Un sodar ( Sonic Detection And Ranging ) es un dispositivo de detección remota en meteorología que utiliza ondas sonoras para medir la velocidad y dirección de los vientos en altura, así como la estructura termodinámica y la turbulencia en las capas inferiores de la atmósfera terrestre , un tipo de perfilador del viento . Es, pues, un dispositivo para la detección y telemetría acústica de la atmósfera o Acdar ( Detección acústica y rango ). El sodar también se conoce a veces como Sonar por ecolocalización o acústica de radar .
El dispositivo consta de una antena que emite sonido y un receptor que capta ecos. Puede utilizar la misma antena para la recepción, entonces es un sistema monoestático, u otra antena en el caso de un sistema biestático. En el primer caso, el dispositivo puede captar los retornos provenientes de la difusión de ondas sonoras por el cambio de temperatura con la altitud. En el segundo caso, el dispositivo también puede captar la turbulencia .
Los sistemas monoestáticos se pueden dividir en dos categorías: los que utilizan múltiples antenas y los que utilizan una única antena en fase . Los sistemas de antenas múltiples tienen una antena apuntando verticalmente y otras dos orientadas en un ligero ángulo desde la vertical en direcciones ortogonales. Estas antenas pueden ser parábolas , y en este caso la transmisión-recepción se realiza en el foco, o un conjunto de altavoces emitiendo en fase para generar una onda enfocada.
Las antenas de matriz utilizan una única serie de altavoces cuya fase de emisión varía de modo que la onda emitida se enfoque verticalmente o en ambas direcciones ortogonales.
La propagación del sonido en la atmósfera se ha estudiado durante mucho tiempo, pero solo desde la Segunda Guerra Mundial se han realizado más investigaciones para desarrollar aplicaciones prácticas. Los investigadores del Ejército de los EE. UU. Utilizaron el sonido para identificar las inversiones de temperatura que afectaron la propagación de las comunicaciones por microondas . Durante la década de 1950 , los soviéticos y australianos demostraron que era posible obtener ecos de retrodispersión hasta varios cientos de metros sobre el suelo. Durante la década de 1970 , los investigadores de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) construyeron los primeros dispositivos para medir la velocidad y la dirección del viento utilizando el efecto Doppler-Fizeau de las ondas acústicas.
A partir de ese momento, varias organizaciones y empresas sacaron al mercado gaseosas cada vez más sofisticadas. En 1975, los investigadores de la Universidad de Nevada en Reno fueron los primeros en incorporar el procesamiento de datos digitales utilizando una microcomputadora . Durante la década de 1980 , la empresa francesa Remtech fue la primera en utilizar una antena de matriz en fase , en lugar de una antena parabólica , y una de las primeras en utilizar múltiples tasas de repetición de pulsos.
Los refrescos más recientes incorporan las últimas tecnologías para eliminar la mayor cantidad de ruido ambiental posible, enfocar mejor los sonidos y ampliar el rango útil.
El principio del sodar es similar al del sonar utilizado en el agua: se emite una onda de sonido y se propaga libremente en el aire hasta que encuentra una diferencia en la densidad del fluido, generalmente debido a un cizallamiento entre dos capas. Luego se refleja parte de la onda. Los detectores registran el tiempo y la frecuencia del viaje. A partir del momento del vuelo se deduce la distancia del eco, del deslizamiento de frecuencia se deducen las velocidades de las capas de aire mediante la aplicación del efecto Doppler .
Por tanto, el sodar emite verticalmente y en dos direcciones, generalmente norte y este, con un ángulo de entre 15 y 30 grados con respecto a la vertical. En cada una de estas tres direcciones, el eco de retorno implica un cambio de frecuencia debido al movimiento del aire (efecto Doppler). El cambio en la dirección vertical corresponde a la velocidad vertical del aire.
Para medir el viento horizontal, el sodar usa los ecos que regresan en dos direcciones ortogonales para encontrar los componentes radiales de la velocidad en esas direcciones. Combinando estos dos datos y la velocidad vertical en la ecuación de continuidad del terreno, la computadora integrada puede calcular el viento total y por lo tanto su componente horizontal.
Las ondas sonoras son muy fáciles de dispersar en el aire. Cuanto más inestable sea la atmósfera, menor será el rango útil de la soda. La propagación también depende de la frecuencia utilizada, la potencia del transmisor, la turbulencia atmosférica y el nivel de ruido en el entorno. Como regla general, las frecuencias más bajas combinadas con mucha potencia darán un rango útil mayor.
Como los refrescos funcionan a una frecuencia de menos de 1.000 a más de 4.000 hercios, con una potencia de varios cientos de vatios, su alcance útil varía entre 0,2 y 2 kilómetros. Ciertos sosa pueden variar la longitud de los pulsos que se emiten para poder extender su rango útil, pero esto a expensas de la resolución vertical de los datos.
Como el sodar permite conocer tanto los vientos como las turbulencias en la capa muy baja de la atmósfera, se utiliza para estudios de microclimas o para operaciones aéreas. Por ejemplo, utilizando un sodar, los ingenieros pudieron estudiar el comportamiento de los vientos entre el suelo y la altitud del punto más alto del viaducto de Millau , 343 metros, en el valle circundante.
Para un mayor alcance vertical, se utilizan perfiladores de viento por radar.