Desmistificando a Radiotelemetria

Utilizo sistema rádio localizador em minhas aves desde 2006 e somente por duas ocasiões realmente exigi o máximo do equipamento. Pequenos sustos, para quem voa aves do gênero Falco são comuns no dia a dia e devemos estar preparados para possíveis imprevistos no campo. Neste artigo vou escrever sobre os elementos que compõem a Telemetria e também a forma como eu a opero e sempre funcionou.

Este sistema de localização teve origem pós Segunda Guerra Mundial onde pilotos de teste da Marinha dos Estados Unidos eram monitorados em suas missões. No início da década de 60 ocorreram os primeiros relatos do seu uso para pesquisas em animais de vida livre e na década de 70 já era utilizada por falcoeiros europeus e norte americanos. No Brasil ela é usada em projetos de pesquisa desde os anos 90 e por falcoeiros, no início do ano 2000.

O sistema mais utilizado para receptores é o da faixa de ondas de radio Very High Frequency, mais conhecida como VHF. Embora esta faixa cubra um espectro bastante largo (30 – 300 MHz, lembrando que 1 MHz = 1.000 KHz), a maioria dos equipamentos transmissores operam na faixa dos 170 a 218 MHz, e oferecem uma boa relação entre o alcance do sinal e a durabilidade da bateria. Neste sistema, o sinal de rádio é emitido na forma de pulsos pelo transmissor e é captado diretamente pelo receptor, conectado a uma antena. Cada transmissor deve operar em uma freqüência única e com uma distância razoável (aproximadamente 10 KHz) de outros transmissores utlizados na mesma área para evitar confusão entre indivíduos a serem localizados.

O terceiro componente do equipamento básico de Telemetria é a antena, responsável por interceptar o sinal emitido pelo transmissor e retransmiti-lo magnificado para o receptor. Normalmente ligada ao receptor por meio de cabos coaxiais, a antena pode ter diversos tamanhos e configurações, que irão influir diretamente na magnificação do sinal captado e na sua portabilidade. Quanto maior for o porte e complexidade da antena, maior será o ganho de sinal, porém maior será a dificuldade no seu manuseio.

Adicionalmente, as antenas podem ser divididas em direcionais e omnidirecionais. Direcional se refere à capacidade da antena em captar mais eficientemente o sinal transmitido de acordo com sua orientação em relação ao transmissor, já as omnidirecionais possuem um padrão de captação homogêneo em todas as direções, podendo ser utilizadas apenas para detectar presença ou ausência de sinal. As antenas direcionais comumente utilizadas são nos modelos Adcock e Yagi.

     Ilustração dos principais tipos de antena utilizadas em telemetria, sendo A, B e C omnidirecionais e D e E direcionais.

A Adcock, também conhecida como antena em “H”, em função do seu formato, possui dois elementos paralelos, aumentando relativamente o ganho de sinal. Apresenta a melhor relação custo-benefício entre as antenas direcionais, em termos de ganho, portabilidade e preço. A modelo Yagi por sua vez, compreende todas as antenas com três ou mais elementos paralelos, oferecendo melhores performances em ganho e direcionalidade do sinal. No entanto, excetuando-se a antena com 3 elementos, os modelos Yagi são de difícil manejo. A empresa norte-americana Marshall Radio Telemetry desenvolveu e comercializa o modelo Yagi de três elementos dobrável e retrátil muito compacta e fácil de carregar.

Em antenas direcionais o padrão de captação é constituído basicamente por dois campos de pico diametralmente opostos: um mais forte, chamado de “frente” da antena e um mais fraco, chamado de “fundo” da antena. Tais campos são separados em ambas as extremidades por lados “surdos” ou nulos da antena, onde há apenas uma mínima captação de sinal. Dessa forma, para um volume constante no receptor, o sinal será escutado com maior intensidade quando a frente da antena estiver voltada para o transmissor. É este padrão diferenciado que permite a identificação do sinal e localização da ave.

Padrão de captação de sinal para uma antena direcional do tipo Adcock, evidenciando o pico de captação na frente da antena, o campo de captação mais fraco no fundo e os dois lados "surdos", com captação mínima.

É importante lembrar que através do sistema de recepção de VHF (receptor e antena direcional) pode-se estimar apenas a direção do transmissor, de onde seu sinal será captado com maior intensidade. A determinação de sua distância pode ser feita apenas subjetivamente e de forma qualitativa (próximo ou distante) e, mesmo assim, dependendo da experiência do operador.

A acurácia de uma localização depende principalmente da qualidade das estimativas de direção do transmissor. Tais estimativas são suscetíveis não apenas ao erro humano, mas também sofrem a influência das diversas interferencias (reflexão, difração, polarização etc) a que são submetidos os sinais dos transmissores.

Em campo, quando for necessário utilizar o equipamento, procure observar o relevo do local de forma a posicionar-se em pontos onde a recepção de sinal seja avantajada. Pontos mais altos e de vegetação mais aberta normalmente oferecem as melhores condições de recepção. Evite posicionar-se próximo a obstáculos ou fontes de interferência eletromagnética. Cuidado com a montagem e empunhadura corretas da antena direcional, lembre-se que cada modelo de antena tem um padrão de captação diferente (vide manual do equipamento) e erros desta natureza podem provocar localizações enganosas. Um giro de 360 graus é recomendável para confirmar a direção geral de maior intensidade do sinal. Ajuste o volume do receptor, de forma que seja possível definir com clareza os campos de pico e nulo de sinal da antena. Lembre-se que ao diminuir o volume, o arco de captação formado pelo campo de pico com maior intensidade de sinal (“frente” da antena) será cada vez menor, facilitando a determinação de sua direção. Em caso de dúvidas quanto à direção precisa do sinal, utilize a reta que representa a bissetriz do ângulo formado pelos limites de captação do sinal, ou o início de ambos os lados “surdos” da antena. Eu utilizo duas formas de rastreio, o terrestre e alguns princípios de triangulação, normalmente os dois em conjunto.

Estimativa da origem do sinal pelo método de bissetriz, utilizando os limites dos lados "surdos" da antena para formação de um ângulo.

O rastreamento terrestre é simples, consiste em seguir o rumo de maior intensidade de sinal até o estabelecimento de contato visual com a ave. A triangulação é possivelmente a técnica de localização por telemetria mais utilizada, ela consiste em: escolher dois ou mais pontos de qualidade na captação do sinal; estimar suas respectivas direções de maior intensidade do sinal; encontrar o ângulo de visada dessas direções e finalmente calcular a localização do transmissor, através dos pontos de encontro das retas correspondentes aos ângulos medidos em cada ponto. Dependendo do número de pontos utilizados para a triangulação, tais cálculos podem ser de trigonometria simples (dois pontos) ou baseados em estimadores de maxima verossimilhança (três ou mais pontos). Apesar de sua aparente simplicidade, a triangulação é um processo cuja qualidade depende de uma série de detalhes na escolha dos pontos onde serão estimadas as direções.

Agora surge a pergunta:

- Você faz todos esses cálculos de trigonometria e verossimilhança?

É ÓBVIO... Que não!

Claro que para treinar e conhecer a capacidade do equipamento já fiz  diversos testes e cálculos mas nunca cheguei a ponto de precisar calcular a localização com toda esta precisão utilizando bússolas, mapas etc. Somente utilizando o cruzamento entre os pontos localizados na angulação já foram o suficiente pra mim.

A diferença entre os ângulos de visada medidos em cada ponto é, além de um fator que influi na precisão da localização, uma forma prática de avaliar-se a distância desses pontos em relação ao transmissor. Até mesmo intuitivamente é possível perceber que, dado um ângulo de visada obtido no primeiro ponto de triangulação, quanto maior o deslocamente necessário até um segundo ponto, para que o ângulo de visada se modifique, por exemplo, em 30 graus, tanto maior será a distância da localização do transmissor. Trocando em miúdos, Quanto mais distante a ave estiver, maior deverá ser a distância entre os pontos de angulação.

Ilustração demonstrando que, quanto maior a distância do receptor para o transmissor, maior a distância a ser percorrida entre dois pontos de localização para a obtenção de uma dada diferença entre os ângulos de visada.

Conforme mencionado anteriormente, em condições semelhantes, quanto mais próximo do transmissor, melhor será a qualidade do sinal, mais acurada a estimativa de sua direção e mais preciso o cálculo de localização do transmissor.

Apesar da relevância dessas considerações, é importante ter em mente que a localização por meio dessa técnica será sempre baseada em estimativas das direções de maior intensidade do sinal em cada ponto de triangulação, sendo então também uma estimativa da real localização do transmissor.

Estimativas de localização por meio de triangulação com três pontos.