Mapas de clutter¶

Qué resuelve¶

El eco de terreno no está repartido al azar: está donde están las montañas, los edificios y las torres, y eso es conocido y estable. Un filtro adaptativo como GMAP funciona sin saberlo, pero funciona mejor —y con menos daño colateral sobre la señal meteorológica— si se le dice dónde esperar clutter y dónde no. Y en las celdas donde nunca hay clutter, la opción más segura es no filtrar en absoluto: todo filtro cuesta varianza y sesgo, y aplicarlo donde no hace falta es pagar sin recibir nada.

Cómo funciona¶

Generación. Un mapa de clutter es un arreglo de celdas —azimut por rango, por elevación— con un valor por celda que indica la intensidad de clutter esperada. Se construye acumulando observaciones en condiciones de cielo despejado: se promedia la reflectividad de muchos barridos sin precipitación y, opcionalmente, se registra también la variabilidad temporal de cada celda, que es lo que separa el clutter de tierra —muy estable de barrido a barrido— del eco meteorológico —que cambia—. Ese segundo estadístico es lo que hace utilizable el mapa: un mapa basado sólo en la potencia media capta cualquier eco persistente, incluido el que no es clutter.

La generación necesita cuidado con dos cosas. Primera, la propagación anómala: en ciertas condiciones de refracción el haz se curva hacia el suelo e ilumina terreno que normalmente no ve, lo que produce clutter transitorio que no debe entrar en un mapa estático —de ahí el criterio de exigir persistencia a lo largo de muchas observaciones separadas en el tiempo—. Segunda, la dependencia con el ángulo de elevación: el mapa es tridimensional, y un mapa tomado a la elevación más baja no vale para la siguiente.

Aplicación. El mapa entra en el pipeline como entrada auxiliar y gobierna la agresividad del filtro celda a celda: sin clutter esperado, filtro desactivado; con clutter esperado, filtro activo y con la anchura espectral asumida (clutter_width_ms) ajustada a lo que el mapa indique. La alternativa moderna es prescindir del mapa estático y decidir por celda y por barrido con un detector —la familia CMD (Clutter Mitigation Decision)— que combina la variabilidad espacial de la reflectividad, la posición espectral de la potencia y, si hay polarimetría, el ρHV. Un detector así se adapta a la propagación anómala, que es justo lo que un mapa estático no puede hacer.

La recomendación de diseño es la jerarquía que el plan del DSP ya enuncia: mapa estático como capa base y barata, filtro espectral adaptativo como mecanismo principal, y el detector dinámico como mejora de Stage 2 cuando haya datos reales con los que ajustarlo, porque un detector sin ajustar es peor que un mapa.

Ciclo de vida. El mapa no es una constante: cambia con la vegetación, con la construcción y con la instalación de estructuras nuevas. Necesita procedimiento de regeneración periódica, versionado y trazabilidad de qué mapa estaba vigente al procesar qué volumen —esto último importa cuando se investiga a posteriori un producto anómalo.

Configuraciones cubiertas¶

Independiente del transmisor. Con polarimetría, la calidad del mapa mejora sustancialmente porque ρHV distingue clutter de meteoro mucho mejor que la sola persistencia de la potencia, y esa mejora es la puerta natural al detector dinámico. En canal único el mapa descansa sólo en estadísticos de potencia.

Parámetros del contrato que consume¶

De config: clutter_filter selecciona el filtro y clutter_width_ms fija la anchura espectral asumida del clutter. El contrato v0.1 no transporta el mapa: es un fichero de configuración local del DSP, cargado en fase de configuración. Si en el futuro se quiere que el RCP suba mapas o dispare su regeneración, hace falta un mensaje nuevo y una v0.2; queda registrado como alcance de Stage 2. Publica ray_flag.clutter_filtered y el momento ccor como evidencia de lo que el filtro hizo.

Criterio de aceptación¶

Sobre escenarios simulados con clutter inyectado en celdas conocidas, el procedimiento de generación debe reconstruir el mapa verdadero con tasas de detección y falsa alarma declaradas, incluyendo un caso con eco meteorológico persistente que no debe acabar en el mapa. En la aplicación, la comprobación que importa es la de daño colateral: en celdas marcadas sin clutter, los momentos deben ser idénticos a los del pipeline con el filtro desactivado; en celdas con clutter, la mejora debe medirse contra la verdad-terreno del meteoro subyacente.

Coste de cómputo¶

La aplicación es una consulta por celda: despreciable, y ahorra trabajo, porque desactivar el filtro donde no hace falta evita la FFT de esa celda. La generación es un proceso fuera de línea sobre barridos acumulados y no compite con el tiempo real. El coste real es de memoria: un mapa tridimensional a resolución completa es del mismo orden que un volumen de datos, y conviene decidir pronto si se almacena a resolución reducida.

Referencias abiertas / implementaciones libres¶

Doviak, R. J. & Zrnić, D. S., Doppler Radar and Weather Observations, 2ª ed., 1993 — capítulo 3: mecanismos de eco de tierra y propagación anómala.
Hubbert, J. C., Dixon, M. & Ellis, S. M. (2009), «Weather Radar Ground Clutter. Part II: Real-Time Identification and Filtering», Journal of Atmospheric and Oceanic Technology — el detector dinámico tipo CMD y su comparación con el mapa estático.
Siggia, A. D. & Passarelli, R. E. (2004), «Gaussian Model Adaptive Processing (GMAP)», Proceedings of ERAD 2004 — el filtro al que el mapa gobierna.
wradlib — wradlib.clutter implementa detectores de clutter por textura y por acumulación estadística, directamente aplicables a la generación del mapa.
LROSE — incluye una implementación abierta de identificación de clutter en tiempo real de la familia CMD.