Correa, Laura E. (2021) Estudio del efecto de la interferencia wifi sobre los productos de radar meteorológico / Study of the effect of Wi-Fi interference on weather radar products. Proyecto Integrador Ingeniería en Telecomunicaciones, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 9Mb |
Resumen en español
Actualmente coexisten, en la misma región del espectro radioeléctrico, los radares meteorológicos que operan en banda C y los dispositivos empleados en redes inalámbricas de área local (WLAN, por sus siglas en ingles). En consecuencia, cuando un dispositivo WLAN transmite en una frecuencia cercana a la de operación del radar, genera una señal interferente que afecta la señal producida por el fenómeno meteorológico de interés. En el presente trabajo se propone estudiar y cuanticar el efecto de la presencia de interferencia en la estimación de los productos de radar meteorológico polarimétrico. En primer lugar, se desarrolla una rutina que permite la generación de muestras sintéticas de radar polarimétrico con parámetros controlados. A continuación, se implementa un algoritmo que evalúa los productos de radar meteorológico en base a las muestras de la señal. Haciendo uso de estas rutinas, se generan experimentos controlados que permiten analizar el desempeño de los estimadores en distintas condiciones. Puntualmente, se evalúa el sesgo y la raz del error cuadrático medio (RMSE, por sus siglas en ingles) de los estimadores en función del ancho espectral del fenómeno, para distintas conguraciones y empleando tanto muestras generadas sintéticamente como datos reales. Se consideran tres situaciones. Primeramente se estudia la degradación en los productos evaluados cuando las muestras de fenómeno meteorológico se presentan superpuestas con interferencia. A continuación, se analiza el desempeño de la rutina de estimación cuando se remueven las muestras afectadas por interferencia. Finalmente, se analiza el escenario en que las muestras afectadas se reemplazan por la interpolación lineal entre las muestras restantes. A partir de los resultados obtenidos se concluye que la presencia de interferencia repercute signicativamente en la estimación de la función de autocorrelación y correlación cruzada en lag 0, razón por la cual los productos dependientes de ella se ven seriamente degradados. Por su parte la presencia de interferencia no impacta notoriamente en la estimación del lag 1 de la función de autocorrelación. Respecto a las alternativas analizadas para mitigar el impacto de la interferencia, se concluye que remover las muestras afectadas presenta mejores resultados en el caso de los productos que dependen de la correlación en lag 0. Por su parte, para el caso de los productos que dependen de la correlación en lag 1, se destaca que la mejor alternativa es evaluarlos conservando las muestras afectadas por interferencia.
Resumen en inglés
Nowadays, weather radars operating in C band and devices used in wireless local area networks (WLAN) coexist in the same region of the spectrum. Accordingly, when a WLAN device transmits on a frequency close to that of radar operation, it generates an interfering signal that affects the one produced by the meteorological phenomenon of interest. In this work, the study and quantication of the effect of the presence of interference in the estimation of the products of weather polarimetric radar is presented. First, a routine that allows the generation of polarimetric radar samples with controlled parameters was developed. After that, we implemented an algorithm that evaluates the weather radar products based on the signal samples. As a result, controlled experiments were generated using these routines in order to analyze the performance of the estimators under different conditions. Specically, the bias and root mean square error (RMSE) of the estimators were evaluated as a function of the phenomenon's spectral width. This was made for different congurations and using both synthetically generated samples and real data. Therefore, three different situations were considered. First, we studied the degradation in the evaluated products when the weather phenomena samples were overlapped with interference. Likewise, the performance of the estimation routine was analyzed when the samples affected by interference were removed. Finally, the scenario resulting from the affected samples being replaced by linear interpolation between the remaining samples, was analyzed. Based on the results obtained, we concluded that the presence of interference has a signicant impact on the estimation of the autocorrelation and cross-correlation functions in lag 0. Therefore, the products that depend on it were seriously degraded. On the other hand, the presence of interference does not have a noticeable impact on the estimation of the lag 1 of the autocorrelation function. Regarding the alternatives analyzed to mitigate the impact of the interference we concluded that, in the case of products that depend on the correlation in lag 0, the better choice is to remove affected samples. On the other hand, in the case of products that depend on the correlation in lag 1, the best alternative is evaluate them keeping the samples affected by interference.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería en Telecomunicaciones) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Interference; Interferencia; Radar meteorology; Meteorología con radar; [ Signal processing; Procesamiento de señales; WI-FI] |
| Referencias: | Beard, C. y W. Stallings. Wireless communication networks and systems. Pearson (2015). Bringi, V. N. y V. Chandrasekar. Polarimetric Doppler weather radar: principles and applications. Cambridge University Press, 40 West 20th Street, New York, 1 ed. (2004). Cogo, J., A. Collado Rosell, j. Areta, y J. Pascual. Weather radar receiver identification for improving wi- interference detection. En Actas de la XIX Reunión de Trabajo Procesamiento de la Información y Control (RPIC'21). San Juan, Argentina (2021). Doviak, R. J. y D. S. Zrnic. Doppler radar and weather observations (1993). Frehlich, R. Cramer-Rao bound for Gaussian random processes and applications to radar processing of atmospheric signals. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 31(6):1123-1131 (1993). Galati, G. y G. Pavan. Computer simulation of weather radar signals. Simulation Practice and Theory, 3(1):17-44 (1995). IEEE Standard 802.11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specications (2016). Janssen, L. H. y G. A. Van Der Spek. The shape of doppler spectra from precipitation. IEEE Transactions on Aerospace and electronic systems, pags. 208{219 (1985). Kay, S. M. Fundamentals of Statistical Signal Processing, Estimation Theory. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ (1993). Kumjian, M. R. Principles and applications of dual-polarization weather radar. part i: Description of the polarimetric radar variables. Journal of Operational Meteorology, 1 (2013). León García, A. Probability, statistics and random processes for electrical engineering (2008). Nguyen, C. M. y V. Chandrasekar. Gaussian model adaptive processing in time domain (GMAP-TD) for weather radars. J. Atmos. Oceanic Technol., 30:2571-2584 (2013). Peura, M. Computer vision methods for anomaly removal. En Proc. ERAD, tomo 2002, pags. 312-317 (2002). Richards, M. A. Fundamentals of radar signal processing. McGraw-Hill Education (2014). Ryzhkov, A. V. y D. S. Zrnic. Radar polarimetry for weather observations. Springer (2019). Saltiko, E., J. Y. Cho, P. Tristant, A. Huuskonen, L. Allmon, R. Cook, E. Becker, y P. Joe. The threat to weather radars by wireless technology. Bulletin of the American Meteorological Society, 97(7):1159-1167 (2016). Siggia, A. D. y R. E. Passarelli. Gaussian model adaptive processing (GMAP) for improved ground clutter cancellation and moment calculation. En Proc. 3rd Eur. Conf. Radar Meteorol. Hydrol. (ERAD), pags. 67-73. Visby, Sweden (2004). Skolnik, M. Introduction to Radar Systems. McGraw-Hill, New York, 3 ed. (2001). Straka, J. M., D. S. Zrnic, y A. V. Ryzhkov. Bulk hydrometeor classification and quantification using polarimetric radar data: Synthesis of relations. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 39(8):1341-1372 (2000). Barba Leal, O., F. Rinalde, J. Cogo, y J. Pascual. WLAN signal detection in weather radar data. En Actas de la XIX Reunión de Trabajo Procesamiento de la Información y Control (RPIC'21). San Juan, Argentina (2021). ITU-R Recommendation M.1450. Characteristics of broadband radio local area networks. International Telecommunication Union (2014). ITU-R Resolution 229 [COM5/16]. Use of the frequency bands 5 150 - 5 250 MHz, 5 250-5 350 MHz and 5 470-5 725 MHz by the mobile service for the implementation of wireless access systems including radio local area networks. The World Radio-communication Conference (WRC-03) (2003). Welch, P. The use of fast fourier transform for the estimation of power spectra: a method based on time averaging over short, modied periodograms. IEEE Transactions on audio and electroacoustics, 15(2):70-73 (1967). Zrnic, D. y P. Mahapatra. Two methods of ambiguity resolution in pulse Doppler weather radars. IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., AES-21(4):470-483 (1985). |
| Materias: | Ingeniería en telecomunicaciones > Procesamiento digital de señales Geografía > Meteorología |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Laboratorio de investigación aplicada en Telecomunicaciones |
| Código ID: | 1109 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 31 Aug 2022 12:54 |
| Última Modificación: | 31 Aug 2022 12:54 |
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