El ruido en la ecosonda con pulso FM o CHIRP: Parte 2
Para los técnicos y capitanes de pesca que utilizan ecosondas, la gestión del ruido es crucial, ya que puede competir directamente con la señal, afectando la precisión de dichos instrumentos. La tecnología CHIRP, que emplea pulsos modulados en frecuencia (FM), ha mejorado la detección en entornos ruidosos al ofrecer una mayor resolución y una mejor relación señal-ruido. Sin embargo, aunque esta tecnología supera muchas limitaciones de las ecosondas CW, también presenta desafíos como los lóbulos laterales en proximidad al fondo marino. Este artículo pretende examinar cómo el pulso FM o CHIRP mejora la mitigación del ruido en comparación con las ecosondas CW, destacando sus ventajas y presentando posibles desventajas.
Importancia del pulso FM o CHIRP en la consideración del ruido
La tecnología CHIRP ha superado las limitaciones de las ecosondas de onda continua (CW) en la gestión del ruido. Al emitir un pulso que cubre un amplio rango de frecuencias, las ecosondas CHIRP logran una mayor resolución y precisión en la detección de señales submarinas, mejorando significativamente la relación señal-ruido (SNR) y ofreciendo imágenes más claras y detalladas, incluso en entornos ruidosos.
La ecosonda convencional utiliza un pulso de sonido de onda continua, en inglés “Continuous Wave” o CW. En una ecosonda de pulso CW el ruido es un problema crítico a resolver, pues afecta de forma definitiva y directa a la señal, es decir, compite con esta en nivel. Si una ecosonda emite un pulso y recibe un eco con la misma intensidad que un ruido o menor, es posible que el ruido gane por sobre la señal útil. Para que podamos utilizar correctamente nuestra ecosonda CW, el ruido debe ser el mínimo posible, siempre por debajo del nivel mínimo de la señal que se desea detectar. Esta situación define lo que comúnmente se conoce como sensibilidad del equipo. En las ecosondas CW debemos incrementar la potencia para que nuestra señal prevalezca por sobre el ruido, es decir para mejorar nuestra relación señal-ruido (SNR o Signal-to-Noise Ratio).
En las ecosondas de pulso de frecuencia modulada o FM, comúnmente conocidas como ecosondas CHIRP (Compressed High Intensity Radar Pulse), se emite un pulso que contiene información en un conjunto de varias frecuencias. A los efectos de procesar esta información, la misma pasa por un filtro de comparación o “Matching Filter”. Para procesar un eco, se compara un pulso “semilla” con el eco recibido. La “semilla” representa el pulso que se transmite al agua, el cual se utiliza para buscar y rescatar el eco recibido. El eco puede ser rescatado exitosamente incluso cuando el ruido lo supera en nivel, pues sabemos de antemano el pulso que hemos enviado y por ende qué buscar y qué descartar sobre lo recibido. Para el usuario, en la pantalla, mucho del ruido desaparece ofreciendo una imagen, por lo general, bastante más limpia que la que se obtiene en una ecosonda con pulso de onda continua o CW.
Esto de debe principalmente por los siguientes factores:
● Mayor resolución y detalle: la tecnología CHIRP emite pulsos en la ecosonda de un rango de frecuencias en comparación con las ecosondas de pulso continuo. Esto permite una mejor resolución y detalle en la imagen de los ecos recibidos, lo que facilita la identificación de los objetos insonorificados o peces. Pueden discriminar entre diferentes tipos de objetivos con mayor exactitud. Esto es útil para distinguir entre peces, vegetación acuática, sedimentos y otros elementos presentes en el fondo marino.
● Mayor alcance y profundidad: Las ecosondas CHIRP suelen tener un mayor alcance y capacidad de penetración en comparación con las ecosondas de pulso continuo. Esto permite una exploración más eficaz de aguas profundas y la detección de objetivos a mayor distancia.
● Menor interferencia: la tecnología CHIRP es menos susceptible a la interferencia externa y al ruido, lo que resulta en una imagen más clara y precisa incluso en condiciones de alta interferencia electromagnética.
Efectividad del pulso CHIRP en la eliminación del ruido.
A continuación se analizará la capacidad de las ecosondas de pulso CHIRP para eliminar el ruido, destacando su efectividad en comparación con las tecnologías de pulso continuo (CW). Se examinará cómo una ecosonda CHIRP puede mitigar el «ruido aditivo», que proviene de fuentes externas, mejorando significativamente la relación señal-ruido (SNR).
Desde el punto de vista de donde se origina, el ruido puede ser considerado “ruido aditivo o adicionado” o puede considerarse “reverberación”. Esta última es la señal acústica recibida del eco que producen objetos flotando en el agua, como plancton o algas, mientras que el “ruido adicionado” son el resto de los ruidos que hemos analizado y que se producen por diversas causas, pero no son causados por la transmisión de nuestro propio equipo. Cuando se trate de “reverberación”, afectará tanto a la ecosonda CW como la FM o CHIRP por igual, dado que se trata de ecos que el filtro de comparación no será capaz de remover. En cambio, cuando se trata de “ruido adicionado”, el filtro de comparación podrá removerlo exitosamente, dado que no se trata de nada que pueda compararse con la semilla transmitida.
En pruebas realizadas comparando ambas tecnologías, la mejora en el ratio señal-ruido con pulso FM por sobre el pulso CW equivale a aumentar 50 veces la potencia en esta última, algo que normalmente es muy difícil, sino imposible de lograr en la práctica.
La mayor ventaja del pulso FM o CHIRP es que se puede incrementar la duración del pulso de ultrasonido sin sacrificar la resolución vertical del sistema. Con pulsos de mayor duración, la energía total transmitida al agua es exponencialmente mayor que con un pulso CW. De esta manera, se logra mejorar significativamente además la Relación Señal-Ruido (SNR), sin los efectos adversos de pérdida de resolución.
Efectos adversos del pulso FM o CHIRP en relación al ruido.
En esta tercera y última sección abordará las desventajas del pulso CHIRP en la detección de peces cerca del fondo marino, destacando un efecto adverso llamado lóbulos laterales. Se explorarán los métodos para mitigar este problema, como los filtros de ventana, y sus posibles consecuencias en la resolución.
El pulso FM o CHIRP es siempre recomendable en entornos o ambientes ruidosos, aunque presenta algunas desventajas, especialmente cuando se busca detectar peces en la cercanía del fondo. Esto se debe a un efecto adverso conocido como lóbulos laterales. Los lóbulos laterales son un subproducto indeseado del uso del filtro de comparación o matching, y son especialmente críticos en la cercanía del fondo, debido a que el fondo por lo general se presenta como un eco muy importante respecto a los ecos producidos por peces. Todos los ecos pueden producir lóbulos laterales en pulso FM, pero el fondo producirá un efecto muy relevante en la pantalla de la ecosonda.
Para el usuario, el lóbulo lateral producido por el fondo se verá como una franja de ruido que cubrirá toda el área por sobre el fondo. Dado el nivel de estos lóbulos laterales, es imposible filtrarlos sin eliminar también ecos útiles en el proceso del mismo nivel de intensidad.
Para minimizar la producción de lóbulos laterales, la ecosonda Seaman FMF posee diferentes filtros conocidos como “filtros de ventana”. Se trata de procesos matemáticos que se aplican tanto sobre la transmisión como sobre la recepción. No obstante, si bien estos filtros mitigan el efecto de los lóbulos laterales sobre el fondo, no los eliminan por completo y las mejoras que producen vienen acompañadas de efectos indeseados, tales como la pérdida de resolución vertical. Esto significa que tal vez perdamos la habilidad de detectar ecos muy cerca del fondo usando un pulso CHIRP, a menos que estos ecos superen un cierto nivel de señal, es decir, si son lo suficientemente importantes como para superar el filtro colocado.
Para concluir, la ecosonda CHIRP es una mejor opción para mitigar el ruido en comparación con una ecosonda de pulso continuo debido a su capacidad para dispersar la energía de la señal a través de un rango más amplio de frecuencias, lo que resulta en una mejor discriminación de objetivos y una mayor relación señal-ruido. Esto la hace más efectiva en entornos submarinos variables y ruidosos.
Sin embargo, no es absolutamente mejor en todos los aspectos, por ejemplo si consideramos como efectos no deseados al lóbulo lateral en el fondo marino. Lo interesante siempre es conocer todas las opciones disponibles para poder sacar el mejor provecho para cada arte de pesca en particular.
El ruido en la ecosonda con pulso FM o CHIRP: Parte 2
Para los técnicos y capitanes de pesca que utilizan ecosondas, la gestión del ruido es crucial, ya que puede competir directamente con la señal, afectando la precisión de dichos instrumentos. La tecnología CHIRP, que emplea pulsos modulados en frecuencia (FM), ha mejorado la detección en entornos ruidosos al ofrecer una mayor resolución y una mejor relación señal-ruido. Sin embargo, aunque esta tecnología supera muchas limitaciones de las ecosondas CW, también presenta desafíos como los lóbulos laterales en proximidad al fondo marino. Este artículo pretende examinar cómo el pulso FM o CHIRP mejora la mitigación del ruido en comparación con las ecosondas CW, destacando sus ventajas y presentando posibles desventajas.
Importancia del pulso FM o CHIRP en la consideración del ruido
La tecnología CHIRP ha superado las limitaciones de las ecosondas de onda continua (CW) en la gestión del ruido. Al emitir un pulso que cubre un amplio rango de frecuencias, las ecosondas CHIRP logran una mayor resolución y precisión en la detección de señales submarinas, mejorando significativamente la relación señal-ruido (SNR) y ofreciendo imágenes más claras y detalladas, incluso en entornos ruidosos.
La ecosonda convencional utiliza un pulso de sonido de onda continua, en inglés “Continuous Wave” o CW. En una ecosonda de pulso CW el ruido es un problema crítico a resolver, pues afecta de forma definitiva y directa a la señal, es decir, compite con esta en nivel. Si una ecosonda emite un pulso y recibe un eco con la misma intensidad que un ruido o menor, es posible que el ruido gane por sobre la señal útil. Para que podamos utilizar correctamente nuestra ecosonda CW, el ruido debe ser el mínimo posible, siempre por debajo del nivel mínimo de la señal que se desea detectar. Esta situación define lo que comúnmente se conoce como sensibilidad del equipo. En las ecosondas CW debemos incrementar la potencia para que nuestra señal prevalezca por sobre el ruido, es decir para mejorar nuestra relación señal-ruido (SNR o Signal-to-Noise Ratio).
En las ecosondas de pulso de frecuencia modulada o FM, comúnmente conocidas como ecosondas CHIRP (Compressed High Intensity Radar Pulse), se emite un pulso que contiene información en un conjunto de varias frecuencias. A los efectos de procesar esta información, la misma pasa por un filtro de comparación o “Matching Filter”. Para procesar un eco, se compara un pulso “semilla” con el eco recibido. La “semilla” representa el pulso que se transmite al agua, el cual se utiliza para buscar y rescatar el eco recibido. El eco puede ser rescatado exitosamente incluso cuando el ruido lo supera en nivel, pues sabemos de antemano el pulso que hemos enviado y por ende qué buscar y qué descartar sobre lo recibido. Para el usuario, en la pantalla, mucho del ruido desaparece ofreciendo una imagen, por lo general, bastante más limpia que la que se obtiene en una ecosonda con pulso de onda continua o CW.
Esto de debe principalmente por los siguientes factores:
● Mayor resolución y detalle: la tecnología CHIRP emite pulsos en la ecosonda de un rango de frecuencias en comparación con las ecosondas de pulso continuo. Esto permite una mejor resolución y detalle en la imagen de los ecos recibidos, lo que facilita la identificación de los objetos insonorificados o peces. Pueden discriminar entre diferentes tipos de objetivos con mayor exactitud. Esto es útil para distinguir entre peces, vegetación acuática, sedimentos y otros elementos presentes en el fondo marino.
● Mayor alcance y profundidad: Las ecosondas CHIRP suelen tener un mayor alcance y capacidad de penetración en comparación con las ecosondas de pulso continuo. Esto permite una exploración más eficaz de aguas profundas y la detección de objetivos a mayor distancia.
● Menor interferencia: la tecnología CHIRP es menos susceptible a la interferencia externa y al ruido, lo que resulta en una imagen más clara y precisa incluso en condiciones de alta interferencia electromagnética.
Efectividad del pulso CHIRP en la eliminación del ruido.
A continuación se analizará la capacidad de las ecosondas de pulso CHIRP para eliminar el ruido, destacando su efectividad en comparación con las tecnologías de pulso continuo (CW). Se examinará cómo una ecosonda CHIRP puede mitigar el «ruido aditivo», que proviene de fuentes externas, mejorando significativamente la relación señal-ruido (SNR).
Desde el punto de vista de donde se origina, el ruido puede ser considerado “ruido aditivo o adicionado” o puede considerarse “reverberación”. Esta última es la señal acústica recibida del eco que producen objetos flotando en el agua, como plancton o algas, mientras que el “ruido adicionado” son el resto de los ruidos que hemos analizado y que se producen por diversas causas, pero no son causados por la transmisión de nuestro propio equipo. Cuando se trate de “reverberación”, afectará tanto a la ecosonda CW como la FM o CHIRP por igual, dado que se trata de ecos que el filtro de comparación no será capaz de remover. En cambio, cuando se trata de “ruido adicionado”, el filtro de comparación podrá removerlo exitosamente, dado que no se trata de nada que pueda compararse con la semilla transmitida.
En pruebas realizadas comparando ambas tecnologías, la mejora en el ratio señal-ruido con pulso FM por sobre el pulso CW equivale a aumentar 50 veces la potencia en esta última, algo que normalmente es muy difícil, sino imposible de lograr en la práctica.
La mayor ventaja del pulso FM o CHIRP es que se puede incrementar la duración del pulso de ultrasonido sin sacrificar la resolución vertical del sistema. Con pulsos de mayor duración, la energía total transmitida al agua es exponencialmente mayor que con un pulso CW. De esta manera, se logra mejorar significativamente además la Relación Señal-Ruido (SNR), sin los efectos adversos de pérdida de resolución.
Efectos adversos del pulso FM o CHIRP en relación al ruido.
En esta tercera y última sección abordará las desventajas del pulso CHIRP en la detección de peces cerca del fondo marino, destacando un efecto adverso llamado lóbulos laterales. Se explorarán los métodos para mitigar este problema, como los filtros de ventana, y sus posibles consecuencias en la resolución.
El pulso FM o CHIRP es siempre recomendable en entornos o ambientes ruidosos, aunque presenta algunas desventajas, especialmente cuando se busca detectar peces en la cercanía del fondo. Esto se debe a un efecto adverso conocido como lóbulos laterales. Los lóbulos laterales son un subproducto indeseado del uso del filtro de comparación o matching, y son especialmente críticos en la cercanía del fondo, debido a que el fondo por lo general se presenta como un eco muy importante respecto a los ecos producidos por peces. Todos los ecos pueden producir lóbulos laterales en pulso FM, pero el fondo producirá un efecto muy relevante en la pantalla de la ecosonda.
Para el usuario, el lóbulo lateral producido por el fondo se verá como una franja de ruido que cubrirá toda el área por sobre el fondo. Dado el nivel de estos lóbulos laterales, es imposible filtrarlos sin eliminar también ecos útiles en el proceso del mismo nivel de intensidad.
Para minimizar la producción de lóbulos laterales, la ecosonda Seaman FMF posee diferentes filtros conocidos como “filtros de ventana”. Se trata de procesos matemáticos que se aplican tanto sobre la transmisión como sobre la recepción. No obstante, si bien estos filtros mitigan el efecto de los lóbulos laterales sobre el fondo, no los eliminan por completo y las mejoras que producen vienen acompañadas de efectos indeseados, tales como la pérdida de resolución vertical. Esto significa que tal vez perdamos la habilidad de detectar ecos muy cerca del fondo usando un pulso CHIRP, a menos que estos ecos superen un cierto nivel de señal, es decir, si son lo suficientemente importantes como para superar el filtro colocado.
Para concluir, la ecosonda CHIRP es una mejor opción para mitigar el ruido en comparación con una ecosonda de pulso continuo debido a su capacidad para dispersar la energía de la señal a través de un rango más amplio de frecuencias, lo que resulta en una mejor discriminación de objetivos y una mayor relación señal-ruido. Esto la hace más efectiva en entornos submarinos variables y ruidosos.
Sin embargo, no es absolutamente mejor en todos los aspectos, por ejemplo si consideramos como efectos no deseados al lóbulo lateral en el fondo marino. Lo interesante siempre es conocer todas las opciones disponibles para poder sacar el mejor provecho para cada arte de pesca en particular.
