Nuevas técnicas para la mitigación de clutter de aerogeneradores en radares meteorológicos

• Autores: Beatriz Gallardo Hernando
• Directores de la Tesis: Félix Pérez Martínez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2011
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Alberto Asensio López (presid.), Gonzalo de Miguel Vela (secret.), Antoni Broquetas Ibars (voc.), Sebastián Torres Ledesma (voc.), Miguel Angel Martínez Rubio (voc.)
• Materias:
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Meteorología
      • Meteorología por radar
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • La instalación de fuentes productoras de energía eólica está ganando mucha importancia actualmente debido a sus muchas ventajas. Países de todo el mundo promueven la construcción de nuevos parques eólicos para producir energía eléctrica en un intento de luchar contra el cambio climático y los crecientes costes del petróleo. Sin embargo, los aerogeneradores pueden generar señales indeseadas que interfieren en el correcto funcionamiento de muchos sistemas de comunicaciones y también en sistemas de radar. En particular, esto es un grave problema para los radares meteorológicos. En su caso, los aerogeneradores eólicos son vistos como clutter, dado que tienen una fuerte influencia en los productos meteorológicos tales como la estimación de la intensidad de lluvia o la velocidad del viento. En los últimos años se han presentado diversos estudios del impacto de los aerogeneradores sobre radares y otros sistemas de comunicaciones. Además, se han propuesto algunas técnicas que permitirían minimizar su impacto. En esta Tesis Doctoral se presenta la investigación realizada sobre el clutter producido por aerogeneradores en radares meteorológicos. Se han revisado cuidadosamente los efectos de los parques eólicos en los productos radar de reflectividad, velocidad y anchura espectral. También se han estudiado en profundidad los mecanismos físicos que producen este tipo de clutter. Para ello se han utilizado simulaciones teóricas que permiten modelar tanto el clutter producido por aerogeneradores como las señales que producen los fenómenos meteorológicos como la precipitación de lluvia. Dichas simulaciones se han validado con datos experimentales provenientes de los radares de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET). Se realizaron diversos experimentos grabando datos radar de las zonas contaminadas por parques eólicos en diferentes condiciones meteorológicas. Se utilizaron dos tipos de exploración radar. El primer modo, estático, permite analizar la información del clutter en función del tiempo, ya que se mantiene la antena del radar fija apuntando al parque eólico. El segundo modo, operativo, permite obtener la información del clutter que recogería el radar con un funcionamiento de vigilancia normal. También se han desarrollado algoritmos de mitigación que permiten minimizar el efecto de este tipo de clutter sobre los productos meteorológicos. Dichos algoritmos se han probado sobre datos reales de clutter y señal de precipitación para los dos modos de grabación utilizados. Los resultados muestran un buen comportamiento de los algoritmos y un buen rendimiento en términos de reflectividad y velocidad resultantes en unos casos y calidad de imágenes radar en otros. Abstract The use of wind energy is gaining importance because of its many advantages. Nations worldwide are promoting the installation of wind farms to produce electricity in an attempt to tackle climate change and increasing oil costs. However, wind turbines can generate undesired signals that disturb the performance of radiocommunication systems as well as radar systems. In particular, this is an issue for weather radar networks. Weather radars see wind turbines as clutter, since they have a strong influence on meteorological outputs such as the estimation of rain intensity or wind velocity. Over the last few years several studies about the impact of wind turbines on radars and other radiocommunications systems have been presented. A few techniques have appeared, too, trying to minimize the impacts of wind turbine clutter on radars and radiocommunications systems. A research about wind turbine clutter on meteorological radars is presented in this Thesis. The effects of wind farms on the weather radar products, reflectivity, velocity and spectrum width, have been carefully revised. The physical mechanisms that produce this kind of clutter are also thoroughly studied in this Thesis In order to do so, theoretical simulations that allow modeling not only the wind turbine clutter but also the weather phenomena such us rain, are used. These simulations have been validated using experimental data from the radars of the Spanish Meteorological Agency (AEMET). Several experiments gathering weather radar data from contaminated areas were conducted. Two different exploration modes were used. First, a static mode allows the analysis of the information about the clutter as a function of time, since the radar antenna is fixed pointing the wind farm while gathering the data. Second, the scanning mode allows the analysis of the information the operating radar would gather in a regular surveillance mode. In addition, mitigation algorithms allowing the minimization of the effect of wind turbine clutter on meteorological radar products were designed. These algorithms have been tested over real clutter and weather signal radar data for the two operation modes commented before. The results exhibit a good behavior of the algorithms and an acceptable performance in terms of resulting values of reflectivity and velocity in some cases and image quality in others.