Unidad 3 Sistemas de radiolocalización y telemetría El sistema de radiolocalización. Es un sistema que por medios de ondas electromagnéticas, permite la localización de objetos en áreas geográficas que se encuentren a distancias muy lejanas del lugar donde este el sistema. Estos sistemas realizan la localización orientando sus antenas u antena, hacia la dirección donde se encuentra el objeto que se quiere ubicar, determina la distancia al calcular el tiempo transcurrido entre el momento que se emite la señal electromagnética y la vuelta del eco reflejado por el objeto, teniendo en consideración que la velocidad de propagación al igual que la velocidad de la luz son constantes. Una vez detectado este objeto es posible calcular tanto la distancia como su tamaño o si está en movimiento o estático. Esta tecnología es la tecnología de radares.
Componentes de un sistema de Radiolocalización: - Transmisor: encargado de transmitir una serie de ondas electromagnéticas que al chocar con algún objeto se refleja y son devueltos en forma de eco. Compuesto por un magnetrón para generar impulsos de radio de alta frecuencia con mucha energía . - Antena: encargada de captar la energía contenida en el eco y enviarla al receptor a través de impulsos electromagnéticos a frecuencias muy elevadas y de corta duración. La antena debe girar lenta y continuamente para generar un haz estrecho, lo mismo que una señal de barrido. - Receptor: recibe, mide y cuantifica la señal. Debe tener la capacidad de amplificar y medir señales muy débiles con una frecuencia muy elevada. La señal recibida es cuantificada y enviada a una computadora donde se realiza la conversión analógico/digital. - Software: por medio de este y el conversor analógico/digital, convierte la señal analógica recibida en una secuencia de números (codificación y decodificación). - Pantalla de radar: muestra toda la información que fue entregada a los distintos buses. Permite obtener imágenes de gran calidad y una mayor visibilidad. - Modulador de impulsos: encargado de extraer continuamente corriente de una fuente de energía, como un generador, para poder alimentar al magnetrón del transmisor con impulsos de voltaje, potencia, duración e intervalos precisos.
Aplicaciones y usos de la radiolocalización: Tiene múltiples aplicaciones que van desde el campo de la meteorología pasando por el control y tráfico aéreo, terrestre y marítimo, para el área civil, mientras que para el área militar tiene aplicaciones en la
detección de naves amigas y enemigas, aéreas, marítimas y terrestres, así como la detención de objetos y minas antipersonales.
La telemetría. Consisten en la adquisición de datos de cualquier índole a distancia mediante sensores o transductores ya sean estos analógicos o digitales y enviarlos a una estación de control a través de un sistema de telecomunicaciones donde estos datos son administrados, procesados y visualizados.
¿Cómo funciona? Un sistema de telemetría normalmente consiste de un transductor como un dispositivo de entrada, un medio de transmisión en forma de líneas de cable o las ondas de radio, dispositivos de procesamiento de señales, y dispositivos de grabación o visualización de datos. El transductor convierte una magnitud física como la temperatura, presión o vibraciones en una señal eléctrica correspondiente, que es transmitida a una distancia a efectos de medición y registro. Aplicaciones y usos de la telemetría: Dentro de los usos que actualmente tiene la telemetría, se encuentran el control de naves espaciales , plantas químicas redes de suministro eléctrico, redes de suministro de gas, medición de temperaturas de calderas, control de frecuencias cardíacas (medicina), descubrimientos de yacimientos petroleros, gas y otros minerales, como detector de errores, velocidad,etc. Partes de un sistema telemétrico. - sistemas de recolección de información: constituido por una serie de sensores ligados a una interfaz electrónica con lo que se podrá medir o captar el objeto en cuestión - Medio de comunicación: será el medio mediante el cual llegará la información al sitio deseado, este medio es el espacio libre. - Sistema de notificación y despliegue: generalmente consiste en un software creado para tal fin, la medición del objeto (móvil o estático).
Caracteristicas: - La transmisión de los datos de información se realiza de manera inalámbrica, satelital o de Ondas de radio. - Recibe los datos y las instrucciones para operar mediante telecomandos.
- Permite la recopilación de datos, supervisión de procesos, verificación de estados , envío de alertas, alarmas al centro de control y monitoreo de comportamientos. - Se utiliza por lo general, en todos aquellos campos donde se requiere un monitoreo constante. - Al ser una técnica automatizada de las telecomunicaciones, se puede tomar mediciones y recopilaciones de datos que se realizan en lugares remotos para la vigilancia y transmisión. - Puede operar de manera manual o automática.
Ecuaciones de radar La ecuación radar es la base fundamental de la teoría de radares y representa una relación entre la potencia transmitida y la potencia recibida dada una determinada distancia hasta el objetivo.
Sabiendo que: Pt: potencia transmitida Gt: ganancia de la antena de transmisión Ar: Apertura efectiva (área) de la antena de recepción. σ: sección transversal del radar, o coeficiente de decaimiento del objetivo. F: Factor de propagación de patrón. Rt: distancia del transmisor al objetivo Rr: distancia del objetivo al receptor
Cuando el transmisor y el receptor se encuentran ubicados en el mismo lugar, Rt = Rr = R, sustituyéndose, queda que
El factor de propagación engloba los efectos de propagación multicamino y de shadowing (sombreado), haciendo su dependencia del entorno en el que estén propagándose las ondas. Para simplificar a ecuación , haciendo F=1 (el vacío sin interferencias). Pero en situaciones reales los efectos de atenuación deben considerarse.
Alcance de un radar: La distancia que separa un blanco del transmisor, se mide a través del tiempo transcurrido entre la transmisión de la señal y la recepción del eco. R
Siendo: R: Alcance (m) C: velocidad de la luz (3x108m/s) t: tiempo de la recepción del eco
Alcance máximo no ambiguo: En la configuración de un tren de pulsos, es necesario que entre pulso y pulso haya tiempo suficiente para recibir el eco, de manera que se pueda identificar cada eco como resultante del último pulso enviado. Si el tiempo entre pulsos Tp es demasiado corto, entonces el eco de un blanco lejano pero detectable llegará después de la emisión de un pulso posterior al que le originó y podría asociarse incorrectamente con el citado pulso posterior. El alcance a partir del cual esto puede ocurrir, dada un cierto Tp, se denomina alcance máximo no ambiguo.
*Sección transversal del radar (RCS) es una relación entre la densidad de potencia dispersada (incident power density) respecto a la densidad de potencia incidente (reflected power). La reflexión o potencia dispersada depende de variables que son proporcionales a la dimensión del objeto, su orientación, forma y propiedades del material del que está compuesto. El RCS es una medida de cuán detectable es un objeto mediante radar. Un RCS mayor indica que un objeto es más fácil de detectar.
Clasificación de los sistemas de radar: - Según el 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 el Blanco: Radar primario: funciona con independencia del blanco, dependiendo solamente de la RCS ("Radar Cross Section" o "sección trasversal del radar" (σ).El factor que da la medida de cuánto refleja un objeto las ondas de radio )del mismo. Radar secundario: el radar interroga al blanco, que responde, normalmente con una serie de datos (altura del avión, etc). - Según su forma de onda: Radar de onda continua (CW): transmite ininterrumpidamente. El radar de la policía suele ser de onda continua y detecta velocidades gracias al efecto Doppler.
Radar de onda pulsada: Se transmite periódicamente un pulso, que puede estar modulado o no. 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 función 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 aparecen. Existen radares con capacidad de funcionar en ambos modos. Radar de vigilancia: este tipo de radar permite detectar aquellos objetos que se encuentran en la proximidad de la nave proporcionando una alerta temprana. De control de tráfico: se utiliza entre otras aplicaciones para el control de la velocidad en el tráfico rodado. Está basado en el efecto Doppler aplicado a un haz de radar para medir la velocidad de los objetos a los que se dirige.
Bandas de frecuencias de los radares
¿En qué consiste el radar Doppler de impulso? ¿Cómo se calcula la velocidad de un objeto en los radares? ¿En qué consiste la ambigüedad de rango en los radares?
