núcleo se desmagnetiza a través de la bobina secundaria situación que favorece la polarización

del diodo descargando la energía almacenada por medio de la resistencia.

4.2.3.2 Etapa de Control

Esta se encarga de controlar el instante en que la tensión establecida por la fuente

switching es transferida a la etapa de salida del transmisor.

Para realizar el control, una señal controla la aplicación de tensión a los interruptores de

potencia y la otra señal se encarga del disparo del pulso aplicado al terminal Gate de los SCR‟s

(etapa de salida). La figura 4.4 muestra el diagrama de bloques del circuito de control.


38

Figura 4.4: Diagrama de bloques de la etapa de control.

En la figura 4.5 se muestra el método de selección de la tasa de pulsos que se utiliza para

esta etapa del transmisor.

Figura 4.5: Selección de tasa de repetición de pulsos mediante un puente.

La tasa de repetición de pulsos de 200 p.p.s. utiliza menos energía de la batería de

alimentación y produce un pulso un poco más potente, mientras que la tasa de 800 p.p.s. puede

producir recalentamiento del transmisor.

El control de la tensión que se aplica a la etapa de salida del transmisor, es realizado sobre

los interruptores de potencia, los cuales actúan como se muestra en la figura 4.6.


39

Figura 4.6: Carga y descarga de los condensadores de salida.

En la figura 4.6a el Mosfet Q3 se encuentra en estado de no conducción permitiendo que

el Q4 conduzca, con lo que se logra que los condensadores se carguen con la tensión de la etapa

de alimentación (500 V). En la figura 4.6b se ve que al ser aplicado el pulso desde el integrado, el

Mosfet Q3 pasará al estado de conducción favoreciendo la polarización directa del diodo D, con

lo que se deja de aplicar la tensión de entrada.


40

4.2.3.3 Etapa de Salida

Esta etapa transforma la señal de tensión en una onda electromagnética, la que se radiará

hacia el exterior del transmisor a través de las antenas.

La tensión de salida de 500 V, carga a través de una resistencia un condensador

equivalente para que, al cerrarse los tiristores, esta permita la descarga de los condensadores.

En esta etapa, todos los módulos semiconductores SCR‟s actúan como conmutadores, los

que, al recibir los pulsos en cada una de sus puertas (Gates), pasan al estado de conducción

conectando en serie los condensadores, lo que permite obtener los 800 V positivos y negativos

respecto a un terminal común. El diagrama de bloques de esta etapa se muestra en la figura 4.7.

Figura 4.7: Diagrama de bloques de la etapa de salida.

Una vez que los condensadores están cargados estos son descargados hacia el terminal

común (tierra) a través de resistencias en cuyos terminales se conectan las antenas que transmiten

el pulso hacia el interior del hielo.


41

4.3 SISTEMA DE RECEPCION DEL RADAR

4.3.1 Función del Osciloscopio como parte del Sistema de Radar

El osciloscopio es parte fundamental en la etapa de Recepción de un sistema de radar,

pues en el se visualizan directamente las señales que provienen desde el transmisor de pulsos,

vale decir: la señal aérea, la señal de interfaz y el eco de fondo. La diferencia de tiempo entre el

arribo del eco de fondo y las señales de superficie, es representativa de la profundidad del hielo,

en el punto medio entre el Transmisor y el Receptor.

Por lo tanto es necesario contar con un osciloscopio que posea un buen rango de

frecuencias en las que pueda medir con precisión (ancho de banda sobre los 100 MHz) en las

tareas de radio eco sondaje, puesto que de la exactitud y precisión del instrumento dependerá la

calidad de las mediciones del espesor del hielo.

Es necesario obtener un registro permanente de las trazas observadas en terreno, las que

deberán quedar respaldadas en un archivo digital, permitiendo el post proceso de la información.

Esto ayudará a reducir los errores de tipo sistemático en la posterior interpretación de las trazas.

Para conocer más características del osciloscopio usado ver el anexo A.

4.3.2 Antenas

Las antenas utilizadas por el sistema de radar diseñado por Watts y Wright [11] y sistemas

posteriores, son del tipo dipolo resistivo, como las del sistema utilizado en este trabajo. A primera

vista estas antenas son mas parecidas a los dipolos de hilo delgado utilizados por los

radioaficionados para transmisiones en el margen HF (High Frecuency: 1-30 MHz), que a las

antenas parabólicas de los radares convencionales. La razón de esto es justamente la banda de

frecuencias a la que opera el sistema de radar para hielo, que va desde los 1 a 10 MHz. Sin

embargo, a diferencia de las antenas dipolos para comunicaciones de radio, que funcionan a una

sola frecuencia, a la que son resonantes (L=λ/2, donde L es la longitud del dipolo y λ la longitud

de la onda asociada a la frecuencia de transmisión), las antenas del sistema de sondeo son de

banda ancha, es decir, pueden operar simultáneamente en varias frecuencias. El motivo por el que

estas antenas deben ser de banda ancha radica en el tipo de señal proporcionada por el transmisor.

Esta señal es una tensión que se aplica bruscamente en los terminales de la antena, la que


42

posteriormente decae en forma exponencial. Este proceso se repite a una frecuencia de

aproximadamente 10 KHz [11].

La señal reflejada al final de la antena, puede restarse al nuevo pulso emitido por el

transmisor, quitando potencia a la señal. Para evitar este fenómeno, denominado “reverberancia”,

se colocan resistencias a intervalos regulares en los brazos del dipolo. Estas resistencias tienen

por propósito reducir gradualmente las componentes de la señal que originan los reflejos al final

de la antena.

El como se distribuyen estas resistencias a lo largo de cada brazo del dipolo esta dado por

la ecuación 4.1 [11]:

xlxR

)( Ecuación 4.1

Donde:

x: Distancia desde el punto de alimentación en metros.

l: Longitud de un brazo del dipolo (λ/4) en metros.

Ψ: Constante de carga resistiva.

R(x): Resistencia por unidad de longitud.

En teoría se obtiene una distribución continua de resistencia por unidad de longitud. En la

práctica se utilizan resistencias discretas, en un número y ubicación arbitrariamente fijadas por el

constructor del dipolo de acuerdo a la siguiente formula aproximada [11]:

n

l

xlsxRR

i

ii

)()( Ecuación 4.2

Donde:

n: Número de resistencias.

xi: Posición de la i-esima resistencia a partir del punto de alimentación.

Ri: I-esima resistencia i= 1….n.

s= Intervalo de influencia (l/n).

l: Longitud de medio dipolo (λ/4).


43

La figura 4.8 muestra como se podría distribuir la carga resistiva sobre medio dipolo

usando cinco resistencias discretas.

Figura 4.8: Monograma de distribución de carga resistiva sobre el brazo de un dipolo.

Un dipolo resonante a una frecuencia f, debe tener una longitud λ/2 donde λ es la longitud

de onda asociada (no siempre es valido). La ecuación 4.3, proporciona la relación existente entre

λ y f.

f

cK Ecuación 4.3

c: Velocidad de la luz en el vacío.

K: Constante o factor de velocidad. Cuando se multiplica la velocidad de las ondas

electromagnéticas en el vacío por este numero, se obtiene la velocidad de las ondas en el medio

físico donde estas se propagan.

Se dividen ambos miembros de la ecuación 4.3 por 4 tenemos:


44

f

cK

44

Ecuación 4.4

pero λ/4 es la longitud de medio dipolo l, por lo tanto:

f

cKl

4 Ecuación 4.5

Tomando K·c como 200m/μs (velocidad de propagación de las ondas en la interfaz aire-hielo) y

despejando f se obtiene finalmente:

lf

50 Ecuación 4.6

Con respecto a la orientación de las antenas se han probado varias configuraciones siendo

las más habituales las mostradas en la figura 4.9.

Figura 4.9: Configuraciones de antenas utilizadas en un sistema de radar para hielo.

También se recomienda separar las antenas a una distancia adecuada para eliminar

acoplamientos inductivos que pueden saturar los amplificadores en la recepción. Para la

configuración paralela la distancia recomendada es de dos veces l. Para la configuración colineal


45

la distancia mínima recomendable entre los centros de las antenas es tres veces l [11].

4.3.3 Balun

Los dipolos con toma central son circuitos balanceados, es decir, eléctricamente

simétricos con respecto a sus terminales. Una antena balanceada debiera ser conectada a un

sistema balanceado, para preservar la simetría eléctrica con respecto a tierra y así evitar las

corrientes desbalanceadas y la radiación en la línea de transmisión conectada a la antena.

Para conectar un sistema balanceado tal como una antena dipolo a un sistema

desbalanceado como una línea de transmisión coaxial, sin perturbar la simetría de la antena, se

requiere un circuito que aísle la carga balanceada de la línea desbalanceada y que además

garantice una adecuada transferencia de potencia. Los dispositivos que realizan esta función se

denominan BALUN (una contracción de las palabras en ingles balanced-unbalanced lines

transformer).

En consecuencia, una antena balanceada debe ser conectada a una línea balanceada, como

por ejemplo una línea de cables paralelos, para así mantener el balance inherente al sistema. Sin

embargo, si la antena es conectada a una línea de transmisión coaxial, entonces se requerirá de un

BALUN para realizar la conexión.

El BALUN del sistema de radar está ubicado a la salida de la antena receptora, acoplando

el dipolo con el osciloscopio. Como los niveles de potencia son bajos en la etapa de recepción, no

son de importancia las consideraciones de temperatura en el núcleo y el grosor de los cables de

los devanados.

La ferrita permite la construcción de transformadores pequeños, de pocas vueltas y gran

ancho de banda, siendo típicos del rango HF los núcleos toroidales con devanados de ocho a diez

vueltas, obteniéndose diseños muy compactos. Las permeabilidades de las ferritas van desde los

100 (30 MHz) a los 2000 (0.1 MHz) [8].

Para limitar la entrada del preamplificador externo y del amplificador interno del

osciloscopio a ± 0.5 V se utilizan diodos a la salida del BALUN como se muestra en la figura

4.10.


46

La construcción de un BALUN de banda ancha de razón 1:1 para conectar antenas dipolo

a líneas coaxiales de 300 Ω (antena) es sencilla y de bajo costo, ya que se necesita un yugo

(flyback) de un televisor en desuso y unos metros de cable para su construcción.

Figura 4.10: Diagrama de una red adaptadora de impedancias (Balun).

4.4 SISTEMA DE ADQUISICION DE DATOS

La adquisición de datos es una parte importante dentro del sistema debido a que los

antecedentes que se obtienen en terreno son los que luego nos permitirán obtener un perfil6 de la

zona de estudio, para así determinar la profundidad de la masa de hielo en la que se realizaron las

mediciones.

De esta forma el sistema de adquisición esta compuesto por un computador marca Husky

modelo FC-486, que ofrece muchos beneficios para trabajar en terreno, debido a que es portátil,

robusto, compatible con PC‟s del tipo IBM, que utiliza el sistema operativo Microsoft MS-DOS y

la Interfaz de Usuario Gráfica (GUI) de Microsoft Windows. Se le permite ejecutar una amplia

gama de off-the-shelf o aplicaciones normales mientras está en movimiento (ver anexo B).

Luego el traspaso de los datos se realiza vía puerta serial (RS-232), la que se encuentra

estandarizada por la Asociación de Industrias Electrónicas de los EE.UU. El osciloscopio

utilizado puede transmitir en forma directa los datos digitales a través de un puerto Ethernet, con

conector del tipo RJ-45, a la puerta serial (RS-232) (ver anexo D).

Por otro lado se utilizó también un cable de conexión serie RS-232 tipo Null-Modem, el

cual se usó para efectuar el traspaso de la información almacenada en el computador Husky

MP2500 (ver CAPÍTULO 5 y anexo D) a un computador Notebook utilizado en terreno.

6 Perfil es la representación de la variación de la altura (o espesor) con respecto a la distancia recorrida.


47

Finalmente para realizar la transferencia de datos desde el osciloscopio al computador

personal, se manejaron programas efectuados en lenguaje Q-basic, los que son utilizados

actualmente por los integrantes del equipo de trabajo de la DPA de la Universidad. La función

principal que cumplen estos programas es la de tomar los datos digitales que se encuentran en

pantalla y transferirlos directamente a un archivo para su posterior análisis y una vez ajustados

los parámetros del osciloscopio y teniendo en memoria del computador los programas, estos se

ejecutan y producto de esto se almacenan los datos en un archivo.

4.5 SISTEMA DE GEORREFERENCIACIÓN (GPS)

Una de las características del sistema de radar utilizado, es que en forma paralela y

simultánea a la captura de las señales del radar, se graba en el computador un archivo de registro

de tiempo que almacena la hora en que cada disparo fue efectuado. Este archivo es el que

permitirá relacionar cada medición de radar con los datos capturados con el sistema de

georreferenciación (GPS), para luego poder determinar en forma exacta el lugar, la hora, la altura

y las coordenadas donde fueron realizadas las mediciones y así obtener información detallada de

cada uno de los puntos medidos. Junto con esto el GPS permite georreferenciar en forma

continua, en tiempo real y post proceso, todas las capturas de datos y actividades en terreno,

razón por la que es una herramienta fundamental dentro del sistema de radar. Estos motivos

justifican la utilización del GPS en el sistema y, por otro lado, este es muy necesario al momento

de almacenar las rutas y los lugares donde se efectuaron las mediciones debido a que en

campañas futuras estos datos pueden ser de mucha importancia para realizar una nueva medición

en esos lugares y ver el comportamiento del glaciar de un período a otro.

El Sistema Global de Posicionamiento (GPS) es un sistema de radio navegación,

desarrollado por los Estados Unidos. El servicio de posicionamiento estándar - SPS (Standard

Positioning Service) facilita las señales de uso civil 24 horas por día, en cualquier lugar del

planeta, posibilitando la obtención continua de tiempo (fecha/hora) y coordenadas (latitud,

longitud y altura) con alta precisión. Mientras que el GPS al principio fue para fines de

navegación militar, ahora predominan múltiples aplicaciones civiles, tales como: navegación,

geodesia, topografía, conversión de hora con precisión, entre otros.


48

CAPÍTULO 5

OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA

DE RADAR PARA HIELO

TEMPERADO


49

5. OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE RADAR PARA HIELO

TEMPERADO

5.1 MODIFICACIONES REALIZADAS AL SISTEMA DE RECEPCIÓN

DEL RADAR.

Como se señala en el capítulo 4, el sistema de recepción del radar está compuesto de dos

elementos básicos que permiten realizar un óptimo trabajo de medición, los que se comunican

entre si a través del puerto serie (RS-232):

- osciloscopio Tektronix modelo TekScope THS 720

- computador portátil Husky modelo FC-486

Para verificar si existe algún tipo de problemas con el equipo original, se realizó una serie

de mediciones de prueba (mediciones de tensiones de entrada y salida del transmisor,

alimentaciones del osciloscopio y del computador, ejecución de programas y revisión de las

antenas y Balun) para revisar y verificar que estos funcionen adecuadamente al momento de

efectuar las mediciones correspondientes.

Al revisar el osciloscopio Tektronix THS 720, se pudo constatar que éste no presenta

mayores problemas en su actividad y cumple con todas las funciones que son necesarias para

realizar las mediciones en terreno, tales como son la captura de señales, el trabajo con baterías y

la comunicación vía puerto serie. Por otro lado se vió que los problemas de humedad que existen

no son mayores debido a que este equipo esta diseñado para realizar trabajos en terreno.

Luego se procedió a examinar el computador Husky FC-486 el que presenta problemas,

debido a que algunas teclas han perdido su funcionalidad, y al mismo tiempo se mostró un

inconveniente de trabajo del computador en ciertos pasajes de la ejecución de programas, captura

de datos y comunicación vía puerto serie. Estas dificultades hacen que el trabajo en terreno sea

más lento, debido a que por momentos se pierde la comunicación con el osciloscopio, lo que

produce una serie de conflictos en el instante que se realizan las mediciones. Por otro lado existe

la posibilidad cierta de que los datos tengan algún grado de incoherencia y no reflejen los

objetivos esperados.


50

Debido a que el computador FC-486 presenta problemas de comunicación y de captura de

datos se reincorporó al sistema el computador portátil Husky modelo MP2500 (ver anexo C), con

la finalidad de mejorar el método de medición y eliminar los problemas que se presentaban con el

computador usado anteriormente. Las características principales de este equipo son presentadas

en el anexo C.

5.2 MODIFICACIONES DE LA INTERFAZ DEL SISTEMA

Para realizar la comunicación entre el computador portátil MP2500 y el computador de

escritorio o Notebook al que se van a traspasar los datos para ser procesados, es necesario contar

con un cable de comunicación serie RS-232 tipo Null-Modem. La utilización de este tipo de cable

serie corresponde esencialmente a que el MP2500 utiliza los programas INTERLNK de DOS y

HCOM de Husky Computers Ltd. (ver anexo E), los que realizan el traspaso de información,

transmisión y recepción de datos, mediante este estándar de comunicación.

RS-232 (NULL-MODEM)

Figura 5.1: Conexión directa mediante cable NULL-MODEM.

Cuando se trasmite utilizando este estándar se debe tomar en cuenta algunos factores,

como la velocidad de transmisión, control de flujo y paridad. En una máquina trabajando bajo

plataforma Windows, la velocidad máxima que se puede llegar a utilizar es de hasta 38400 bps en

transmisiones seriales.

Un parámetro que se debe notar en las transmisiones de datos es el bit de parada el que se

agrega al final de una transmisión para señalar el fin de la misma. El uso más común de este bit

es con valor 1.

Cuando se usa el programa INTERLNK de DOS en el computador Husky MP2500 no se

pueden realizar transferencias de ficheros o archivos, debido a que el programa envía un mensaje

de ERROR en el proceso. Es por este motivo que se debió elaborar un cable del tipo Null-

Modem, el que elimina este problema de conexión del MP-2500. La conexión de este tipo de

cables se muestra en la figura 5.2.


51

Figura 5.2: Conexión de un cable cruzado tipo Null-Modem.

Siguiendo el grafico de conexión mostrado anteriormente y la tabla 5.1, se tiene como

resultado el cable cruzado Null-Modem, en el que se debe notar que los pines numero 9 de ambos

lados del cable se encuentran en modo No Conectado (N/C). Para más información de este tipo

de cable ver el anexo D.

Tabla 5.1: Configuración de pines para un cable tipo Null-Modem.

# de pin en el

extremo 1

# de pin en el

extremo 2

9 N/C

3 2

2 3

7 8

8 7

5 5

6 4

1 4

4 1

4 6

N/C 9


52

5.3 INCORPORACION DE NUEVOS PROGRAMAS AL SISTEMA PARA

MEJORAR SU MANEJO EN TERRENO

Para realizar el procesamiento de los datos capturados en campo, es necesario contar con

un sistema que permita respaldar y un método eficiente de transmisión de archivos hacia el

computador, por este motivo se incorporó al equipo, el sistema de comunicación y programa de

transferencia de archivos llamado HCOM for Windows (ver anexo E), fabricado y distribuido por

la empresa Husky Computers Ltd., que se encuentra disponible en la pagina oficial Web de la

empresa distribuidora del computador portátil Husky MP2500. Este programa tiene como

objetivo el establecer comunicación entre el MP2500 y otro PC, para realizar las tareas de

transferencia y recepción de archivos hacia ambos computadores.

HCOM para Windows es una utilidad de transferencia de archivos diseñado para

utilizarse con la gama completa de computadoras portátiles de la compañía Husky. Utiliza una

interfaz similar al Administrador de Archivos y opera en todas las plataformas Windows,

incluyendo Windows 3.1, Windows 95, Windows NT (3.51 y 4.x) y Windows XP.

Las características y utilidades que ofrece este programa son descritas en el anexo E.

5.4 OPTIMIZACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL

SISTEMA DE RADAR Y SUS COMPONENTES

En general todos los componentes del sistema de radar están dispuestos físicamente de tal

forma que permita su desplazamiento sobre la superficie glaciar. En este trabajo se optimizaron

los componentes del sistema con el objetivo de asegurar las mediciones en terreno, debido que es

necesario contar con soportes adecuados para generar un equipo apropiado que permita cumplir

con las exigencias de terreno.

El elemento inicial de trabajo en esta etapa fueron las antenas las que se instalaron sobre

los soportes del tipo telescópico de longitud 6 metros cada una, lo que permitió verificar su

eficacia como soporte para condiciones extremas. Estos soportes pueden ser vistos en la figura

5.3, en la que se muestra la labor que cumple en terreno.


53

Figura 5.3: Sistema de radar (Transmisor y Receptor) instalado sobre los crochet.

Figura 5.4: Fase de transmisión del sistema sobre el Glaciar San Francisco.


54

Para la segunda etapa de las pruebas fue necesario adecuar un soporte como base de

apoyo para las cañas de fibra del tipo telescópicas, las que de acuerdo a los requerimientos eran

necesarias para el desempeño del equipo durante los desplazamientos en campo. El soporte base

es mostrado en la figura 5.5.

Figura 5.5: Base plástica diseñada para apoyar los soportes telescópicos.

En conclusión todos los elementos necesarios para transportar los equipos, debieron ser

instalados en los pedestales hechos para el transporte de mochilas. Estos son elaborados en

plástico, lo que es una ventaja debido a que este tipo de estructura es más liviana que una

estructura metálica, induciendo a que la carga de los equipos sea de fácil traslado y más sutil para

los individuos que deben llevar el sistema sobre sus hombros, tomando atención a que los

elementos utilizados para construir este soporte físico son ligeros de peso (plástico y fibra de

vidrio).

El equipo utilizado para el trabajo en terreno se puede ver en las figuras 5.3 y 5.4, donde

se muestra el manejo del dispositivo en faenas de medición, en sus fases de Transmisión y

Recepción.


55

CAPÍTULO 6

ADQUISICION Y

PROCESAMIENTO DE DATOS

DEL RADAR


56

6. ADQUISICION Y PROCESAMIENTO DE DATOS DEL RADAR

6.1 PRUEBAS DE LABORATORIO

Estas pruebas se realizaron con el objetivo de verificar el funcionamiento general del

sistema de radar en laboratorio, siendo esta una de las fases más importantes del trabajo, debido a

que estas representan la base para realizar trabajos en terreno, para poner el sistema de radar en

marcha.

La primera experiencia o prueba que se efectuó fue la del equipo electrónico tanto para el

transmisor como para el receptor. Esto permitió revisar su buen funcionamiento para su posterior

uso en condiciones de terreno. El objetivo de esta prueba era el de verificar que la tensión de

salida del transmisor fuera de 1600 V y comprobar que las antenas y el Balun funcionaran

correctamente para que la señal recepcionada sea mostrada en el osciloscopio.

En el campus de la Universidad se procedió a ensamblar las etapas transmisora y

receptora con sus respectivas baterías, cargadas previamente, para ser instaladas en dos trineos

separados por una distancia de veinte metros aproximadamente. Luego se efectuaron un total de

seis mediciones puntuales con el sistema de radar, mediante la metodología de adquirir los datos,

apagar los equipos, mover el sistema completo diez metros y adquirir datos nuevamente, hasta

completar el total de seis mediciones. Esta prueba tenia por objetivo probar el sistema y luego

conectar el equipo portátil MP2500 a un computador de escritorio para revisar y comprobar que

los datos puntuales tomados en la Universidad estuvieran correctos en cuanto a su fecha, hora,

nombre, etc., y que correspondieran a mediciones reales hechas por el sistema de radar.

6.2 PRUEBAS EN TERRENO

6.2.1 Generalidades del Trabajo en Terreno

Los equipos instalados pudieron ser probados en la campaña que se desarrolló en la zona

central del país, la que se realizó en los glaciares San Francisco y Echaurren Norte. Esta campaña

se encontraba incluida en el proyecto denominado “RADIO ECO-SONDAJE EN LA CUENCA

DEL RIO MAIPO Y MEDICIONES GLACIOLÓGICAS EN EL GLACIAR TYNDALL,

CAMPO DE HIELO SUR” realizado por la Dirección de Programas Antárticos de la UMAG, el


57

que tiene por propósito conocer el espesor de los glaciares en cuencas típicas del país, para

estimar los volúmenes de hielo equivalentes en agua, debido a que los recursos hídricos de

nuestro país provienen en su mayoría del aporte de los glaciares de montaña los que abastecen

una gran parte de nuestra población, representando una fuente importante de reservas de agua.

En Octubre de 2009, se llevo a acabo una campaña a los glaciares San Francisco y

Echaurren Norte, realizándose las pruebas de campo y ensayos con los equipos y programas

correspondientes a la etapa de transmisión del sistema de radar. En aquella ocasión los datos

fueron almacenados en el computador portátil MP2500.

Durante Noviembre de 2009, se efectuó una campaña al Glaciar Tyndall, que contempló

la travesía sobre su zona de ablación. Se hicieron mediciones de profundidad mediante el sistema

de radar respaldando la totalidad de los datos capturados. Esta información permitió comprobar el

buen funcionamiento de la interfaz del sistema y del software.

6.2.2 Ubicación Geográfica del Glaciar San Francisco

El glaciar San Francisco se encuentra ubicado en la cuenca alta del río Maipo a 90

kilómetros de la capital nacional, en la comuna de San José de Maipo, provincia de Cordillera,

Región Metropolitana, mas precisamente a 33º 45‟ de Latitud Sur y 70º 04‟ de Longitud Oeste.

Este glaciar posee una superficie total de 1,9 km2, pertenece al Parque Monumento Natural El

Morado y su zona de ablación se sitúa sobre los 2500 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.). El

glaciar se encuentra aproximadamente a 3600 m.s.n.m.

Además este se encontraría en un notorio proceso de retroceso, aproximándose en la

actualidad a un sistema de glaciares encajonados. El año 2007 presentaba una disminución de su

superficie un 15% mayor que una medición de 1979 [12].

Esta acumulación de hielo, es un aporte en agua potable para el consumo de la Región

Metropolitana, de allí su importancia.


58

Figura 6.1: Ubicación geográfica del glaciar San Francisco (cuenca del Río Maipo) (Imagen:

[13]).

6.2.3 Ubicación Geográfica del Glaciar Echaurren Norte

El glaciar Echaurren Norte está ubicado en los macizos de la vertiente occidental de la

Cordillera de Los Andes, en el sector de Laguna Negra, a 50 kilómetros al este de Santiago. Su

ubicación geográfica es 33º 35‟ de Latitud Sur y 70º 08‟ de Longitud Oeste, en la cuenca del río

Maipo. La orientación del glaciar es en sentido Sur-Oeste y cuenta con una superficie de 0,4 km2

que se extiende entre los 3650 y 3800 m.s.n.m. Su eje mayor tiene una longitud 1,2 km, con un

ancho medio cercano a los 0.4 km [12].

La importancia de este glaciar, y la de casi todos los glaciares ubicados en la zona central

de chile, radica en que los estudios y las mediciones que se realizan en él, están orientados a

determinar su influencia en el régimen hidrológico de los ríos y sus aportes a estos, especialmente

en épocas de sequía. Es por eso que uno de los objetivos principales de los trabajos realizados en

el Echaurren Norte es determinar el balance de masa en el glaciar, es decir, determinar la

diferencia entre la cantidad de hielo depositada en la zona de acumulación y la cantidad de hielo

perdida en la zona de ablación durante un periodo de tiempo determinado.


59

Figura 6.2: Ubicación geográfica del glaciar Echaurren Norte (cuenca del Río Aconcagua)

(Imagen: [13]).

6.2.4 Ubicación Geográfica del Glaciar Tyndall

El glaciar Tyndall es uno de los más grandes glaciares del Campo de hielo Sur (CHS).

Está ubicado en el interior del Parque Nacional Torres del Paine en el sector sudoriental del CHS,

Región de Magallanes (51º09‟ S, 73º20‟ O). Este glaciar fluye en dirección sur y a lo largo de 32

Km., sobre una superficie aproximada de 331 km2, dando paso a dos lagos proglaciares, el Geikie

y el Tyndall, integrando a su vez a la cuenca de drenaje del río Serrano uno de los mayores

aportes hídricos de Magallanes.


60

Figura 6.3: Ubicación geográfica del glaciar Tyndall (cuenca del Río Serrano) (Imagen: [14]).

6.3 DATOS OBTENIDOS EN TERRENO

Los sondeos de profundidad se llevaron a cabo en las cercanías del campamento base de

la expedición.

Los equipos utilizados en estas actividades fueron: el transmisor O.S.U. (Tx) generador de

las radio frecuencias, un osciloscopio digital marca Tektronix modelo THS720 y un computador

portátil marca Husky modelo MP2500 para efectuar las tareas de recepción y de adquisición de

datos (Rx). Los equipos de transmisión y recepción fueron dispuestos a una distancia de 10

metros entre el transmisor y el receptor para realizar una buena medición de la profundidad del

glaciar.

Las antenas son del tipo dipolos resistivos de 5 metros (usadas en San Francisco y

Echaurren Norte) y 20 de metros de longitud (usadas en Tyndall), las que permiten transmitir y

recepcionar pulsos cuyas frecuencias centrales de salida y entrada son de 10 y 2.5 MHz

respectivamente. Estos pulsos fueron generados por el Tx O.S.U. cuya frecuencia central es de 10

MHz aproximadamente.


61

Inmediatamente después del dipolo resistivo, se acoplo un BALUN con relación de

impedancia de 9:1, para mejorar la calidad de la señal recibida en el osciloscopio.

Figura 6.4: Etapa receptora del sistema

Las antenas fueron dispuestas en configuración paralela, una frente a la otra (ver figura

4.12). El trigger del osciloscopio fue ajustado para capturar los datos, permitiendo esto

sincronizar una imagen estable de la señal en la pantalla del osciloscopio.


62

Figura 6.5: Trabajo en terreno del equipo de Radio Eco-Sondaje.

El osciloscopio y el transmisor O.S.U. fueron alimentados por medio de dos batería

recargables de 12 V, 7,2 Ah, mientras que el computador portátil fue alimentado mediante su pila

interna recargable.

Parámetro Valor

Frecuencia central 10 MHz

Longitud de la antena 5 m

Potencia de salida 51.2 KW

Tensión de salida 1600 Vpeak to peak

Tiempo de subida 100 ns

Tasa de pulsos 200-400-800 p.p.s.

Temperatura de operación +30ºC/-35ºC

Rango (Hielo temperado) 900 m

Resolución (Hielo temperado) 10 m

Peso 20 Kg

Tabla 6.1: Parámetros del radar de impulso


63

Los archivos generados fueron descargados a un computador mediante el programa

HCOM y luego importados al programa Idrisi 32, lo que permite generar un gráfico de los

perfiles de radar. Luego, se utiliza una planilla Excel para determinar los tiempos requeridos en

los cálculos de profundidad.

En la expedición realizada en diciembre del 2009, en el Glaciar Tyndall, se incorporó al

sistema un computador portátil (Notebook) que agilizó todo el proceso del manejo y la

transferencia de datos obtenidos en terreno, debido a que estos eran descargados de inmediato a

través de la interfaz RS-232 y del programa HCOM, lo que permitía que los antecedentes fueran

archivados rápidamente en el disco duro de este computador. Con esto se buscaba limpiar el disco

duro del MP2500 para contar con más espacio en el disco interno y no tener las presiones de poco

espacio en el disco duro.

Una parte importante del trabajo es ver las rutas que se realizan sobre los glaciares, debido

a que las mediciones realizadas con el GPS permiten obtener una georreferenciación del lugar

donde se tomaron las mediciones. La ruta realizada sobre el Glaciar San Francisco se muestra en

la figura 6.6.

Figura 6.6: Ruta efectuada sobre el Glaciar San Francisco (Imagen: [13]).


64

De este modo, en base a la ruta que muestra la figura 6.6, se tiene que los valores de

profundidad obtenidos para el Glaciar San Francisco son los mostrados en la tabla 6.2.

Trayecto

Inicio - Término

Número

de trazas

Distancia

Recorrida (m)

Profundidad

Promedio (m)

SLN06 – SLN09 236 132,7 104,84

SLN06 – SLN09 76 65,3 98,6

SLN06 – SLN09 56 30,8 84,63

SLN05 – SNN01 158 76,7 67,87

SLN05 – SNN01 102 42,9 80,38

SNN01 – SLN05 187 51,7 73,86

SNN01 – SLN05 84 42,1 92,16

SNN01 – SLN05 276 85,6 120,32

SNS05 – SNS01 25 25,8 76,21

SNS05 – SNS01 26 23,9 94,45

SNS05 – SNS01 386 135,4 99,53

TSN05 – SNS01 103 33,1 51,28

SNS05 – SNS01 182 73,4 72,26

SNS05 – SNS01 58 9,5 95,94

SLN09 – SNS05 167 212,7 58,34

SLN06 – SLN05 94 44,6 103,79

Total Recorrido: 1086,2 (m)

Tabla 6.2: Datos de profundidad obtenidos en el Glaciar San Francisco [13].

La siguiente figura (figura 6.7) muestra la ruta realizada sobre el Glaciar Echaurren Norte.


65

Figura 6.7: Ruta efectuada sobre el Glaciar Echaurren Norte (Imagen: [13]).

Según esta ruta mostrada en la figura 6.7, los valores de profundidad obtenidos para el

Glaciar Echaurren Norte se desglosan en la tabla 6.3.

Trayecto

Inicio - Término

Número

de trazas

Distancia

Recorrida (m)

Profundidad

Promedio (m)

E7 – E1 232 201,8 45,27

E7 – E1 99 51,9 38,45

E3 – E2 98 96,4 30,72

E1 – E3 272 257,1 37,02

E1 – E3 56 36,3 30,58

E7 – E4 197 211,9 45,45

E7 – E4 24 31,9 45,48

E2 – E5 298 381,4 47,68

CB – E7 206 200,7 38,99

E5 – E8 98 161,1 35,8

E10 – E9 25 19,4 38,85

E10 – E9 141 133,8 40,55

E11 – E10 157 273,6 40,55

E5 – E11 498 459,3 45,13

Total Recorrido: 2516,6 (m)

Tabla 6.3: Datos de profundidad obtenidos en el Glaciar Echaurren Norte[13].


66

Finalmente en la figura 6.8 se muestra la ruta realizada sobre el glaciar Tyndall.

Figura 6.8: Ruta efectuada sobre el glaciar Tyndall (Imagen: [13]).

Según la figura 6.8, los datos que se obtuvieron sobre el glaciar Tyndall, se exponen en la

siguiente tabla.

Baliza7 UTM Norte UTM Este Espesor (m)

B1 4334747,881 618566,837 126,9

B2 4334479,015 618319,207 265,1

B3 4334351,4 617926,558 398,2

B4 4334175,926 617530,309 487,5

B5 4333963,419 617163,802 524,6

B6 4333788,993 616732,6 548,2

B7 4333489,183 616332,091 -

Tabla 6.4: Datos de profundidad obtenidos en el Glaciar Tyndall [13].

7 Baliza es un tubo de plástico de 12 metros que se utiliza para señalar el lugar geográfico donde se realizó una

medición, con el fin de poder encontrarla posteriormente


67

6.4 INTERPRETACION DE DATOS OBTENIDOS

La onda presentada en la figura 6.9, es una forma de señal de salida de un transmisor de

impulso, que corresponde a la onda electromagnética que viaja en la interfaz aire/hielo y a través

del aire, desde las antenas transmisoras a las receptoras.

Figura 6.9: Señal de salida de un transmisor de impulso (Imagen: [14]).

En la figura 6.10 se muestra la onda superficial y su eco de retorno, encontrándose en esta

ocasión el eco de retorno en fase con la onda superficial.

Figura 6.10: Señal superficial y el eco de retorno, capturados en terreno (Imagen: [13]).


68

Las trazas obtenidas por medio del sistema de radar fueron capturadas por el osciloscopio

digital Tektronix y almacenadas como archivos en el computador portátil Husky.

Cada traza capturada por el osciloscopio está compuesta por 500 datos digitales en

formato binario, por lo que es necesario realizar una transformación de datos de espesor. Estos

datos binarios se importan al programa Idrisi 32 donde se realizan transformaciones y análisis de

los datos.

Una vez seleccionado el sector de datos útiles para el análisis, se procede a transformar

los valores digitales a unidades de Tensión (V) y tiempo (μs), tomando en cuenta la resolución

vertical y horizontal respectivamente. Las gráficas muestran en su abscisa la escala de tiempo y

en su ordenada la escala de tensión alcanzada por cada señal.

De esta forma se obtienen los datos reales de tensión y tiempo de cada traza capturada en

terreno. El conjunto de las trazas muestran la aproximación del relieve subglaciar del lugar

intervenido.

Una vez que los datos son capturados, almacenados y procesados estos permitirán conocer

la profundidad del hielo en cada una de las estaciones medidas, realizando un análisis por medio

de la expresión 6.1, para cuya geometría se asumió una geometría subglaciar plana (ver anexo G).

2

22

2

1s

c

st

cD

h

Ecuación 6.1

D: Espesor del hielo en metros.

s: Distancia entre los centros de la antena Tx y la antena Rx.

t: Diferencia de tiempo entre la llegada del eco de fondo y la señal superficial.

εh: Velocidad de propagación de la onda en el hielo.

c: Velocidad de la señal en el vacío.

Donde:

)( disparoecodivisiones

puntos

escala PPnn

tt Ecuación 6.2


69

tescala: Escala de tiempo.

npuntos: Número de puntos de la pantalla.

ndivisiones: Número de divisiones de la pantalla.

Peco: Píxel de inicio del eco.

Pdisparo: Píxel de inicio del disparo.

La permitividad eléctrica usada para realizar el procesamiento de datos de estos espesores

fue de un valor de 3.17, con lo cual se obtiene un valor de velocidad de propagación de la onda en

el hielo cercano a los 168 (m/μs) [11]. Consultar el anexo G.

Figura 6.11: Método para calcular la diferencia de tiempo entre las ondas de superficie y el eco

de retorno.

La profundidad del hielo queda determinada por la diferencia de tiempo existente entre las

señales de superficie y el eco de fondo. Luego, es importante conocer la diferencia de tiempo

entre los puntos “ O O‟ ”. En la práctica se utilizan los puntos “ A A‟ ”, donde la señal cambia de

signo, por presentarse habitualmente mejor definidos, proporcionando una buena aproximación y

evitando ambigüedades, como muchas veces ocurre con “O”.

Esta diferencia de tiempo ∆tAA‟ se introduce en la ecuación 6.3, que proporciona la

relación matemática entre el espesor del hielo y el intervalo de tiempo entre la onda aérea y el eco


70

de fondo, obteniéndose la profundidad en el punto medio de la línea que une al Tx con el Rx,

suponiendo que las interfaces sean planas y el hielo homogéneo e isotrópico.

Según los datos de las traza de la figura 6.11, se tiene:

AAAA ttt '' Ecuación 6.3

Ingresando este resultado en la ecuación 6.3, se obtiene el espesor del hielo en metros.

Las trazas obtenidas muestran ecos de fondo que a veces se presentan confusos debido,

presumiblemente, a la dispersión producto de la presencia de cuerpos de agua.

6.5 PROCESAMIENTO DE DATOS OBTENIDOS

La captura de los datos en los sistemas de radar es controlada normalmente vía software.

Los programas empleados en los equipos descritos, se han diseñado en lenguaje QuickBasic.

Estos programas permiten definir el número de promedios para cada disparo y también se puede

definir el formato de captura, que por lo general está compuesto por 500 puntos para cada

disparo. Un archivo completo está formado por varios disparos, mas un encabezado general de

512 o 1024 bytes, con información que describe el archivo en términos de escalas de tiempo, de

tensión, promedios empleados y nombre del archivo.

En términos de escala de tiempo, se emplean escalas que fluctúan entre los 20 (μs), para

espesores sobre los 1000 metros, y 2 (μs), para escalas cercanas a los 150 metros. Esto quiere

decir que, del total de la señal transmitida, se capturan únicamente tiempos de retorno inferiores

al valor máximo señalado.

Cada disparo puede ser visto en dos formatos complementarios: diagrama A (Amplitud) y

diagrama R (Raster). El diagrama A permite desplegar cada disparo en un eje de coordenadas

cartesianas, donde la abscisa representa el tiempo y la ordenada representa la tensión. Este tipo de

diagrama sirve para determinar con precisión la forma del pulso transmitido. El diagrama R

permite mostrar todos y cada uno de los disparos en formato de imagen, donde las columnas

representan desplazamientos horizontales (cada disparo) y las filas representan el tiempo de

retorno, a partir del cual se puede calcular el espesor del hielo. Este diagrama permite analizar e


71

interpretar cada perfil, determinándose fácilmente el inicio del disparo superficial y la posición

del retorno subglaciar.

La interpretación de los perfiles se realiza mediante la conversión de los diagramas A, a

un formato raster importable en el software Idrisi32, donde cada archivo es desplegado y

analizado en pantalla. En general los datos son sometidos a una ecualización de sus histogramas

de frecuencia, con el objeto de expandir solo aquellos rangos de valores digitales donde se ubican

las amplitudes de tensión asignables a los retornos subglaciares. Una vez aceptada la validez del

retorno subglaciar, se procede a digitalizar en pantalla el inicio de cada retorno, el cual se

caracteriza por un aumento local significativo de la amplitud de tensión del registro. Esta

digitalización en pantalla, asigna un valor de tiempo de retorno para cada disparo almacenado en

terreno. Con este valor se procede a calcular el espesor de hielo para cada disparo [10].

Como se ha mencionado el primer paso que se debe cumplir es el de realizar una buena

medición del terreno. Luego se deben traspasar estos datos a un computador que contenga el

programa Idrisi32 para realizar el procesamiento de estos datos (ver anexo F) y adquirir los

radargramas del terreno estudiado.

El programa Idrisi 32 es un programa de procesamiento de datos que permite la

digitalización, desarrollo de bases de datos y edición topológica, entre muchas funcionalidades

que ofrece.

6.5.1 Perfiles de Radar Obtenidos para el Glaciar Echaurren Norte.

Con el procesamiento de datos que se realiza en el programa Idrisi 32, se pueden obtener

los perfiles de radar necesarios para determinar en forma exacta la profundidad del hielo en el

glaciar que es objeto de estudio.

A continuación se muestra el resultado de un grupo de perfiles de radar exhibidos en un

diagrama continuo (radargramas), obtenidos sobre los movimientos presentados en la zona del

Glaciar Echaurren Norte.


72

Figura 6.12: Radargrama obtenido en las transectas E3 – E2 y E1 – E3 correspondientemente

(Imagen: [13]).

El gráfico con el registro de la amplitud de las ondas electromagnéticas recibidas a lo

largo de un perfil, sea cual sea su modo de representación, recibe el nombre de radargrama. Las

ondas medidas pueden ser representadas de dos maneras: como trazas (una curva que une los

valores de amplitud de la señal recibida en cada punto de medida); o bien utilizando escalas de

color (cada rango de amplitud de la señal recibida corresponde a un color determinado). Luego

estos datos son analizados y procesados con diferentes filtros para adecuar la imagen y observar

de mejor forma las características de interés.

En la Figura 6.12 se muestra el modo de representación en escala de colores, en la

cual se puede ver que en la transecta E3-E2 el fondo subglaciar se encuentra ubicado a una

distancia cercana a los 20 metros bajo el hielo, mientras que en la transecta E1-E3 se aprecia que

el fondo subglaciar está a una distancia de 25 metros, en parte del trayecto, y a 40 metros bajo el

hielo, en otra sección del trayecto.


73

CAPÍTULO 7

CONCLUSIONES


74

7. CONCLUSIONES

1. Según las características eléctricas del transmisor O.S.U. descrito en este trabajo (relación

potencia de salida y frecuencia de trabajo), este tipo de transmisor ofrece la gran ventaja

de poder ser utilizado tanto en glaciares temperados como en glaciares fríos dependiendo

de la frecuencia que radiará según la longitud de sus antenas. Estas propiedades hacen que

el transmisor O.S.U. sea una eficiente herramienta de medición para determinar espesor y

estructura interna de un glaciar.

2. El programa HCOM for Windows permitió realizar la transferencia de datos desde y

hacia el computador MP2500. Este software es de diseño exclusivo para computadores de

la empresa Husky Computers Ltd y ofrece beneficios como trabajar en ambiente

Windows, desde la versión 3.11 hasta XP, además de tener herramientas de

sincronización de reloj y actualización de software, las que posibilitaron trabajar con el

MP2500. El software HCOM para Windows permitió efectuar las pruebas de los equipos

y programas como así también el respaldo de datos capturados en terreno.

3. Uno de los objetivos fue el de ejecutar un programa en lenguaje Quick Basic para

sincronizar el reloj del computador de terreno con el reloj del sistema de navegación GPS.

La realización de este programa no fue necesaria debido a que el programa HCOM para

Windows incorpora una herramienta que sincroniza el reloj del computador MP2500 con

el reloj del computador dedicado a la estación GPS. Por lo tanto solo fue necesario

sincronizar ambos relojes, para establecer el horario común.

4. La optimización del sistema de radar permitió cumplir con el objetivo de implementar un

equipo eficiente para el traslado general del sistema de radar. Esto fue comprobado en las

dos campañas de terreno que fueron realizadas sobre los Andes centrales, específicamente

en los glaciares San Francisco y Echaurren Norte.

5. Para realizar las mediciones sobre el Glaciar Tyndall fue necesario desplazar los equipos

manualmente y capturar información en forma puntual. Por otro lado, debido a los

espesores de hielo registrados anteriormente en este glaciar superan los 500 metros fue

necesario utilizar antenas de 20 metros de longitud. Por lo antes expuesto no se utilizó el

equipo desarrollado en este trabajo. Los registros de datos muestran la imposibilidad de


75

visualizar más allá del punto B6 (548,2 m., página 72), ya que al llegar al punto B7 no se

registraba eco de fondo en las mediciones.

6. Se realizaron mediciones sobre los glaciares utilizando el sistema de radar con el objetivo

de obtener la topografía basal de cada uno de ellos. De igual forma como complemento se

utilizaron equipos GPS‟s de georeferenciación que permitan determinar la topografía

superficial, junto con georeferenciar la información recolectada por el radar. El

funcionamiento del sistema de radar como el de los equipos GPS‟s de georeferenciación

resultaron favorables en su funcionamiento, permitiendo obtener características

importantes de las zonas de estudio involucradas.

7. El sistema de radar fue utilizado en los glaciares Tyndall, San Francisco y Echaurren

Norte permitiendo determinar espesores que varían de 126.9 m. a 548.2 m. en el Tyndall,

de 58.34 m. a 120.32 m. en el San Francisco y de 30.58 m. a 47.68 m. en el Echaurren

Norte.

8. Si bien ambos sistemas utilizan los mismos equipos de transmisión y recepción y

permiten realizar mediciones en forma puntual y continua, el sistema desarrollado,

utilizado en los glaciares Echaurren Norte y San Francisco, presenta ventajas en lo que

respecta a su implementación y su desplazamiento en zonas remotas con respecto al

sistema utilizado en el glaciar Tyndall. La posibilidad de transportar el sistema mediante

crochet permite un desplazamiento más sencillo y rápido de armar pero lo limita la

longitud de las antenas que éste puede sostener. Por ello se puede concluir que su

utilización corresponde a glaciares pequeños como los estudiados en este trabajo, por que

el rango de profundidad se encuentra del orden de los 100 metros.


76

BIBLIOGRAFÍA

[1] Francisca Bown González, Marzo 2004: “Cambios climáticos en la región de los Lagos y

respuestas recientes del Glaciar casa Pangue (41º08‟S). pp. 1.

[2] Rivera, A. (2005): "Cambios climáticos. Los Glaciares de Patagonia". Revista Investigación y

Ciencia, 349. pp. 36 y 37.

[3] Material educativo (CD) Ministerio de Educación y CONAMA, 2002: “De Mar a Cordillera:

Duodécima Región de Magallanes y Antártica Chilena”.

[4] Gino Cassasa y Andrés Rivera, 2002. Medición de espesor de hielo en Chile con radio eco

sondaje (RES) <http://www.glaciología.cl >

[5] Gino Cassasa y Andrés Rivera, 2002. Conceptos glaciológicos

<http://www.glaciología.cl>.

[6] Roxana Bórquez G. Agosto 2006: “Glaciares Chilenos: Reservas Estratégicas de Agua Dulce

para la Sociedad, los Ecosistemas y la Economía”. pp. 6 y 25.

[7] Carlos Cárdenas, 1998. “Evaluación de transmisores de radar para hielo:

Aplicación en Patrios Hills, Antártica”. Memoria de Ingeniería de Civil en

Electricidad, UMAG, pp. 104-118 y 45.

[8] Silva P. (2006): “Desarrollo teórico para la implementación de un radar tipo Chirp que opere

en baja frecuencia para hielos temperados”. Memoria de Ingeniería de Ejecución en Electricidad,

UMAG. pp. 5-26.

[9] Bogorodsky V.V.; Bentley C.R.; Gudmandsen P. E.; 1985 Radioglaciology. pp. 10-13.

[10] Rivera, A., Casassa. G., Acuña. C (2001): "Mediciones de espesor en glaciares de Chile

centro-sur" Revista Investigaciones Geográficas, 35. pp. 68

[11] Boris Jelincic, 1997. “Desarrollo de un sistema digital de radar para hielo”. Memoria de

Ingeniería de Ejecución en Electricidad, UMAG, pp. 26-32 y 165-168.


77

[12] SEIA8, Octubre 2009: “Declaración de Impacto Ambiental: Proyecto de ecoturismo

Monumento Natural El Morado para El Mundo”. pp. 7 y 8.

[13] Dirección de Programas Antárticos, UMAG, 2009: “Radio eco-sondaje en la cuenca del rio

Maipo y mediciones glaciológicas en el glaciar Tyndall, Campo de Hielo Sur”. pp. 5-7, 11-13,

15-19 y 58-60.

[14] Dirección de Programas Antárticos, UMAG, 2008: “Estimaciones de volúmenes de hielo

mediante sistemas de radar para usos glaciológicos en el norte chico y zona central de Chile y

mediciones glaciológicas en el glaciar Tyndall, Campo de Hielo Sur”. pp. 23 y 77.

[15] Web oficial de la empresa Tektronix <http://www.tek.com>.

[16] Web oficial empresa Handheld Systems <http://www.handheldsystems.com>.

[17] Web oficial de la empresa Spark Fun Electronics < http://www.sparkfun.com>.

8 SEIA: Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental


78

ANEXOS


79

ANEXO A

EL OSCILOSCOPIO Tektronix

TekScope THS 720


80

A.1 Descripción General de un Osciloscopio Digital

En la figura A.1 se muestra en diagrama de bloques que representa la arquitectura típica

de un osciloscopio digital.

Figura A.1: Elementos básicos de un Osciloscopio.

Como se puede apreciar los componentes básicos son:

El amplificador que incrementa la señal de entrada acondicionando el nivel de esta

última al rango de tensión de entrada del conversor A/D.

El conversor A/D que toma una serie de muestras de la señal analógica, las que

son inmediatamente transformadas en códigos digitales, cuyos valores representan

los diversos niveles de tensión presentes en la entrada del instrumento.

La memoria de adquisición, que almacena los datos digitales obtenidos a partir de

la conversión A/D.

La memoria principal, que almacena los datos durante su procesamiento y guarda

las rutinas de control que están operando sobre el instrumento.

El microprocesador, que coordina y controla el sistema en general, realizando

además tareas de monitoreo especificas y funciones de medida.

El sistema de despliegue, que sirve para mostrar en forma grafica los datos

almacenados en la memoria principal y que representan la señal presente en la

entrada.


81

Las características de la señal de radar, determinarán las especificaciones eléctricas del

osciloscopio digital a utilizar. Las especificaciones técnicas y logísticas vendrán dadas por los

requerimientos de la aplicación (temperatura en terreno, humedad, etc.).

A.2 Descripción del Osciloscopio Tektronix TekScope THS 720

El TekScope THS 720 fabricado por Tektronix es un instrumento portátil que combina un

osciloscopio digital, de dos canales, de 100 Mhz y 500 MS/s por canal, un multitester y un

generador de señales. Es una unidad compacta, resistente y de fácil manejo, posee cursores para

medidas, cuenta con memorias para almacenar la configuración y los datos de las formas de onda,

canal de comunicación RS-232, etc.

Este osciloscopio está diseñado especialmente para prestar servicio en terreno, con todas

las funciones de un osciloscopio en tiempo real con un multímetro digital RMS dentro de una

carcasa robusta y funcionando con baterías. Los modos de osciloscopio y multímetro pueden

funcionar simultánea e independientemente sobre la misma o diferentes señales, es totalmente

portátil. La alta resolución, pantalla retroiluminada (que permite el trabajo en condiciones

deficientes de luz) y menús desplegables facilitan a los usuarios sacar el máximo provecho de las

muchas características del instrumento. Estos incluyen cursores, disparo de vídeo, medidas de

voltaje y resistencia y el almacenamiento de formas de onda, datos y configuraciones del

instrumento. Además de las potentes y fáciles de comprender capacidades de disparo - disparo

externo, disparo por retardo, disparo por ancho de pulso y de vídeo con selección individual de

línea y campo [15].

El TekScope THS 720 posee una pantalla de 10 x 7,5 cm de cristal líquido (LCD) con una

resolución de 320 x 240 puntos (o pixeles), que permite visualizar en forma adecuada todos los

detalles de la señal. Esta pantalla puede operar en 4 modos de adquisición: muestreo normal,

detección de datos adulterados, envolvente y promediado [15].

Las señales de cualquiera de los dos canales de entrada, se visualizan con una resolución

vertical de 8 bits y una longitud de registro de 2500 puntos. La tasa máxima de muestreo es de

500 Mmuestras/s con una base de tiempos de 5ns-50s/div. Las señales mostradas en pantalla

pueden ser almacenadas en cualquiera de las 10 memorias de forma de onda para su posterior

estudio. La pantalla permite visualizar formas de onda en cualquier combinación, en forma

directa desde un canal o una memoria.


82

El instrumento es liviano (1,45 Kg) y robusto, ideal para las aplicaciones de terreno. Su

pantalla de cristal líquido está protegida contra la caída accidental de herramientas por una placa

acrílica. Se alimenta con un paquete de baterías de NiCd que tienen un tiempo de duración de dos

horas aproximadamente. Puede además utilizar un adaptador AC/DC para proveerse de energía y

al mismo tiempo recargar las baterías [15].

Tiene puntas de pruebas para alta tensión (toleran hasta 1000 Vrms) y alta frecuencia.

Estas puntas son de mucha utilidad cuando se desea observar la señal de salida del Transmisor de

radar aplicada a una carga artificial que simula la antena.

El osciloscopio TekScope THS 720 posee una interfaz serial RS-232. Este puerto de

comunicación permite programar, controlar e intercambiar datos con el instrumento en forma

directa. La interfaz serial del osciloscopio se utiliza para las siguientes aplicaciones [15]:

- La obtención de copias en papel de las medidas y formas de onda de la señal a través de

impresoras compatibles (como EPSON o HP).

- El control y programación en forma remota por medio de un computador. Esto permite, por

ejemplo, descargar las trazas y medidas efectuadas hacia un computador, introducir trazas desde

un computador y ejercer acciones de control sobre el instrumento (reiniciar, bloquear teclado,

etc.).

Figura A.2: Osciloscopio Tektronix TekScope THS 720


83

ANEXO B

EL COMPUTADOR Husky FC-486


84

El computador Husky modelo FC-486

El computador FC-486 es un portátil, robusto, compatible con PC‟s del tipo IBM, que

utiliza el sistema operativo Microsoft MS-DOS y la Interfaz de Usuario Gráfica (GUI) de

Microsoft Windows. Se le permite ejecutar una amplia gama de off-the-shelf o aplicaciones

normales mientras está en movimiento.

El FC-486 tiene un teclado compatible con PC y una interfaz de lápiz para fácil manejo de

la pluma en las aplicaciones compatibles. Además se puede mejorar su utilidad mediante la

conexión de periféricos o complementos a su amplia gama de puertos. El estándar incluye puertos

serie, paralelo y una ranura de tarjeta PCMCIA.

Los componentes del FC-486 se muestran en la Figura B.1, Figura B.2 y Figura B.3 y la

tabla B.1 describe estos componentes.

Figura B.1: Vista frontal del computador FC-486

Figura B.2: Vista de la parte posterior del FC-486


85

Figura B.3: Vista trasera del FC-486.

Componente Descripción

Teclado El teclado tiene 81 teclas en una disposición QWERTY.

Pantalla La pantalla es una pantalla VGA monocromo, con 16 escalas de

grises y 640x480 píxeles y luz de fondo.

Manilla de Transporte La manilla de transporte le permite llevar el FC-486 y proporciona

almacenamiento para la pluma.

Unidad PCMCIA El compartimiento PCMCIA contiene las dos ranuras PCMCIA

externas. Los soportes aceptan tarjetas PCMCIA tales como

módems, unidades de discos duros ATA y tarjetas de memoria. El

compartimiento es impermeable, cuando están cerradas

correctamente.

Unidad de la batería El compartimiento de la batería guarda la batería principal. El

compartimiento es impermeable cuando se cierra correctamente.

Toma de corriente La toma de corriente proporciona una conexión para el adaptador

AC del FC-486, para cargar la batería principal.

COM1 El puerto serie principal conecta en serie dispositivos externos,

como módems externos, o se utiliza para intercambio de

información con otros equipos a través de INTERLINK de

Microsoft.

LPT1 El puerto paralelo de la impresora conecta dispositivos con un

interfaz de puerto paralelo, como una impresora en paralelo, o es

utilizado para intercambiar información con otras computadoras.

COM2 El puerto serie secundario conecta en serie dispositivos externos,

como módems externos, o se utiliza para intercambio de

información con otras computadoras.

Tabla B.1: componentes del computador FC-486.


86

El teclado funciona como un teclado de PC normal, con algunas características especiales.

El teclado se muestra en la Figura B.4. La función que realiza cada tecla se indica mediante

símbolos situados en sus teclas, y en el teclado superpuesto detrás de él.

Figura B.4: Teclado del FC-486

Las teclas de letras suelen escribir letras pequeñas (a, b, c). Para escribir una

letra mayúscula, mantenga pulsada cualquiera de las teclas y el tipo de la letra deseada.

Si desea escribir una serie de mayúsculas, pulse la tecla para seleccionar el modo de

bloqueo de mayúsculas. Cuando esta en el modo de bloqueo de mayúsculas, puede escribir letras

en menor pulsando la tecla . Pulse de nuevo para volver a escribir normal. La

tecla produce una letra mayúscula o el carácter se muestra en la parte superior de la tecla.

La tecla produce códigos de control que puede controlar su aplicación.

La tecla normalmente proporciona el acceso a menús en Windows, pero también

puede introducir caracteres y símbolos, escribiendo su código ASCII en el teclado numérico.

Para activar el FC-486, se pulsa la tecla , en la esquina superior derecha del teclado.

Cuando se enciende, el FC-486 por lo general comienza desde donde se apagó, en vez de reiniciar

como un computador de mesa. Esto es mucho más cómodo que tener que reiniciar las

aplicaciones y volver a cargar sus datos. La operación de modo de reanudación puede ser

desactivada.


87

Si se ve el siguiente mensaje al encender la FC-486:

BATTERY POWER LOW

significa que la batería necesita recargarse. El FC-486 sólo queda encendido unos segundos, por

lo que luego se apaga. Entonces se debe recargar o sustituir la batería.

Para apagar el FC-486, se pulsa la tecla de nuevo. Apagando la unidad, suspende su

aplicación. La próxima vez que se enciende el FC-486, se puede utilizar la unidad tal y como si

no se hubiera apagado. Para obtener el máximo de tiempo de trabajo de las baterías, se apaga la

FC-486 cuando no se está utilizando, aunque sólo sea por unos minutos.

Si no se puede apagar la unidad, el software puede haber desactivado la clave para

asegurarse de que se puede completar una tarea. El usuario debe ser capaz de apagar el FC-486

para realizar la finalización de la tarea.

El FC-486 puede que se apague por las siguientes razones:

• El FC-486 ha estado inactivo durante un tiempo, normalmente de 4 minutos. Este es el tiempo

de espera de inactividad. Su aplicación puede ajustar este período de tiempo de espera de

inactividad o evitar por completo.

• El software se apaga, por ejemplo, una vez que ha completado una tarea larga y sin supervisión.

• El voltaje de la batería ha caído por debajo de un nivel de umbral. Antes de ello, la FC-486

muestra mensajes de advertencia y los sonidos de alerta o pitidos (siempre que el altavoz está

activado y que el FC-486 está en DOS).

• La batería ha fallado o ha sido eliminada. En los dos primeros casos, se puede activar de nuevo

y utilizar el FC-486 en forma normal. Si el voltaje de la batería es bajo, el usuario debe ser capaz

de activarlo, pero el FC-486 muestra mensajes de advertencia y se apaga de nuevo. Se conecta el

adaptador de CA para recargar la batería. Si la batería se ha eliminado o ha fallado por completo,

se debe instalar una batería de trabajo. Si la batería necesita carga, se conecta el adaptador de CA.


88

El FC-486 utiliza tres tipos de pilas y una fuente de poder:

• Una batería principal extraíble y recargable. Esta es la principal fuente de energía para la

operación móvil. Se puede cargar internamente mediante el adaptador de CA.

• El adaptador de CA, puede alimentar la FC-486 para la operación de escritorio. La batería debe

estar instalada en la FC-486 mientras usa el adaptador de CA.

• Una batería de seguridad interna fija, libre de caga de la fuente de alimentación principal. Esto

proporciona la energía suficiente para mantener toda la información almacenada en el FC-486

durante al menos 72 horas, incluso si la fuente de alimentación principal falla.

El FC-486 se suministra con 12 MB de RAM y una tarjeta interna de 20 MB de memoria

Flash. La arquitectura de la FC-486 permite un máximo de 8 MB de RAM reales que deben

utilizarse, por lo que el resto de los 4 MB se configura como un disco RAM y aparece como la

unidad D:. La tarjeta de 20 MB de memoria Flash, que aparece como la unidad C:, se utiliza para

el almacenamiento de DOS, los programas de aplicación de software y los datos de Trimble. Si

sus requisitos de datos supera el espacio disponible en la unidad C:, usted puede comprar e

instalar una PCMCIA tipo 3 o hasta dos de tipo 2 o las tarjetas de memoria PCMCIA de unidad

de disco duro.

En circunstancias normales, si se observan los procedimientos de gestión adecuada de la

batería, la batería principal mantiene la batería de reserva. Si el contenido de la unidad D: se

pierde, la reconstruye el FC-486 la próxima vez que se instale o se recargue la batería principal y

se encienda la unidad. Esto establece un procedimiento de reconstrucción de disco de 4 MB de

memoria RAM como la unidad D:, y permite a DOS utilizar esta unidad como un archivo de 4

MB de cambio, que da el mejor rendimiento posible.


89

ANEXO C

EL COMPUTADOR Husky

MP2500


90

El computador Husky modelo MP2500

El equipo portátil HUSKY MP2500 es robusto y resistente al agua. Para ayudar a asegurar

un funcionamiento sin problemas [16], se recomienda que:

- Compruebe cómo utilizar su aplicación antes de comenzar el trabajo.

- Evite someter el MP2500 a:

- Temperaturas extremas innecesarias.

- La inmersión prolongada en agua.

- Maltrato físico.

El MP2500 sale de la fábrica sin la batería instalada. Se debe encajar la batería y cargarla

antes de su uso.

El total de componentes que presenta el MP2500 se muestra en la figura C.1 y la función

de cada uno de ellos se describe en la tabla C.1.

Figura C.1: Diagrama de componentes del MP2500


91

Nº Componente Función

1 Puerto Serie Este conecta en serie dispositivos externos.

2 Teclas de Función Se pulsa para utilizar las funciones de aplicación.

3 Tecla de Encendido Se pulsa para encender o apagar.

4 Correa de mano En la parte trasera de la unidad, esto le ayuda

a mantener el MP2500 de forma segura.

5 Tecla DEL/NO Se pulsa para borrar las entradas o responder NO a

una pregunta.

6 Tecla ENTER/YES Se pulsa para finalizar escribiendo o contestar que SI

a una pregunta

7 Tecla SHIFT Se pulsa para escribir los caracteres (o funciones) que

se muestran encima de las teclas.

8 Tecla BACKLIGHT Si se instala la opción de luz de fondo, pulsar para

iluminar la pantalla con poca luz. Es posible que se

deba pulsar "L", al mismo tiempo (dependiendo de

cómo su MP2500 está configurado).

9 Teclado de Escritura Sirve para escribir las letras o símbolos y funciones

cuando se utiliza con (SHIFT).

10 Tecla de Retroceso Se pulsa para borrar escritura.

11 Tapa de la Batería Se remueve para cambiar la batería.

12 Tecla Espacio Se pulsa para introducir un espacio (en blanco) como

carácter.

13 Teclas de Cursor Se pulsan para mover el cursor. También se utilizan

con SHIFT para ajustar el contraste de la pantalla.

14 Teclado Numérico Se pulsan para escribir números.

15 Tecla ESCAPE (ESC) Se pulsa para cancelar una función.

16 Pantalla LCD Muestra avisos y mensajes, y la información a

medida que escribe.

Tabla C.1: Lista de componentes del MP2500 y sus funciones [16].

Se debe pulsar para encender o apagar el equipo. Para conservar la energía, el MP2500

se apaga automáticamente si no se ha pulsado ninguna tecla durante un tiempo corto. Se necesita

ajustar el contraste de la pantalla para mejorar la legibilidad óptima, especialmente a temperaturas

extremas. Se debe mantener presionada cualquier tecla (SHIFT) y pulsar la tecla para

aumentar el contraste o la tecla para reducir el contraste.


92

Si se instala la opción de luz de fondo hay que tener en consideración que en un ambiente

con luz baja, hay que pulsar la tecla para encender la retroiluminación. Para desactivarla, se

pulsa de nuevo . Es posible que se tenga que pulsar la tecla L al mismo tiempo (dependiendo

de cómo está configurada la MP2500). La retroiluminación se apaga automáticamente después de

un tiempo, para conservar la energía [16].

Para escribir números o letras, se debe pulsar la tecla correspondiente. Para escribir un

espacio, hay que pulsar la tecla Sp (ESPACIO). Para borrar los caracteres que se acaban de

escribir, presionar la tecla Clr (RETROCESO). Para seleccionar los caracteres o funciones que

aparecen por encima de las teclas, se debe mantener presionada la tecla (SHIFT) y pulsar la tecla

apropiada.

Las aplicaciones de software normalmente nos permitirá mover el cursor de un carácter o

una línea a la vez, utilizando las teclas de flecha y . Para mover el cursor hacia

arriba o hacia abajo varias líneas, utilice las teclas RePág y AvPág.

Para resetear la MP2500 se debe pulsar y mantener pulsadas ambas teclas (SHIFT). Al

mismo tiempo, hay que mantener presionada la tecla (POWER). Es necesario mantener

presionadas las tres teclas por al menos 5 segundos. Después de un breve retraso la MP2500 se

iniciará, ya sea mostrando la pantalla de bienvenida del MP2500 HUSKY, o el indicador de

DOS, C: \>. (si se muestra la hora del mensaje y restablecer fecha, presionar cualquier tecla para

continuar). Si Ud. se encuentra en la pantalla de bienvenida, presione cualquier tecla para iniciar

MS-DOS, por último se mostrará el símbolo de DOS, C: \>. (En caso de que exista alguna

dificultad, se debe repetir desde el paso anterior, asegurándose de mantener las tres teclas

firmemente durante al menos 5 segundos) [16].

El proveedor de sistema puede tener instalado previamente el software de aplicación en el

MP2500. El software es normalmente cargado en la MP2500 mediante la descarga de archivos

desde un PC. Para hacer esto se necesita [16]:

1. Un cable adecuado para realizar la conexión entre el PC y el MP2500. Tener los cables

HUSKY aprobados.

2. Un programa de transferencia de archivos. La utilidad de transferencia de archivos,

HCOM, se proporciona para el HUSKY MP2500.


93

La MP2500 está diseñada para su uso con pilas alcalinas o un set de batería recargable

HUSKY. Si se utilizan las baterías recargables, utilice únicamente la batería MP2500 HUSKY.

Las baterías alcalinas no recargables no son generalmente recomendadas para su uso con un

MP2500 con cargas periféricas. Las pilas alcalinas no son adecuadas para el funcionamiento a

baja temperatura.

Con una carga completa, la batería MP2500 está diseñada para durar varias horas de

trabajo. Sin embargo, si la batería se encuentra con carga baja una advertencia de BATTERY

LEVEL LOW se muestra. (Después de un período de uso, su MP2500 se apagará

automáticamente y no se enciende de nuevo) [16].

Para conectar un periférico adecuado para el MP2500 se deben seguir los siguientes

pasos:

· Apagar la MP2500 (y el periférico, cuando corresponda).

· Instale el periférico al conector.

· Utilice los mecanismos de bloqueo cuando esté instalada.

· Encienda la MP2500 (y el periférico, si corresponde).

Para desconectar un periférico se siguen los siguientes pasos:

· Apagar la MP2500 (y el periférico, si corresponde).

· Desconectar el periférico del conector.


94

ANEXO D

INTERFAZ DEL SISTEMA DE

RADAR


95

D.1 Traspaso de los datos desde el osciloscopio al PC

El traspaso de los datos entre el osciloscopio y el PC de mano se realizan mediante el uso

de la puerta serial (RS-232).

Figura D.1: Cable Ethernet (RJ-45) a puerta serial (RS-232).

La puerta serial (RS-232) tiene las siguientes especificaciones o características:

- Eléctricas: de acuerdo a la norma de la industria electrónica.

- Tipo de transmisión: Asincrónica.

- Longitud de bit de parada: 1 bit/2 bit.

- Largo del carácter: 8 bits.

- Bit de paridad: Sin paridad.

- Delimitador: C/R L/F o C/R.

- Tasa de Transmisión: 300, 600, 1200, 2400, 4800 o 9600 baudios.

- Protocolo de comunicación: Cable flexible.

Se pueden realizar varias operaciones, interconectando un computador personal al

osciloscopio a través de la interfaz, mediante un programa apropiado.

Los comandos y funciones pueden especificarse a través de operaciones, las cuales son

ejecutadas por el osciloscopio desde un programa. Una alta versatilidad en mediciones

automáticas pueden ser realizadas programando las operaciones en secuencia en un computador

personal.

Antes de operar desde el PC, en el osciloscopio se debe ajustar el nivel de trigger, la

posición vertical (VOLTS/DIV), la posición horizontal (SEG/DIV) de la señal y se debe activar

el botón MAG para ver quinientos puntos de la sección transferidos. Además el osciloscopio debe

activar el modo de estado de retención (HOLD), para que la forma de onda se mantenga en la

pantalla.


96

Así la muestra de datos con la forma de onda adquirida, podrá ser transferida al PC a

través del programa realizado en Basic.

D.2 Cable tipo Null-Modem

El uso más común del estándar RS-232 es en la conexión de un MODEM a una

computadora, como se muestra en la figura 5.1.

MODEM1

RS-232

MODEM2

RS-232

Figura D.2: Conexión mediante modems.

Existe también la posibilidad de conectar dos computadoras directamente sin la presencia

de MODEMS utilizando un cable conocido como NULL-MODEM. Este cable es una variación

del estándar que permite la transmisión gracias al cruce de los pines por donde se trasmite y

recibe, de tal forma que el hilo que se utiliza para la transmisión en un lado es el que se utiliza

para la recepción en el otro.

La siguiente tabla (tabla D.1) muestra el nombre de los pines utilizados con los conectores

DB-9 y su nombre.

DB-9 Nombre Descripción

3 TD Transmitted Data, TxD

2 RD Received Data, RxD

7 RTS Request To Send

8 CTS Clear To Send

6 DSR Data Set Ready

5 SG Signal Ground, GND

1 DCD Data Carrier Detect

4 DTR Data Terminal Ready

9 RI Ring Indicator

Tabla D.1: Pines utilizados para conectar un terminal DB-9.


97

Transmit Data

Envío primario de datos desde el DTE al DCE. El dispositivo que actúa de DTE mantiene

esta línea como un 1 lógico mientras no haya transmisión. Para que exista transmisión en esta

línea es necesario que los pines CTS, DTR, DSR y DCD estén en estado de 1 lógico.

Receive Data

Envió primario de datos del DCE al DTE. Se mantiene en 1 lógico mientras no haya

transmisión. En una transición de ON a OFF de la línea RTS se mantiene en OFF por un corto

intervalo para permitir que se complete la transmisión.

Request To Send

El DTE utiliza esta línea cuando desea transmitir al DCE. Junto con el CTS se coordina la

transmisión entre DTE y DCE. Un 0 lógico mantiene al DCE en modo de transmisión

Clear To Send

Cuando esta señal se encuentra activa le indica al DTE que puede realizar la transmisión.

Cuando las líneas TD RTS DSR y DTR están en ON el DTE tiene asegurada la transmisión de la

información en caso de estar en OFF es una indicación que el DTE no esta listo.

Data Set Ready

El DCE indique al DTE que el canal de comunicación está disponible.

Signal Ground

Esta es la tierra lógica. Esta señal se utiliza como el punto de referencia para el resto de

señales. Debe estar siempre presente.

Data Carrier Detect

El DCE indica al DTE que se ha establecido una buena conexión y que es adecuado

transmitir.

Data Terminal Ready

Cuando esta línea se encuentra en encendido indica al DTE que el DCE está listo para

recibir. Esta señal debe estar en encendido antes que el DCE pueda encender el DSR de esta

manera señala que existe una conexión para la comunicación.


98

Ring Indicator

En esta línea el DCE indica al DTE que existe una conexión entrante. La señal se pone en

ON cuando existe una llamada.


99

ANEXO E

EL PROGRAMA HCOM PARA

WINDOWS


100

EL PROGRAMA HCOM FOR WINDOWS

HCOM para Windows ofrece las siguientes características [16]:

- Capacidad para comunicarse con toda la mano de computadores Husky portátiles.

- Transmitir y recibir archivos utilizando un punto y clic en la interfaz de usuario.

- Fácil gestión de archivos de computadores de mano conectados.

- Compatible con Windows 3.1x, 95, NT 3.51 y NT 4.x

- El uso de canales permite la transferencia de archivos simultáneamente.

- Parámetros de línea de comandos que proporcionan compatibilidad con la versión de MS-DOS.

- La sincronización del reloj de la computadora portátil con el calendario del PC.

- API disponible para los programadores de integración de aplicaciones sin problemas.

Comandos del menú Channel (Canal)

El menú Channel ofrece los siguientes comandos:

New command (menú canal)

Este comando se utiliza para abrir un nuevo canal para la transferencia de archivos hacia

y/o desde un computador Husky conectado. Esta opción no estará disponible si todos los puertos

disponibles se encuentran en uso.

Al abrir un nuevo canal, HCOM para Windows preguntará qué puerto desea utilizar. Se

selecciona el puerto al cual el computador está conectado con el Husky y se presiona Aceptar. El

programa ahora intentará establecer una conexión.

Si se realiza una conexión con éxito, se verá una pantalla de directorio del equipo remoto.

Si una conexión no se puede hacer, se debe verificar que se utiliza el cable correcto y que está

firmemente conectado a un puerto de comunicaciones en el PC y en el equipo Husky. También se

debe ver que se le ha dado la instrucción para utilizar el puerto correcto.

Acceso directo: Barra de herramientas:

Teclas: CTRL + N


101

Find User (menú canal)

Busca una máquina conectada por el usuario y abre un nuevo canal si esta se encuentra.

Reconnect command (menú canal)

Se usa esta opción para volver a establecer una conexión a un computador Husky

conectado. Esta opción sólo estará disponible si al menos una ventana del canal ha sido abierta.

El comando Reconnect puede ser útil si una conexión anterior ha fallado o si otro equipo

se ha conectado al puerto de comunicaciones. Si la conexión con el computador conectado no ha

fallado y un equipo nuevo no se ha conectado a continuación, no es necesario actualizar la

pantalla de directorio.


Teclas: CTRL + C

Refresh Command (menú canal)

Esta opción se usa para forzar la información que debe cargar desde un equipo conectado

Husky y actualizar la presentación de directorio. Esta opción sólo estará disponible si al menos

una ventana del canal ha sido abierta.

El comando Refresh puede ser útil si se desea asegurar que la información que se muestra

corresponde a la que se necesita antes de continuar con otras operaciones.

Acceso directo: Barra de herramientas: ninguno

Teclas: F5

Cancel Command (menú canal)

Utilizar esta opción para cancelar una operación en curso sobre el canal actual. Esta

opción sólo estará disponible si el canal actual está ocupado. La opción cancel es útil si desea

interrumpir la operación antes de tiempo o si se ha iniciado una transferencia de archivos por

error. Algunas operaciones no se cancelarán inmediatamente, sino que se deben terminar cuando


102

HCOM considera que es seguro hacerlo.


Teclas: ninguna

Preferences (menú canal)

Permite al usuario configurar la operación del sistema y los modos en los cuales se desean

que este funcione.

Exit Command (menú canal)

Este comando pone fin a la sesión del programa HCOM para Windows. También puede

utilizar el comando Close en el menú de la aplicación de control. HCOM no puede ser apagado

cuando cualquiera de los canales está ocupado. Se deben cancelar todos los canales ocupados

antes de salir.

Acceso directo: Mouse: doble clic en la aplicación del botón del

menú de control.

Teclas: ALT + F4

Los comandos del menú Session (Sesión)

El menú de sesión ofrece los siguientes comandos:

Change Drive Command (menú Sesión)

Cambia a otra unidad en el equipo Husky conectado. Esta opción sólo está disponible si

un vínculo se ha establecido utilizando el canal actual. Sólo las letras de unidad que están

presentes en el equipo Husky estarán disponibles. Después de seleccionar la unidad requerida, en

HCOM se carga la nueva información y se actualiza la pantalla del directorio.

Acceso directo: Barra de herramientas: a

Teclas: ninguna


103

Transmit Files command (menú Sesión)

Esta opción permite seleccionar los archivos para ser enviados a la computadora remota

Husky. La opción sólo está disponible cuando el canal actual está conectado a la computadora

remota.

Cuando se selecciona esta opción, se mostrará un cuadro de diálogo preguntando qué

archivo(s) deben ser enviados a la computadora Husky. Una vez seleccionado, hacer clic en

Aceptar y los archivos serán transferidos. Si la opción Confirm Overwrites (Confirmar

Sobrescribir) está marcada en la pantalla de Preferencias y cualquiera de los archivos

seleccionados ya existen en el equipo Husky entonces se preguntará si HCOM debe sobrescribir

el archivo(s) existente(s).

NOTA: Si HCOM sospecha que puede haber insuficiente espacio disponible en el equipo Husky

para recibir los archivos, se mostrará una advertencia. Si desea sobrescribir los archivos que ya

existen en el equipo Husky entonces esta advertencia puede ser incorrecta y puede ser ignorada.

NOTA: Hay un límite en el número de archivos que pueden ser seleccionados para su

transmisión. Si todos los nombres de los archivos se muestran juntos, cada uno separado del

siguiente por un espacio, la lista no puede superar los 2048 caracteres. Esta es una limitación de

Windows y no de HCOM.


Teclas: CTRL + T

Receive Files command (menú Sesión)

Este permite seleccionar los archivos en el equipo remoto Husky para ser recibidos y

almacenados en el PC. La opción sólo está disponible si el canal actual está conectado al

computador remoto y al menos un archivo se ha destacado en la lista de directorios.

Cuando se selecciona esta opción, se mostrará un cuadro de diálogo pidiendo que los

directorios de archivo(s) deben ser guardados en el PC. Una vez elegido, hacer clic en Aceptar y

los archivos serán transferidos.


104

Si la opción Confirmar Sobrescribir está marcada en la pantalla de Preferencias y

cualquiera de los archivos seleccionados ya existe en el PC, entonces se le preguntará si HCOM

debe sobrescribir el archivo existente(s).


Teclas: CTRL + R

Delete Files command (menú Sesión)

Este comando borra los archivos seleccionados en el equipo remoto. Si la opción Confirm

Deletes (Confirmar eliminar) se selecciona en la pantalla de Preferencias, se preguntará si HCOM

debería eliminar cada archivo.


Teclas: DEL

Sync Remote Clock command (menú Sesión)

Esta opción establece la fecha y hora correctas en el equipo Husky conectado y sólo está

disponible si el canal está conectado correctamente.

NOTA: Esta opción se basa en el reloj de la PC está configurado correctamente. La fecha y hora

en la PC puede ser alterado por el Panel de control.


Teclas: ninguna

Remote Abort command (menú Sesión)

Este comando se usa para forzar al equipo Husky a salir del HCOM y finalizar la sesión

de comunicación. El comando Remote Abort es útil cuando todas las transferencias de archivos se

han completado y el equipo remoto debe ser devuelto a su aplicación principal o sistema

operativo.


105


Teclas: ninguna

Software Download command (menú Sesión)

Este comando descarga el software HCOM en el equipo Husky conectado. Esta opción

está disponible en cualquier canal abierto. HCOM se puede utilizar con este y otros modelos de

computadores Husky, pero el software debe estar instalado en el equipo Husky en primer lugar.

Comandos del menú Window (Ventana)

El menú Ventana ofrece los siguientes comandos, que le permiten organizar visitas de

múltiples canales en la ventana de aplicación:

Comando Cascade (menú Ventana)

Utilice este comando para organizar múltiples ventanas abiertas de manera superpuesta.

Comando Tile (menú Ventana)

Utilice este comando para organizar múltiples ventanas abiertas en forma no superpuesta.

Arrange Icons command (menú Ventana)

Este comando organiza los iconos de las ventanas minimizadas en la parte inferior de la

ventana principal. Si hay una ventana de documento abierto en la parte inferior de esta ventana,

entonces todos o algunos de los iconos no pueden ser visibles, ya que estos se encuentran debajo

de esta ventana de documento.

1, 2, ... command (menú Ventana)

HCOM muestra una lista de ventanas de canales abiertos en la actualidad en la parte

inferior del menú Ventana. Aparecerá una marca delante del nombre del canal de la ventana

activa. Elija un canal de esta lista para hacer su ventana activa.


106

Comandos del menú Help (Ayuda)

El menú Ayuda ofrece los siguientes comandos, que proporcionan asistencia con el uso de

HCOM:

Index command (menú Ayuda)

Utilice este comando para mostrar la pantalla de apertura de la Ayuda. Desde la pantalla

de inicio, puede seguir paso a paso las instrucciones para el uso de HCOM y varios tipos de

información de referencia. Una vez que se abra la Ayuda, puede hacer clic en el botón Contents

(Contenidos) cada vez que desee volver a la pantalla de inicio.

Acceso directo: Barra de herramientas: ninguno

Teclas: F1

About command (menú Ayuda)

Se utiliza este comando para mostrar el aviso de copyright y el número de versión de su

copia del HCOM para Windows.

Barra de Herramientas (Toolbar)

Hay dos barras de herramientas que se muestran en el sistema. Una se muestra en la parte

superior de la ventana de aplicación, por debajo de la barra de menú, y el otro se muestra debajo

de la barra de título de cada ventana del canal. Las barras de herramientas proporcionan acceso

rápido a las opciones del ratón utilizado en HCOM.


107

Botón Función

Abre un nuevo canal.

Recibe archivo(s) desde el computador Husky.

Transmite archivos hacia el computador Husky.

Elimina archivos del computador Husky.

Muestra la ayuda contextual.

Muestra la información de versión y derecho de autor.

Reestablece la conexión con el computador Husky.

Cancela cualquier tarea en el canal en uso.

Fuerza al computador Husky a poner fin a la sesión del HCOM.

a Cambia a una unidad diferente en el computador Husky.

Sincroniza fecha y hora del computador Husky con las del PC.

Como se puede ver en las utilidades que ofrece el programa HCOM se encuentra la de

sincronizar la fecha y la hora del computador MP2500, la cual era una de las necesidades básicas

del sistema al momento de comenzar este trabajo de titulo, razón por la cual no fue necesario

realizar un programa en lenguaje Qbasic para cumplir con este objetivo [16].


108

ANEXO F

UTILIZACIÓN DEL PROGRAMA

IDRISI 32


109

F.1 UTILIZACIÓN DEL PROGRAMA IDRISI32

Para importar DZT a IDRISI usamos el comando BIPIDRIS

Se sugiere utilizar el nombre “borrar” para el archivo de salida, los archivos intermedios

pueden ser eliminados pues no son útiles para la posterior interpretación. En la opción Numero de

bandas, seleccionar siempre 1 y Header size 512.

En Reference parameters los valores a ingresar corresponden a:


110

Number of columns: 512 (Igual a Header size)

Number of rows: 700 (Igual al número de trazas)

Minimum X: 0

Maximun X: 700 (Trazas)

Minimun Y: 0

Maximun Y: 512

Reference system: Plane

Reference units: Meters.

La imagen borrar1 aparece rotada y con sus columnas en orden inverso. Para solucionar

este problema debemos utilizar el comando TRANSPOSE, primero rotamos la imagen 90º en

sentido horario y luego revertimos el orden de las columnas.


111

Al revertir el orden de las columnas utilizamos el nombre original del archivo, pues se

encuentra listo para la interpretación.

F.1.1 EXPLICACIÓN DEL RETORNO DE FONDO.

Rasgos interpretables en diagrama R en IDRISI.

Para interpretar el retorno subglaciar o eco de fondo debemos ecualizar el histograma de

frecuencias del archivo para “resaltar” los píxeles que corresponden al retorno de la señal en el

lecho. Utilizar distintas paletas de colores también puede resultar útil para discriminar mejor los

rasgos. En este caso en Layer properties se eligió una paleta a elección y se ajustaron los

parámetros de brillo y contraste para rescatar de mejor manera el eco de fondo.

En este caso en la opción Layer properties se seleccionó una paleta y se ajustaron los

parámetros de brillo y contraste para rescatar de mejor manera el eco de fondo.


112

Para digitalizar utilizamos el comando DIGITIZE, el criterio de digitalización indica que

debemos considerar el píxel mas cercano al retorno subglaciar, en términos prácticos, aquel que

presenta una coloración mas intensa en relación al resto de la señal. Tratar de considerar siempre

la señal que se encuentra mas arriba.

El comando DIGITIZE. (El archivo vectorial también puede denominarse borrar). Para

digitalizar, se debe mantener el cursor sobre el rasgo que interesa y pulsar botón izquierdo del

mouse, al terminar se debe apretar el botón derecho. Finalmente salvar el archivo generado

(botón salvar en barra de herramientas principal).


113

Para realizar el Raster del archivo vectorial, se debe utilizar el comando INITIAL.


114

Donde los valores dados a las opciones deben ser las siguientes:

Output image: borra

Image to copy: cbv91 (archivo raster de radar)

Output data: integer

Inital value: 0

Para la conversión de raster a vector, se utiliza el comando REFORMAT / LINERAS

Vale decir hacemos update al archivo vectorial utilizando una imagen en “blanco” que

posee los mismos valores que el archivo raster de radar (obtenida con INITIAL).

Luego se debe realizar la vectorización de un archivo raster (transformar raster a vector, lo

que permite exportar valores de retorno subglaciar a planilla de calculo), utilizando el comando

REFORMAT / POINTVEC. Al usar este comando obtenemos valores puntuales del vector

generado en la interpretación de retorno subglaciar.


115

Luego se utiliza el comando XYZIDRIS (Ascii XYZ), de esta forma se genera el archivo

que puede ser leído en Excel. Es recomendable asignar nombre vector_nombre raster radar.

En Excel obtenemos un archivo cuya primera columna corresponde al número de disparo o traza

y la segunda a la amplitud de la señal para el eco de fondo (valor que se convierte a espesor de

hielo).


116

ANEXO G

SONDEO OBLICUO (FÓRMULA)


117

La fórmula deducida en este anexo se utiliza para calcular el espesor del hielo D a partir

de la diferencia de tiempo entre el arribo al Receptor de las ondas de superficie y el eco de fondo.

Esta metodología se denomina sondeo oblicuo y se fundamenta en los siguientes

supuestos [11]:

- Interfaces aire-hielo y hielo-roca planas e infinitas

- El hielo es homogéneo e isotropito con una permitividad relativa de 3.17.

- La velocidad de la onda electromagnética en el aire será considerada igual a la velocidad

de la luz en el vacío.

- La distancia entre el Transmisor y el Receptor es conocida.

La figura G.1 muestra como están relacionados los diversos parámetros que permiten

determinar el valor de D.

Figura G.1: Parámetros vinculados al cálculo del espesor.

Datos conocidos:

s: Distancia entre el Transmisor y el Receptor.

∆t: Diferencia de tiempo entre la llegada al receptor de la onda aérea y el eco de fondo.

c: Velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el aire.

ch: Velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el hielo.


118

Deducción [11]:

Por el teorema de Pitágoras tenemos que:

2

22

2

slD Ecuación G.1

De la cinemática sabemos:

c

stcl h2 Ecuación G.2

Donde:

s/c: Tiempo que demora la onda aérea en llegar desde el Transmisor al Receptor.

(∆t+s/c): Tiempo que toma la señal en ir hasta el fondo del glaciar y volver al Rceptor.

Despejando l de la ecuación (G.2) se obtiene:

2

c

stc

lh

Ecuación G.3

reemplazando (G.3) en (G.1) y extrayendo la raíz cuadrada, tenemos:

2

2

22

sc

stc

Dh

Ecuación G.4

Ordenando la expresión (G.4) se tiene finalmente [11]:


119

2

2

2

1s

c

stcD h

Ecuación G.5

c: Se puede aproximar a la velocidad de la luz en el vacío: 300(m/μs).

s

mcc

h

h

168 es la velocidad de propagación de las ondas en el hielo (M. Kennet,

1996).

εh=3.17 es la permitividad relativa del hielo.


120

ANEXO H

EQUIPOS DE GPS Y DATA

LOGGER


121

H.1 El receptor de GPS SMART ANTENNA™ de NovAtel Inc.

El SMART ANTENNA™ es un receptor robusto, autónomo y posee una antena GPS de

seguimiento diseñado para entornos difíciles. Dispone de 12 canales de código y fase portadora

de seguimiento para mejorar la precisión de posicionamiento y la fiabilidad. Proporciona emisión

de posición, velocidad y tiempo (PVT) a velocidades de hasta 5 Hz o, en bruto, la fase de la

portadora transmite datos de medición a velocidades de hasta 10 Hz. Para las aplicaciones de

tiempo preciso, la SMART ANTENNA™ también dispone de una precisión de „un pulso por

segundo‟ (1PPS) de 50 nanosegundos (típica).

La SMART ANTENNA™ también incluye soporte estándar las correcciones de

Incremento de Sistema Basado en Satélite (SBAS) provistas por los sistemas WAAS, EGNOS y

MSAS. El uso de los datos de corrección SBAS proporciona mayor precisión de

posicionamiento, sin costo adicional o equipo.

Con una combinación de receptor GPS y antena, la SMART ANTENNA™ requiere de un

esfuerzo de instalación mínimo. Disponible en múltiples configuraciones, incluyendo un puerto

RS-232 o RS-422, la SMART ANTENNA™ está diseñada para cumplir o exceder las

especificaciones de Estándar Militar MIL-STD-810E para el choque y los contaminantes

ambientales como el aerosol de sal, arena y polvo.

La SMART ANTENNA™ ofrece un mando flexible e interfaz de registro. Los

integradores de sistemas pueden utilizar cualquier antena de la industria del formato estándar

NMEA, para garantizar la compatibilidad. Para aplicaciones de GPS Diferencial (DGPS), la

SMART ANTENNA™ utiliza las características del formato de comunicación RTCM SC-104.


122

Figura H.1: Receptor SMART ANTENNA™ de NovAtel

H.2 Data Logger Logomatic V1.0 de Spark Fun Electronics (SFE)

Un Data Logger es un dispositivo electrónico que registra mediciones ordenadas en el

tiempo, provenientes de diferentes sensores. Luego cada medición es almacenada en una

memoria, junto con su respectiva fecha y hora [17].

En general los Data Loggers son pequeños y alimentados por baterías, y están

conformados por un microprocesador, una memoria para el almacenamiento de los datos y

diferentes sensores. La mayoría utilizan el PC como interfase para programar al dispositivo y leer

la información recolectada.

Como punto de partida se plantearon una serie de características que debía cumplir el

sistema, para ser competitivo frente a productos similares existentes en el mercado. Por lo tanto

este producto debe [17]:

- Ser portátil, es decir, funcionar con baterías y tener un peso y tamaño que le permita ser

transportado con facilidad.

- Tener un bajo consumo: hay que tener en cuenta que este tipo de sistemas pueden trabajar

durante semanas, meses y hasta años, por lo tanto es muy importante el consumo y la capacidad

de las baterías.


123

- Intervalos de muestreo programables y con la mayor flexibilidad posible, desde segundos hasta

horas. Esto permite registrar variables con diferentes velocidades de variación.

- Tener una buena capacidad de almacenamiento de datos. En este punto entran en juego las

características anteriores, por lo tanto hay que determinar una cierta cantidad de memoria,

teniendo en cuenta que la duración de las baterías depende del consumo, y el tiempo de trabajo

dependerá del intervalo entre muestras y la capacidad de memoria.

- Bajo costo de los componentes y disponibilidad. Es muy importante ya que para ciertas

aplicaciones se podrían necesitar varios equipos, o bien, puedan ser utilizados en lugares donde

corran el riesgo de ser destruidos.

- Una interfase con el usuario a través de una PC, donde el usuario pueda programar o leer el

dispositivo de una manera sencilla y rápida, utilizando aplicaciones que le sean familiares para

analizar la información.

La lista de características del Data Logger Logomatic V1.0 es la siguiente [17]:

- 3 modos de operación: auto Receptor-Transmisor Asíncrono Universal (UART), condición

UART disparado y Conversor Análogo Digital (ADC).

- Velocidades configurables en modos UART de 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 y

115200 baudios.

- El modo UART de disparo tiene un marco configurable de hasta 510 caracteres (incluido el

carácter de disparo).

- Los marcos UART de disparo están definidos con un retorno de transporte y caracteres de salto

de línea para una fácil lectura.

- 10 canales ADC, todos seleccionables en modo ON u OFF.

- Registro ADC en formato ASCII o en formato binario.


124

- ASCII de registro definido por tabuladores entre las mediciones, limitado entre los fotogramas

por retorno de transporte y caracteres de salto de línea.

- Frecuencia variable para el modo ADC.

- “Dispositivos de seguridad” de frecuencia para asegurar que el archivo no trata de

sobrescribirse, con un máximo de 1500 Hz para un canal y 150 Hz para los diez canales (en modo

de registro ASCII).

El esquema básico del Logomatic V1.0 luce de esta forma:

Figura H.2: Esquema del Data Logger Logomatic V1.0.

1) Interruptor de encendido.

2) Enchufe de +Vin en ángulo recto.

3) Botón de reinicio.

4) LED's de estado.

5) Puerto de programación UART0.

6) Botón de detener registro.

7) Ranura de tarjeta SD tipo push-push.

8) Puertos ADC.

El Logomatic posee un regulador tipo LDO de 3.3 (V) y un diodo Schottky para

protección de corriente inversa. La máxima disipación de potencia del regulador de voltaje es

alrededor de los 450 (mW) y la corriente máxima del Logomatic es cercana a los 80 (mA) (en el

peor caso). Si se descuida la caída de tensión en el diodo Schottky, el maximo voltaje con el que


125

el Logomatic puede operar es de )(925.83.380

450VV

mA

mW , pero esto estará muy cerca

de poner el regulador de voltaje en la caída térmica. Para un mejor funcionamiento, la tensión de

alimentación debe mantenerse entre los 3.6 (V) y los 7.5 (V).

El Logomatic guarda los datos en una tarjeta SD en un proceso de dos etapas. Los datos se

guardan primero a uno de los dos buffers de 512 bytes. Cuando se llena cada buffer, este se

guarda en la tarjeta SD y el registro continúa en el siguiente buffer.

El factor limitante de la velocidad de la Logomatic es el proceso de escritura en la tarjeta

SD. El ciclo más largo de escritura es de aproximadamente 42.5 ms, lo que significa que el menor

tiempo permitido para registrar datos a uno de los buffers es también de 42.5 ms. Si el registro se

produce más rápidamente que esto, el buffer que actualmente se está escribiendo en la tarjeta SD

será reemplazado por la nueva entrada en el proceso de escritura de la tarjeta SD.

En los modos UART, esto podría convertirse en un problema a una velocidad de 115200

baudios (1 bit de arranque, 1 bit de paro, 8 bits de datos). Si la transmisión se efectúa a este ritmo

sin interrupciones, los 512 bytes están llenos en un 44,4 ms. Una baja tasa de datos no debe

presentar ninguna dificultad.

En el modo de ADC, los márgenes de seguridad se imponen para aliviar la sobrescritura

de búfer. Los ejemplos de tasas están limitadas dependiendo del número de canales que tiene

activos, aunque esto sólo se asigna cuando el registro se encuentra en formato ASCII. Los topes

de frecuencia son:

- 1 canal activo 1500 Hz máximo

- 2 canales activos 750 Hz máximo










126

Cabe señalar que estos topes de frecuencia son muy cerrados al margen admisible. La

sobrescritura del buffer es poco probable que ocurra, pero el texto del archivo generado puede

presentar un raro carácter errado. La solución a esto es reducir la frecuencia de muestreo hasta

que no se vean caracteres errados.

Los topes de frecuencia no se imponen a modos de registro ADC binarios. Una mayor

velocidad de muestreo puede realizarse en modo binario, de un aumento del 43% para los 10

canales a un 57% de aumento para un canal, pero se tendrá que escribir una propia aplicación,

que pueda interpretar el archivo resultante. Para obtener la mayor velocidad de datos, se debe

cambiar la opción "Seguridad" de Y a N y establecer el valor de la "Frecuencia" al valor que se

desee. El analizador que lee el archivo de configuración lee hasta 4 dígitos, por lo que este se

puede establecer hasta un valor tan alto como 9999 Hz.

Los formatos de los archivos de texto producidos por el Logomatic presentan una pequeña

diferencia en cada modo de operación.

Para el modo 0 (UART automático), cualquier carácter ASCII que entra a la UART se

envía a la tarjeta SD. Nada se omite y nada se agrega.

Para el modo 1 (UART disparado), nada después de incluido el carácter de activación se

registrará, incluidos los espacios en blanco, hasta el final de la trama de datos especificado. Cada

trama de datos está delimitada por un retorno de transporte y un carácter de salto de línea para

que sea más fácil distinguir entre los cuadros.

En el modo ASCII ADC (modo 2, ASCII =Y), cada medición es de entre 1 y 4 caracteres

de longitud en función de cuántos dígitos se necesitan, seguido de un tabulador (ASCII 9) para la

delimitación. Al final de cada cuadro de medición, es decir, una vez en la lista de líneas activas

de ADC seleccionadas, el transporte retorna y un carácter de avance de línea se coloca para

delimitar aún más. La secuencia de las mediciones mostradas en el archivo de izquierda a

derecha, son exactamente la secuencia de los canales seleccionados en el archivo de

configuración de arriba a abajo.

En el modo binario ADC (modo2, ASCII = N), cada medición es de dos bytes de longitud

(MSB, LSB), y se producirán en la misma secuencia que el registro ASCII con respecto al

archivo de configuración. No hay separadores entre las mediciones, pero los marcos de medición

están delimitados por los caracteres "$$".

“OPTIMIZACIÓN DE UN SISTEMA DE RADAR PARA … · iii AGRADECIMIENTOS A Don Carlos Cárdenas por...

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