Índices de calidad: SQI, CCOR y SIG¶
Qué resuelve¶
Un momento sin índice de calidad es un número sin contexto: el consumidor no puede distinguir una velocidad radial estimada sobre un eco fuerte y coherente de otra estimada sobre ruido. Los tres índices que el contrato publica como momentos de pleno derecho responden a tres preguntas distintas —¿es coherente la serie temporal?, ¿cuánto tuvo que quitar el filtro de clutter?, ¿cuánta señal hay sobre el ruido?— y por eso no se pueden reducir a un único «indicador de calidad».
Cómo funciona¶
SQI (Signal Quality Index). Es el módulo de la autocorrelación normalizada a
retardo 1: SQI = |R(1)| / R(0), con R(0) la potencia total y R(1) la
autocovarianza a retardo 1 que el pulse-pair ya calcula.
Vale 1 para una señal perfectamente coherente —un tono puro, típicamente clutter
o un blanco puntual— y tiende a 0 para ruido blanco. Un eco meteorológico normal
cae en medio, y su valor está ligado al ancho espectral: cuanto más ancho el
espectro, menor la correlación a retardo 1. Su utilidad práctica es censurar
celdas donde la velocidad estimada no es fiable, porque la varianza del
estimador de velocidad crece justamente cuando SQI cae.
CCOR (Clutter Correction). Es la razón, en dB, entre la potencia que queda
tras el filtro de clutter y la que había antes: CCOR = 10·log10(P_filtrada /
P_total). Es negativa o cero por construcción, y su magnitud dice cuánta
potencia se quitó. Un CCOR muy negativo señala una celda dominada por clutter en
la que lo que sobrevivió al filtro es un residuo pequeño de una cantidad grande,
con el error relativo que eso implica; de ahí que sea un criterio de censura y
no sólo un dato informativo. Se calcula siempre que el filtro esté activo, y
vale 0 dB cuando no lo está.
SIG (Signal-to-Noise Ratio). Es la relación señal-ruido en dB tras la resta
de ruido: SIG = 10·log10((R(0) − N) / N). Comparte con la
cadena de ruido tanto el valor de N como el recorte a
cero de la señal residual.
La relación entre los tres importa para el orden del pipeline: CCOR sólo existe después del filtro de clutter, SQI se calcula sobre la serie que efectivamente se usó para estimar la velocidad —es decir, la filtrada, si hay filtro— y SIG se calcula sobre la potencia total, filtrada o no según lo que se esté publicando. Documentar esta elección importa más que la elección misma: un SQI calculado antes del filtro y otro calculado después son cantidades distintas, y comparar productos entre procesadores que hicieron elecciones opuestas produce discrepancias que luego cuesta semanas rastrear.
Configuraciones cubiertas¶
Los tres son independientes del tipo de transmisor y existen también en radar de canal único. En configuración polarimétrica se calculan sobre el canal copolar horizontal por convenio; con recepción alternante, sobre la serie del canal que corresponda al momento que se está censurando.
Parámetros del contrato que consume¶
Publica los momentos sqi, ccor y sig del enum moment_kind. Consume de
config los umbrales homónimos sqi_threshold, sig_threshold y
ccor_threshold para la censura descrita en
ruido y umbrales.
Criterio de aceptación¶
Sobre señal simulada con ancho espectral conocido, el SQI medido debe seguir la relación analítica entre correlación a retardo 1 y ancho espectral del modelo gaussiano, dentro del error estadístico correspondiente a M muestras. Sobre ruido puro debe converger a 0 con la dispersión esperada, y sobre un tono puro a 1. El CCOR debe reproducir exactamente, dentro de la precisión numérica, la razón de potencias antes y después del filtro en escenarios con clutter inyectado de potencia conocida. El SIG se valida junto con la resta de ruido.
Coste de cómputo¶
Despreciable: los tres se derivan de cantidades que el estimador de momentos ya calculó. No justifican ninguna optimización específica.
Referencias abiertas / implementaciones libres¶
- Doviak, R. J. & Zrnić, D. S., Doppler Radar and Weather Observations, 2ª ed., 1993 — capítulo 6: relación entre la correlación a retardo 1, el ancho espectral y la varianza de los estimadores.
- LROSE — calcula índices equivalentes (NCP, normalized coherent power, que es el mismo cociente que SQI) sobre series temporales reales; sirve de oráculo directo.
- Py-ART — expone NCP en sus lectores de datos de radares que lo publican, útil para contrastar rangos de valores esperables por tipo de eco.