Movinmarine
  • El RADAR M2 es un sistema de medición de emisividad y reflectividad del subsuelo que integra la combinación de distintos sensores pasivos, además de sensores de navegación y corrección del movimiento durante las mediciones.
  • El sistema fundamentalmente incluye: tres antenas radiométricas de microondas de banda estrecha, una cámara térmica, un sistema de posicionamiento global (GPS) y un sistema inercial triaxial (IMU).
  • La combinación de las intensidades de las señales recibidas por cada sensor, debidamente procesadas y amplificadas nos pueden aportar mucha información del subsuelo.
  • Por otra parte, la señal emitida por los satélites GPS, además de ser utilizada para geoposicionar el sistema de medición, puede aprovecharse, mediante la técnica de la reflectomería, para medir la constante dieléctrica superficial del suelo.
  • Finalmente, una cámara térmica compensa la contribución de la temperatura de la superficie del suelo producida por el sol en el total de la emisividad radiada por la superficie terrestre.

En este documento se presentan tres apartados:

  • Introducción a la teledetección.
  • Tipologías de sensores.
  • Propiedades físicas del subsuelo detectables por microondas.
  • Características y ficha técnica del radar M2.

1. Radiación

De acuerdo con las leyes físicas: “Cualquier sustancia por encima del cero absoluto (-273.15 oC) emite algún tipo de radiación electromagnética.” Esto significa que, con el aparato adecuado, se puede detectar cada objeto y diferenciarlo de cualquier otro.

Referente a las ciencias de la Tierra, la teledetección hace referencia a la habilidad de los satélites de detector radiación electromagnética (EM) de la superficie terrestre o de la atmósfera.

Para ser capaces de medir mediante teledetección, el medio a través del cual se propagan las ondas EM tiene que ser transparente.

Tal y como se puede apreciar, la región del espectro correspondiente a las ondas de radio es la más permeable en la atmósfera. Esta región es la banda de microondas (EM), y es, junto con los infrarrojos (IR) en la que operan los distintos sensores del radar M2.

A continuación, se muestra la opacidad atmosférica en todo el espectro de la radiación:

Radiación

En el universo de las microondas, la frecuencia está fuertemente relacionada con la profundidad de penetración y su capacidad de detección de los elementos. El motivo es que el suelo se comporta como un filtro pasa bajas, que va filtrando las altas frecuencias a medida que se propaga por el suelo a mayores profundidades.

A continuación, se muestran las bandas de EM comúnmente utilizadas en teledetección:

Banda Longitud de onda (cm) Frecuencia (MHz)
VHF 1000 - 100 30 - 300
P (UHF) 100 - 30 300 - 1000
L 30 - 15 1000 - 2000

2. Tipologías de sensores

Por lo general, los sensores de radar pueden ser activos o pasivos:

  • Sensores Activos. Generan un estímulo en hardware mediante un dipolo emisor que puede ser detectado por un sensor dipolo receptor.

    El sensor detecta la respuesta reflejada. Los sensores activos miden distancias, frecuencias y velocidades a través del reflejo de la señal enviada.

  • Sensores Pasivos. No irradian ningún tipo de señal. Únicamente detectan energía radiada (emisividad) de fuentes naturales (del Sol o la Tierra), o artificiales (Wifi, TV o GPS).

Dentro de los sensores pasivos, existe una tipología particular que son los sensores que miden la energía radiada por la Tierra. Si la energía recibida por dichos sensores procede de fuentes naturales, al sensor se le puede denominar radiómetro, mientras si la radiación medida es la reflectividad de una fuente artificial conocida, al sensor se le puede denominar reflectómetro.

El radar M2 es un conjunto de sensores de tipo pasivo que combinan las funciones propias de los radiómetros y de los reflectómetros.

3. Propiedades físicas del subsuelo detectables por las EM

Por lo general, mediante un sensor receptor de radar, puede detectarse la intensidad de la señal recibida, así como cambios en la constante dieléctrica de un subsuelo.

3.1 La constante dieléctrica

Dado que la constante dieléctrica es un parámetro asociado al dominio del tiempo, se requiere disponer de una fuente de radiación conocida; que puede ser, por ejemplo, la señal de GPS.

Una de las consecuencias más directas del cambio de la constante dieléctrica de un medio es el cambio en la velocidad de propagación de una onda por dicho medio. De acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, la velocidad de propagación de onda es mayor cuanto menor es la constante dieléctrica, tal y como se muestra en la gráfica:

La constante dieléctrica

Todos los valores son entre los límites 1 (aire) y 81 (agua). En la tabla se presentan algunos valores de referencia de la constante dieléctrica de algunos compuestos minerales y rocas donde puede existir la presencia de oro, zinc o cobre, entre otros.

Compuesto Mineral
Constante dieléctrica
Pirita 10,5 - 11,5
Cuarzo 4,5 - 5,5
Galena 18
Ematita 25
Calcita 8,8 - 8,5
Berilio 5,5 a 7,8
Feldespato 3 a 5,8
Gneiss 8,5
Basalto 12

En la siguiente figura se esquematiza el funcionamiento de un sensor reflectómetro:

funcionamiento de un sensor reflectómetro

3.2 La intensidad

La intensidad con que se recibe una señal del subsuelo depende de los cambios producidos por un elemento de propiedades físicas muy diferentes a las de su entorno, que modifican sustancialmente la emisividad del subsuelo.

Sin embargo, uno de los efectos más relevantes sobre las señales recibidas son las interferencias por efecto de las emisiones artificiales.

Con el fin de mitigar las bandas que producen interferencias, el radar M2 utiliza bandas estrechas centradas en frecuencias protegidas por la International Telecomunication Union (ITU). En este sentido, la tecnología utilizada se basa en otros dispositivos utilizados como, por ejemplo, el radiómetro MIRAS de la Agencia Espacial Europea (ESA).

Las bandas protegidas son bandas que permiten detectar, mediante radioastronomía, elementos de interés presentes en la atmósfera y la superficie terrestre. El uso de estas bandas en teledetección tiene la ventaja de que no pueden confundirse con fuentes artificiales de radiación, por lo que cualquier fuente radiante procede de una fuente natural.

En la tabla siguiente se muestran las bandas protegidas por la ITU utilizadas por el radar M2:

Banda Longitud de onda (cm) Frecuencias (MHz)
VHF 411-402 73,03 - 74,6
P (UHF) 92-91 327,0 - 327,7
L 22-21 1.370,0 - 1427,0

Por otro lado, una de las características del uso de antenas de banda estrecha (narrowband) respecto al uso de antenas de banda ancha (broadband) es la focalización de la energía recibida por el sensor que permite utilizar amplificadores, y, por tanto, recoger datos a mayor profundidad.

En la figura se muestra, de forma ilustrativa, el espectro de recepción en el vacío de antenas de banda ancha y antenas de banda estrecha, centradas en las 3 bandas utilizadas por el radar M2:

antenas de banda ancha y antenas de banda estrecha

En la figura siguiente se esquematiza el funcionamiento del sensor radiométrico donde, los cambios producidos por un elemento de propiedades físicas muy diferentes a las de su entorno, modifican sustancialmente la emisividad del subsuelo:

Funcionamiento del sensor radiométrico

4. Características y ficha técnica del RADAR M2

En la figura siguiente se muestran los distintos componentes del radar M2 en vuelo:

RADAR M2

RADAR M2 capacidades operacionales

Detección de metales
Tres medidas cualitativas diferentes
(HIGH, MID, LOW)
Límites
- Au, desde 0.1 - 0.5 g/Tn
- Cu, desde 0.1 - 0.5 %
- Zn, desde 0.5 %
Tamaño de píxel - 70 m tamaño de pixel natural
- 10 m pixel superponiendo en post-procesado
Área cubierta 100 a 2000 ha por cada 10 a 20 días de proyecto de prospección.