RADAR
ÍNDICE RADAR:
Definición.
Historia.
Funcionamiento.
Tipos de radar.
Sistema secundario de radar.
Campos de aplicación.
DEFINICIÓN Radar: es un acrónimo de radio radi o detection and ranging (detección y medición de distancias mediante ondas radioeléctricas). radioel éctricas). En primera instancia instanci a fue un dispositivo dispositi vo para localizar locali zar y determinar la distancia di stancia de objetos, tales como barcos o aviones, fundado en la medición del tiempo que tarda en volver, una vez reflejado en el objeto en cuestión, un impulso de radiofrecuencia radi ofrecuencia que envía el propio propi o radar. radar. Actualmente Actualmente el radar ra dar puede generar imágenes cuasireales y cuasitridimensionales, cuasitridi mensionales, a partir parti r de la tecnología militar de radares doppler con antena expandida por síntesis de software. Dado que se conoce la velocidad veloci dad de propagación de las ondas radioeléctricas (que es la velocidad de la luz) l uz) es relativamente fácil conocer la distancia a la que se encuentra el objeto. En cuanto a la dirección en que se halla hall a el objeto, se determina por el uso de antenas parabólicas que son altamente direccionales, direccional es, por lo que sólo emiten y reciben en un ángulo muy pequeño.
HISTORIA Todos los sistemas de radar utilizan un transmisor de radio de alta frecuencia que emite un haz de radiación radiaci ón electromagnética, electromagnética, con una radiación de longitud de onda comprendida entre algunos algunos centímetros centí metros y cerca de 1 m. Los objetos que se hallan hallan en la trayectoria del haz reflejan las ondas de nuevo hacia el transmisor. transmisor. El radar se fundamenta en las leyes de la reflexión de las ondas de radio, implícitas en las ecuaciones ecuacio nes que controlan el comportamiento comport amiento de las ondas electromagnéticas, planteadas planteadas por el físico físi co británico James Clerk Maxwell Maxwell en 1864. Estas leyes quedaron quedar on demostradas por primera vez en 1886 a la vista vis ta de los los experimentos del físico alemán Heinrich Hertz. El El ingeniero ingenie ro alemán Christian Hülsmeyer Hülsmeyer fue el primero en sugerir sugeri r el aprovechamiento aprovechami ento de este tipo de eco mediante su aplicación a un dispositivo dispositi vo de detección diseñado para evitar colisiones colisiones en la navegación navegaci ón marítima. En 1922 el inventor i nventor italiano Guglielmo Guglielmo Marconi Marc oni desarrolló desarrolló un aparato apar ato similar. similar.
El primer experimento satisfactorio de detección a distancia tuvo lugar en 1924, cuando el físico británico Edward Victor Appleton utilizó el eco de las ondas de radio para averiguar la altura de la ionosfera —una capa ionizada de la atmósfera más alta capaz de reflejar las ondas de radio más largas. Al año siguiente los físicos norteamericanos Gregory Breit y Merle Antony Tuve llegaron de forma independiente a los mismos valores para la ionosfera al usar la técnica de radioimpulsos que más tarde se incorporó a todos los sistemas de radar. Su desarrollo no fue posible hasta que no se perfeccionaron las técnicas y equipos electrónicos en los años treinta.
El primer sistema útil de radar lo construyó en 1935 el físico británico Robert Watson-Watt. Sus investigaciones proporcionaron a Inglaterra una ventaja de partida en la aplicación de esta tecnología estratégica; en 1939 ya disponía de una cadena de estaciones de radar en las costas meridionales y orientales capaces de detectar agresiones tanto por aire como por mar. Ese mismo año dos científicos británicos lograron el avance más importante para la tecnología del radar durante la II Guerra Mundial. El físico Henry Boot y el biofísico John T. Randall inventaron un tubo de electrones denominado magnetrón de cavidad resonante. Este tipo de tubo es capaz de generar impulsos de radio de alta frecuencia con mucha energía, lo que permitió el desarrollo del radar de microondas, que trabaja en la banda de longitudes de onda muy pequeñas, inferiores a 1 cm, usando el láser. El radar de microondas, conocido también como LIDAR ( li ght d etection a nd r anging), se utiliza hoy en el sector de las comunicaciones y para medir la contaminación atmosférica. Los sistemas de radar más evolucionados que se construyeron en los años treinta jugaron un papel decisivo en la batalla de Inglaterra, que se libró de agosto a octubre del año 1940, y en la que la Luftwaffe de Adolf Hitler fracasó en su intento de adueñarse del espacio aéreo inglés. Aunque los alemanes disponían de sistemas propios de radar, los ejércitos británico y estadounidense supieron preservar su superioridad técnica hasta el final de la guerra.
FUNCIONAMIENTO Las ondas de radio se desplazan a 300.000 km, la velocidad de la luz. Los equipos de radar están compuestos por un transmisor, una antena, un receptor y un indicador. A diferencia de la radiodifusión, en la que el transmisor emite ondas de radio que son captadas por el receptor, los transmisores y receptores de radar suelen hallarse juntos. El transmisor emite un haz de ondas electromagnéticas a través de una antena que concentra las ondas en un haz coherente apuntando en la dirección deseada. Cuando las ondas chocan con un objeto que se halla en la trayectoria del haz, algunas se reflejan y forman una señal de eco. La antena capta la energía contenida en dicha señal y la envía al receptor. Mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático el receptor del radar genera una señal en el dispositivo de visualización, por lo general una pantalla de computadora.
Funcionamiento:
Transmisores.
Antenas.
Receptores.
Tratamiento informático.
Pantallas de radar.
Modulador de impulsos
Transmisores: El funcionamiento del radar implica que el transmisor emita una gran cantidad de energía para recibir, detectar y cuantificar una mínima fracción (una billonésima de una billonésima) de toda la energía de radio devuelta en forma de eco. Una forma de solucionar el problema de detectar este eco ínfimo en presencia de la enorme señal emitida es el sistema de impulsos. Durante un lapso de 0,1 a 5 microsegundos se emite un impulso de energía; a continuación, el transmisor permanece en silencio durante un espacio de centésimas o milésimas de microsegundo. Durante la fase de impulso, o emisión, el receptor queda aislado de la antena por medio de un conmutador TR (transmisor-receptor); durante el periodo entre impulsos, esta desconexión se efectúa con un conmutador ATR (anti-TR). El radar de onda continua emite una señal continua, en vez de impulsos. El radar Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un coche o una pelota, transmite con una frecuencia constante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán diferentes frecuencias a causa del efecto Doppler.
La diferencia de frecuencias guarda la misma relación con la emitida que la existente entre las velocidades del objetivo y la de la luz. Un objetivo que se desplaza en dirección al radar con una velocidad de 179 km/h altera la frecuencia de un radar de 10-cm (3.000 MHz) exactamente en 1 kHz. Si el receptor del radar está diseñado de forma que rechace aquellos ecos que poseen la misma frecuencia que el transmisor y sólo amplifique los de frecuencia distinta, únicamente visualizará los objetivos móviles. Tales receptores pueden seleccionar vehículos en movimiento en total oscuridad, como hace la policía para medir la velocidad de los automóviles. El radar de frecuencia modulada (FM) emite una señal continua cuya frecuencia va cambiando de manera uniforme. La diferencia entre las frecuencia del eco y la del transmisor en el momento de la recepción de aquél permite calcular la distancia existente entre transmisor y objetivo. Estos sistemas son más exactos que los de impulsos, aunque tienen un alcance menor.
Antenas: Las antenas de radar tienen que ser muy directivas; es decir, tienen que generar un haz bastante estrecho. Como la anchura del haz es directamente proporcional a la longitud de onda de la radiación e inversa a la anchura de la antena, y dado que no resulta viable utilizar antenas grandes en las unidades móviles de radar, surgió la necesidad de construir el radar de microondas. Otras ventajas de los radares de microondas son su menor vulnerabilidad a las medidas preventivas del enemigo, tales como las perturbaciones, y la mayor resolución de los objetivos. El movimiento necesario del haz del radar se consigue imprimiendo un movimiento denominado barrido.
La forma más sencilla de barrido consiste en hacer girar lenta y continuamente la antena. Los radares de tierra que se emplean para la detección de aviones a menudo llevan dos equipos de radar: uno efectúa el barrido en sentido horizontal para visualizar el avión y calcular el acimut, la distancia angular horizontal, y el otro lo realiza en sentido vertical para fijar su elevación. Muchas de las actuales antenas de radar llevan una batería con direccionamiento electrónico.
Receptores: El receptor ideal debe ser capaz de amplificar y medir una señal muy débil con una frecuencia muy elevada. Como hasta ahora no se ha conseguido construir un amplificador móvil que cumpla esta función de forma satisfactoria, la señal se convierte a una frecuencia intermedia de 30 MHz mediante un circuito superheterodino y se amplifica a dicha frecuencia. La altísima frecuencia de la señal del radar exige un oscilador y un mezclador con una precisión muy superior a la que se utiliza en los receptores normales de radio; no obstante, ya se han construido circuitos apropiados que utilizan como osciladores tubos de microondas de alta potencia denominados klystrons. La conversión de la frecuencia intermedia se efectúa de forma habitual y la señal se envía a continuación a una computadora.
Tratamiento informático: La mayoría de los radares modernos convierten la señal analógica recibida a una secuencia de números por medio de un convertidor analógico digital. Un ordenador de alta velocidad se encarga de procesar esta secuencia y extraer la información relativa al objetivo. En primer lugar, la señal retorna de tierra, donde se eliminan los objetos irrelevantes mediante un filtro indicador de objetivo móvil (MTI). A continuación se fracciona la señal en componentes discretos de frecuencia por medio de un transformador rápido de frecuencias (FFT). Por último, una vez combinadas las señales de muchos pulsos, se determina el objetivo mediante el procesador de frecuencia constante de falsa alarma (CFAR). Los sistemas de radar cuya función principal consiste en detectar objetivos tienen que indicar la presencia o ausencia de éstos. Si el objetivo se halla realmente presente, el radar tendrá que detectarlo correctamente o ignorarlo por error. Si el objetivo no está presente de verdad, el radar puede indicar que no hay presencia del objetivo o puede producir una falsa alarma. La computadora CFAR tiene que ponderar de forma óptima las detecciones frente a las falsas alarmas.
Pantallas de radar: Las pantallas modernas de radar recuerdan a los complejos visores de los videojuegos. La detección de objetivos, la velocidad y la posición se pueden sobreponer a un mapa con la representación de carreteras u otras características importantes .
Ciertos radares aéreos o en órbita espacial procesan las señales que retornan de tierra y proyectan un mapa de alta resolución del terreno. A menudo se pueden reconocer objetos tan pequeños como un camión a varios kilómetros de distancia, de noche y en condiciones meteorológicas adversas. La mayoría de los últimos avances en cuanto a pantallas y procesos de radar son consecuencia de los adelantos en el mundo de las computadoras y la electrónica de alta velocidad.
Modulador de impulsos Todo equipo de radar normal posee otro componente importante: el modulador de impulsos. Este dispositivo se encarga de extraer continuamente corriente de una fuente de potencia, como un generador, para alimentar el magnetrón del transmisor con impulsos del voltaje, potencia, duración e intervalo precisos. El impulso debe comenzar y finalizar de manera abrupta, pero la potencia y el voltaje no deben variar de forma apreciable durante el impulso.
TIPOS DE RADAR
Según número de antenas.
Según su funcionamiento.
Según su modulación.
Según su finalidad.
Otros tipos.
Según número de antenas:
Monoestático:Una sola antena transmite y recibe.
Biestático: Una antena transmite y otra recibe, en un mismo o diferentes emplazamientos.
Multiestático: combina la información recibida por varias antenas.
Según su funcionamiento:
Primario: Funciona con independencia del blanco, dependiendo solamente de la RCS del mismo.
Secundario: El radar interroga al blanco, que responde, normalmente con una serie de datos (altura del avión, etc). En el caso de vehículos militares, se incluye el identificador amigoenemigo.
Según su modulación:
Radar de onda continua (CW): Transmite ininterrumpidamente, normalmente con algún tipo de modulación que permite determinar cuando se transmitió la señal correspondiente a un eco. El radar de la policía suele ser de onda continua y efecto Doppler.
Radar de onda pulsada. Es el funcionamiento habitual. Se transmite un pulso, que puede estar modulado o no, y se espera a recibir su eco, antes de lanzar el siguiente pulso. Si aparecen ecos de pulsos anteriores al último transmitido, se interpretarán como pertenecientes a este último, de modo que aparecerán trazas de blancos inexistentes.
Según su finalidad:
Radar de seguimiento: Es capaz de seguir el movimiento de un blanco. Por ejemplo el radar de guía de misiles.
Radar de búsqueda: Explora todo el espacio, o un sector de él, mostrando todos los blancos que apa21recen. Existen radares con capacidad de funcionar en ambos modos.
Otros tipos:
Radar tridimensional: Es capaz de
Radar de imágenes laterales o radar de apertura sintética (SAR): Permite la
determinar la altura del blanco, además de su posición sobre el plano.
obtención de imágenes del terreno, similares a fotografías. Funcionan mediante una antena virtual sintetizada matemáticamente, que puede tener dimensiones de cientos de metros, permitiendo resoluciones de la imagen inferiores a metros. Normalmente se mueve el radar, pero también existen sares que son fijos y lo que se mueve es el blanco, que pasa ante ellos. Un ejemplo de esto es la utilización del radiotelescopio de Arecivo para cartografiar Venus.
SISTEMA SECUNDARIO DE RADAR Los sistemas de radar descritos reciben el nombre de sistemas primarios y funcionan sobre el principio de un eco pasivo procedente del objetivo. Hay otro grupo de equipos de radar, conocidos globalmente como sistemas secundarios, que se basan en una respuesta del objetivo; la mayoría de estos equipos se utilizan en la navegación y en la comunicación.
Sistema secundario de radar:
Radiofaro de respuesta.
Identificación de radar.(IFF)
Radiofaro de respuesta: Un faro de radar, también denominado racon, es un equipo secundario de radar que emite un impulso cada vez que recibe otro. Estos faros amplían en gran medida el alcance de los radares, ya que un impulso emitido, aunque proceda de un transmisor de baja potencia, siempre es mucho más potente que el eco. El transmisor de radar que emite el impulso inicial se denomina el interrogador y la acción de este impulso sobre el faro recibe el nombre de disparo. El radiofaro en su versión más sencilla emite, casi instantáneamente un único impulso de la misma frecuencia recibida, que actúa como un potente eco.
Sin embargo, los radiofaros pueden presentar muchas variantes; por ejemplo, el faro puede responder con una frecuencia distinta o puede incorporar un retardo, de manera que parezca hallarse a mayor distancia del interrogador. Estos retardos se utilizan en los sistemas de aterrizaje asistido para medir la distancia desde la pista de aterrizaje en vez de desde el radiofaro. El radiofaro puede estar diseñado para que sólo se dispare por impulsos dentro de una estrecha gama de frecuencias, con una longitud determinada o cualquier otra característica; los radiofaros también pueden devolver una respuesta codificada, garantizando que el navegante no pueda confundir el punto que aparece en su pantalla. En tiempos de paz los radiofaros más sencillos resultan de gran utilidad como ayudas a la navegación, sobre todo si se emplean junto con equipos de radar de baja potencia
Identificador de radar. (IFF) Se trata de un radiofaro codificado, instalado en aviones con fines de identificación en tiempo de guerra; IFF es la abreviatura de I dentification, F riend or F oe. Durante la II Guerra Mundial, todos los aviones y barcos aliados llevaban equipos IFF y aunque muchos de ellos cayeron en manos del enemigo, nunca pudieron ser utilizados de forma eficaz para confundir a las fuerzas aliadas, ya que la codificación de la interrogación y la respuesta se modificaba habitualmente. El mayor problema planteado por el IFF radicaba en la confusión de señales en situaciones de gran densidad de tráfico aéreo. Los equipos IFF poseían un interruptor de emergencia que al ser accionado por un miembro de la tripulación de un avión en apuros alertaba de inmediato al radar interrogante fijando la posición de aquél.
CAMPOS DE APLICACIÓN
Geología Análisis de estructuras geológicas (fracturas, fallas, pliegues y foliaciones); litotipos, geomorfología (relieve y suelos) e hidrografía para investigación de recursos minerales; Evaluación del potencial de los recursos hídricos superficiales y subterráneos;
Identificación de áreas para prospección mineral. Agricultura
Planeamiento y monitoreo agrícola;
CAMPOS DE APLICACIÓN
Identificación, mapeo y fiscalización de cultivos agrícolas; Determinación relativa de la humedad de los suelos; eficiencia de sistemas de irrigación. Cartografía Levantamiento planimétrico (escalas 1:20.000 a 1:50.000); Levantamiento altimétrico (interferometría). Bosques Gerencia y planeamiento de bosques; Determinación de grandes clases de bosques; Identificación de la acción de determinadas enfermedades; Elaboración de cartografía referente a deforestación;
CAMPOS DE APLICACIÓN
Identificación de áreas de corte selectivo; Estimativa de biomasa. Hielo y nieve Mapeo/clasificación de hielo; Monitoreo del deshielo-inundaciones Hidrología Gerencia y planeamiento de los recursos hídricos; Detección de la humedad del suelo; Interpretación de parámetros hidrológicos: transmisividad, dirección de flujo, permeabilidad, entre otros. Medio Ambiente
CAMPOS DE APLICACIÓN
Planeamiento y monitoreo ambiental; Identificación, evaluación y monitoreo de recursos hídricos y de los procesos físicos del medio ambiente (intemperismo, erosión, deslizamientos, entre otros); Identificación y análisis de la degradación causadas por mineralizaciones, deposición de residuos, acción antrópica, entre otros; Identificación, análisis y monitoreo de riesgos ambientales. Oceanografía Monitoreo del estado del mar, corrientes, frentes de viento; Espectro de ondas para modelos numéricos de previsión; Mapeo de la topografía submarina (condiciones específicas);
CAMPOS DE APLICACIÓN
Polución marina causada por derrames de petróleo; Detección de barcos - pesca ilegal; Apoyo para el establecimiento de rutas marítimas. Uso de la Tierra Planeamiento del uso de la tierra; Clasificación de suelos; Clasificación del uso de la tierra; Inventario, monitoreo (detección de cambios), planeamiento; Patrones de irrigación/déficit hídrico; Salinización de suelos. Radares Meteorológicos Doppler
FAR-2127 RADAR ARPA
Descripción general:
Procesamiento avanzado de la señal para detectar mejor con mala mar. Presentación LCD proporcionando impactantes imágenes radar. Diseñado para cumplir con los requerimientos SOLAS para barcos inferiores a 10.000 TRB. Hasta cuatro radares pueden ser interconmutados en la red sin necesidad de un dispositivo extra. Ploteo/seguimiento automático de 100 blancos, adquiridos manualmente o automáticamente. Fácil de operar por teclas función configurables, módulo de mano con bola/rueda control y controles giratorios. Magnetrones con espurios bajos,cumpliendo los estándares de emisión ITU-R. Presenta 1000 blancos AIS
Funciones del radar:
Presentación de datos. Asociación de blanco.(Fusión) Marcas y símbolos para ARPA y AIS. Zonas de guardia. Estela de los ecos. Visión nocturna Mapa radar.
Presentación de datos: Una diversidad de datos de navegación son presentados en celdas como el estado del barco, datos de ploteo, viento, temperatura del agua e información de los sensores de a bordo. Estos blancos seleccionados son marcados con un símbolo cuadrado en la presentación radar. El aumento es una característica especial de los radares FURUNO serie FAR-21x7. Esto parece como un zoom de barrido-retrasado que IMO prohibe estrictamente,pero donde la Administración acepte, la característica Aumento agranda una parte de la presentación radar para alguna actividad marítima especial.
Asociación de blancos(Fusión): Un barco equipado con un AIS puede ser presentado por símbolos AIS y ARPA. Esto es debido a que la posición AIS es medida por un GPS en L/L mientras que el blanco ARPA y sus datos son medidos por la distancia y demora desde nuestro barco y situado sobre el radar PPI.Cuando los símbolos están dentro de unos criterios ajustados por el operador, el símbolo ARPA se fusiona con el símbolo AIS. Los criterios son determinados por la diferencia en distancia, demora, rumbo, velocidad, etc.
Marcas y símbolos para Arpa y Ais:
Zonas de guardia: Zona de Adquisición Automática:Dos zonas de adquisición automáticas pueden ser seleccionadas en sector o de cualquier forma. Ellas actuan también como zonas de supresión, evitando una sobrecarga innecesaria al procesador y anti-parásitos por inhabilitación de la adquisición y seguimiento automáticos fuera de ellas. Los blancos en la zona de adquisición automática aparecen como un triángulo inverso. El operador puede adquirir manualmente blancos importantes sin restricción.
Zona de Alarma CPA:El símbolo de seguimiento del blanco cambia a un triángulo cuando su rumbo pronosticado (vector) viola Los CPA/TCPA ajustados por el operador. El operador cambiar fácilmente la longitud del vector para evaluar la tendencia del movimiento del blanco.
Zonas de Guardia y Zona Vigilancia de Fondeo: Las Zonas de Guardia genera alarmas visuales y sonoras cuando los blancos entran en las zonas seleccionadas por el operador. Una de las Zonas de Guardia puede ser usada como vigilancia de fondeo para alertar que el barco propio o un blanco se sale de la zona.
Estela de los ecos: Las estelas de los blancos genera una persistencia luminosa monotono o gradual de todos los objectos de la presentación. La persistencia dibuja la presentación como en un PPI análogico. Las estela monotono son útiles para mostrar el movimiento del barco propio y otros barcos en las faenas específicas de pesca. El tiempo de la estela es ajustable en 15, 30 s, 1, 3, 6, 15, 30 min o continuamente. Las estelas son mostradas en colores diferentes del fondo. Una característica especial en este radar es la elección del modo Relativo o Verdadero con Movto Relativo (sólo Verdadero con TM).
Visión nocturna: Este radar tiene la capacidad de tener visión nocturna, los colores de la pantalla cambian al hacerse de noche con un sensor que lleva incorporado.
Mapa radar: Hasta 200 waypoints y hasta 30 rutas pueden ser almacenadas.Cada ruta puede incluir hasta 30 waypoints. Un mapa radar es una combinación de líneas y marcas por la cual el usuario puede definir y entrar un area de navegación, un plan de ruta y datos demonitorización. El mapa radar tiene la capacidad de 3.000 puntos para líneas y marcas. Los datos del mapa pueden ser memorizados para facilitar el uso repetido de un área.
Antenas utilizadas:
Los radares pueden ser conectados a una red Ethernet para una variedad denecesidades del usuario. El Capítulo V de SOLAS enmendado requiere radares de banda X y banda S para barcos de 3000 TRB y superiores. Los radares de banda X y banda S pueden ser interconmutados sin usar una opción extra. Hasta cuatro radares pueden ser interconmutados en la red. Como adición, la información de navegación esencial incluida como la carta electrónica, L/L, COG, SOG, STW, etc.pueden ser compartidas en la red.
