radar 545f

23/07/2015 RadarWikipedia,laenciclopedialibre

https://es.wikipedia.org/wiki/Radar 1/12

Antenaderadardedeteccinalargadistancia

RadarDeWikipedia,laenciclopedialibre

Elradar (trmino derivado del acrnimo ingls radio detection andranging, deteccin y medicin [de distancias] por radio) es unsistema que usa ondas electromagnticas para medir distancias,altitudes, direcciones y velocidades de objetos estticos o mvilescomo aeronaves, barcos, vehculos motorizados, formacionesmeteorolgicas y el propio terreno. Su funcionamiento se basa enemitir un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibetpicamenteenlamismaposicindelemisor.Apartirdeeste"eco"sepuede extraer gran cantidad de informacin. El uso de ondaselectromagntica con diversas longitudes de onda permite detectarobjetos ms all del rango de otro tipo de emisiones (luz visible,sonido,etc.)

Entresusmbitosdeaplicacinseincluyenlameteorologa,elcontroldeltrficoareoyterrestreygranvariedaddeusosmilitares.

ndice

1Historia1.1AospreviosalaSegundaGuerraMundial

1.1.1Alemania1.1.2ReinoUnido1.1.3EstadosUnidos

2Principios2.1Reflexin2.2Ecuacinradar2.3Polarizacin2.4Centelleo2.5Interferencias

2.5.1Ruido2.5.2Clutter2.5.3Jamming

3Procesadodesealenunsistemaradar3.1Medidadedistancias

3.1.1Tiempodetrnsito3.1.2Modulacinenfrecuencia

3.2Medidadevelocidades3.3Reduccindelefectodeinterferencias

4Diseoderadares4.1Diseodeltransmisor

4.1.1Oscilador4.1.2Modulador

4.2Diseodelaantena4.2.1Reflectorparablico4.2.2Guiaondaranurada4.2.3Phasedarrays

5Clasificacindelossistemasderadar5.1Segnelnmerodeantenas5.2Segnelblanco5.3Segnlaformadeonda5.4Segnsufinalidad5.5Segnsufrecuenciadetrabajo5.6Segnsumbitodeaplicacin5.7Otrastecnologas

6Vasetambin7Referencias8Bibliografa9Enlacesexternos



Historia

En1864,JamesClerkMaxwelldescribelasleyesdelelectromagnetismo.En 1888, Heinrich Rudolf Hertz demuestra que las ondas electromagnticas se reflejan en lassuperficiesmetlicas.En 1904 Christian Huelsmeyer patenta el primer sistema anticolisin de buques(http://www.radarworld.org/huelsmeyer.html)utilizandoondaselectromagnticasDesarrollodelaradioydelatransmisininalmbrica(porGuglielmoMarconi,entreotros),graciasalocualsedesarrollanlasantenas.En1917,NikolaTesla establece los principios tericos del futuro radar (frecuencias y niveles depotencia).En1934, y gracias a un estudio sistemtico delmagnetrn, se realizan ensayos sobre sistemas dedeteccindeondacortasiguiendolosprincipiosdeNikolaTesla.Deestemodonacenlosradaresdeondasdecimtricas.DuranteelSigloXX,muchosinventores,cientficoseingenieroshancontribuidoeneldesarrollodelradar,impulsadossobretodoporelambientepreblicoqueprecedialaSegundaGuerraMundial,yalapropiaGuerra.Losgrandespasesqueparticiparonenellafuerondesarrollandodeformaparaleladistintos sistemas radar, aportando grandes avances cada uno de ellos para llegar a lo que hoyconocemossobrelossistemasradar.

AospreviosalaSegundaGuerraMundial

Alemania

En1934elGEMA(Lasociedaddeaparatoselectroacsticoymecnico),unodecuyosfundadores fueHansHollmann, construyeunmagnetrn capazde trabajar a 650MHz.se fue el paso tecnolgicoquepermitieldesarrollodelFreya,unradardevigilanciaareaquetrabajabaa125MHzconunalcanceentre80y150millas.Eraunradarparatrabajarensuperficieporsusdimensiones,porello,unaversinposteriorfue elSeetakt que trabajaba a 375MHz y tena un alcance de 10millas adaptado para sermontado enbuques.Esteradarfueutilizadoenelveranode1938enlaGuerraCivilEspaola.

La competencia en la industria alemana de la poca hizo que, en el ao 1935, la empresa alemanaTelefunkenlanzaraunradardeantenaparablicagiratoria,antecesordelradardealertaareaWrzburg,radardetirode560MHzdetrabajoycondeflectorde3mdedimetro.

ElFreyayelWrzburgfueronlabasedeladefensaterrestredelosalemanesdurantelaSegundaGuerraMundial, y el Steetakt pieza fundamental para la de deteccin a bordo de los buques de la ArmadaAlemana.AliniciodelaSegundaGuerraMundialAlemaniadecidialistaracientficoseingenierosenelfrente,pensandoquelaguerraseracortaysatisfactoria,loquehizoquenoavanzarasignificativamenteenesosaos.Enconsecuenciaquedretrasadaconrespectoasusadversarios,quesiguieronavanzando.

ReinoUnido

El modelo de radar actual fue creado en 1935 y desarrollado principalmente en Inglaterra durante laSegundaGuerraMundial por el fsico RobertWatsonWatt. Supuso una notable ventaja tctica para laRoyalAirForceenlaBatalladeInglaterra,cuandoaneradenominadoRDF(RadioDirectionFinding).Aunquefuedesarrolladoconfinesblicos,enlaactualidadcuentaconmultituddeusosciviles,siendolamejorherramientaparaelcontroldetrficoareo.

EnlosmomentosanterioresalaIIGuerraMundial,RobertWatsonWatt,fsicoydirectordelLaboratoriodeInvestigacindeRadioysuayudante,elfsicoArnoldWilkins,estuvieronacargodelainvencindeunrayodelamuertequeserautilizadoenesaguerra.LaideadeWatsonWatteraelevarlatemperaturadelpilotoatacantea41Caproximadamenteparaque,alprovocarlefiebre,quedaraincapacitado.

ComoloescribielpropioWilkins:

Mi clculo mostr que, como era de esperarse, se necesitaba generar una potencia enorme acualquier frecuenciade radioparaproducir fiebreenelcuerpodeunpilotodeavin,aunenelimprobable caso de que su cuerpo no estuviera protegido por elmetal del fuselaje [...].Comonada cercano a dichapotencia se poda producir, estaba claroqueno era factible un rayode lamuertepormediode la radio.LedijeestoaWatsonWatt aldarlemiclculoyme respondi:"Bien, siun rayode lamuertenoesposible, cmopodemosentoncesayudarles?Yocontest



que los ingenieros de la Oficina de Correos se haban dado cuenta de perturbaciones en larecepcindemuyaltasfrecuenciascuandoalgnavinvolabaenlavecindaddesusreceptoresyqueestefenmenopodrasertilparadetectaravionesenemigos"

Estaobservacin,hechaenenerode1935,diolugarunaseriedehechosqueculminaronconlainvencindelradar.LoshechosalosqueWilkinsserefirihabansidoobservadosenmuchoslugaresyentodosseconsider esta perturbacin como un estorbo quemucha gente haba tratado de eliminar. De hecho, en1932, laOficinaPostalBritnica public un informe en el que sus cientficos documentaron fenmenosnaturalesque afectaban la intensidadde la seal electromagntica recibida: tormentas elctricas, vientos,lluviayelpasodeunaeroplanoen lavecindaddel laboratorio.Wilkinsconocieste informedemaneraaccidental,conversandoconlagentedelaOficinaPostal,quesequejabaporlainterferencia.

CuandoWilkins sugiri la posibilidad de utilizar el fenmeno de interferencia de ondas de radio paradetectar aviones enemigos,WatsonWatt lo comision inmediatamentepara trabajar en el clculode losaspectoscuantitativos.

Alterminarsusclculos,aWilkinslepareciincreblequeelefectodeseadopudieradetectarserevissusclculos, no encontr ningn error y se los dio aWatsonWatt, quien los vio fantsticos y verific losclculosmatemticos.Alnoencontrarerror,envilosresultados.Elhechodequeunrayodelamuertenofuerafactiblenosorprendi,sinembargoatrajolaideadepoderdetectarunavin.

EstadosUnidos

Dos cientficos del Naval Research Laboratory (NRL) Hoyt Taylor y L. Young dieron forma a lasespeculacionesdeMarconiylasplasmaronenunexperimentoenelquetransmitieronunasealderadiodeondacontinuaatravsdelroPotomacdetectandoquealpasarlosbuquesseproducanalteracionesenlacalidaddelasealrecibida.Lograronperturbacionescondistanciasdehastatresmillas.Observandoesto,concluyeronconquesepodradisearunelementoquedetectarabuquesenelmar.

Al mismo tiempo, la Armada de los EE. UU. se encontraba muy ocupada dotando a los buques decomunicacionessinhilos.Apesardeesto,secontinuconsu investigacinanivelcientficoenmuchoscampos.Es as que elNRL, en cooperacin con elCarnegie Institute , durante el ao1925 investig lareflexindeondasenlaionosferaylamodulacinporpulsosdelaonda,detalmaneraqueconociendoelinstantedesalidadeunpulsoymidiendosuretardosepodracalcularladistanciadelrebote.Apartirdeestas investigaciones se dise a principio de los aos 30 el primer radar de impulsos, obtenindose losprimerospulsosreflejadosporavionesendiciembrede1934.Aunquenofuehasta juliode1936 cuandoconsiguieronquefuncionaracorrectamente,debidoaunerroreneldiseodelanchodebandadelreceptor(demasiadoestrecho).Elradartrabajabaa200MHzconunaanchuradepulsode10s.Esteradarutilizabauna nica antena en emisin y recepcin pues inclua el primer duplexor, una novedad tecnolgica quesupusounagrandiferenciaentrepasesdurantevariosaos.

Principios

Reflexin

Lasondaselectromagnticassedispersancuandohaycambiossignificativosenlasconstantesdielctricasodiamagnticas. Esto significa que un objeto slido en el aire o en el vaco (es decir, un cambio en ladensidad atmica entre el objeto y su entorno) producir dispersin de las ondas de radio, como las delradar. Esto ocurre particularmente en el caso de losmateriales conductores como elmetal y la fibra decarbono,loquehacequeelradarseaespecialmenteindicadoparaladeteccindeaeronaves.Enocasioneslosavionesmilitaresutilizanmaterialesconsustanciasresistivasymagnticasqueabsorbenlasondasdelradar, reduciendo as el nivel de reflexin. Estableciendo una analoga entre las ondas del radar y elespectrovisible,estosmaterialesequivaldranapintaralgoconuncoloroscuro.

Lareflexindelasondasdelradarvaraenfuncindesulongituddeondaydelaformadelblanco.Silalongituddeondaesmuchomenorqueeltamaodelblanco,laondarebotardelmismomodoquelaluzcontraunespejo.Siporelcontrarioesmuchomsgrandequeeltamaodelblanco,loqueocurreesqueestesepolariza(separacinfsicadelascargaspositivasynegativas)comoenundipolo(vase:Dispersinde Rayleigh). Cuando las dos escalas son similares pueden darse efectos de resonancia. Los primeros



Reflectordeesquina

radares utilizaban longitudes de ondamuy elevadas,mayores que los objetivos las seales que recibaneran tenues. Los radares actuales emplean longitudes de onda ms pequeas (de pocos centmetros oinferiores)quepermitendetectarobjetosdeltamaodeunabarradepan.

Lassealesderadiodeondacorta(3kHz30MHz)sereflejanenlascurvasyaristas,delmismomodoquela luz produce destellos en un trozode cristal curvo.Para estas longitudes de onda los objetos quemsreflejansonaquellosconngulosde90entrelassuperficiesreflectivas.Unaestructuraqueconstedetressuperficiesquese juntanenunaesquina(comoladeunacaja)siemprereflejarhaciaelemisoraquellasondasqueentrenporsuabertura.

Este tipo de reflectores, denominados reflectores de esquina (cornerreflectors,verimagenaladerecha),sesuelenusarparahacer"visibles"al radar objetos que en otras circunstancias no lo seran (se sueleninstalar en barcos para mejorar su detectabilidad y evitar choques).Siguiendo el mismo razonamiento, si se desea que una nave no seadetectada,ensudiseoseprocurareliminarestasesquinasinteriores,as como superficies y bordes perpendiculares a las posiblesdirecciones de deteccin. De ah el aspecto extrao de los aviones"stealth" (avin furtivo). Todas estas medidas no eliminan porcompleto la reflexin debido a la difraccin, especialmente paralongitudes de onda grandes. Otra contramedida habitual es arrojarcablesytirasmetlicascuyolargoesmedialongituddeonda(chaffs)conlaideadecegaralradarsonefectivas,sibienladireccinhacialaquesereflejanlasondasesaleatoriacuandoloptimoseradirigirlareflexinhaciaelradarquesequiereevitar. El factor que da la medida de cunto refleja un objeto las ondas de radio se llama "seccintransversalderadar"(),traduccindelinglsRCS("RadarCrossSection").

Ecuacinradar

LapotenciaPrreflejadaalaantenaderecepcinestdadaporlaecuacinradar:

donde

Pt=potenciatransmitidaGt=gananciadelaantenadetransmisinAr=aperturaefectiva(rea)delaantenaderecepcin=seccintransversaldelradar,ocoeficientededecaimientodelobjetivoF=factordepropagacindelpatrnRt=distanciadeltransmisoralobjetivoRr=distanciadelobjetivoalreceptor.

Enelcasocomndondeeltransmisoryelreceptorestnenelmismolugar,Rt=Rryel trminoRtRrpuedeserreemplazadoporR4,dondeResladistancia.Estoresultaen:

Estodicequelapotenciaenelreceptorsereduceproporcionalmentealacuartapotenciadeladistancia,loquesignificaquelapotenciareflejadadesdeelobjetivodistanteesmuymuypequea.

La ecuacin anterior con F = 1 es una simplificacin para el vaco sin interferencia. El factor depropagacinenglobalosefectosdelapropagacinmulticaminoydelshadowing,ydependedelentornoenelqueseestnpropagandolasondas.Enunasituacinreallosefectosdeatenuacinenelrecorridodebenserconsiderados.

Otrosdesarrollosmatemticosenprocesamientodesealesderadarincluyenanlisisdetiempofrecuencia(WeylHeisenbergowavelet),ascomola transformadachirpletquesebasaenelhechodeque losecosdevueltosporblancosmvilesvaransufrecuenciaenfuncindeltiempo,comolohaceelsonidodeunaveounmurcilago.



Polarizacin

El campo elctrico de la seal que emite un radar es perpendicular a la direccin de propagacin. Ladireccin de dicho campo determina la polarizacin de la onda. Los radares usan polarizacioneshorizontales, verticales, lineales o circulares, en funcin de la aplicacin. Por ejemplo, la polarizacincircularesadecuadaparaminimizarlainterferenciacausadaporlalluvia(perodebeevitarsepararadaresmeteorolgicosqueloquebuscanescuantificarlasprecipitaciones).Lalinealpermitedetectarsuperficiesdemetal.Lapolarizacinaleatoriaesadecuadaparadetectarsuperficiesirregularescomorocasyseusaenradaresdenavegacin.

Centelleo

El centelleo es una fluctuacin en la amplitud de un objetivo sobre la pantalla de un radar. Estestrechamenterelacionadoconeldestelloobjetivo,undesplazamientoevidentedelobjetivodesuposicin.

Interferencias

Lossistemasradardebenhacerfrentealapresenciadediferentestiposdesealesindeseadasyconseguircentrarse enelblancoque realmente interesa.Dichas seales espuriaspueden tener suorigenen fuentestantointernascomoexternasypuedenserdenaturalezapasivaoactiva.Lacapacidaddelsistemaradardesobreponersealapresenciadeestassealesdefinesurelacinseal/ruido(SNR).CuantomayorsealaSNRdelsistema,tantomejorpodraislarlosobjetivosrealesdelassealesderuidodelentorno.

Esteefectopuedesercausadoporuncambiodelpuntodereflexineficazsobreelobjetivo,perotambintieneotrascausas.Lasfluctuacionespuedenserlentas(exploracinaexploracin)orpidas(pulsoapulso).

Elcentelleoyeldestellosonenrealidaddosmanifestacionesdelmismofenmeno.

Ruido

Elruidoesunafuenteinternadevariacionesaleatoriasdelaseal,generadoenmayoromenormedidaportodosloscomponenteselectrnicos.Tpicamentesemanifiestaenvariacionesaleatoriassuperpuestasalasealdeecorecibidaenelradar.

Cuantamenorsealapotenciaconquellegalasealdeinters,msdifcilserdiferenciarladelfondoderuido.Portanto,lamsimportantefuentederuidoapareceenelreceptor,porloquedebededicarseungranesfuerzoatratardeminimizarestosfactores.Lafiguraderuidoesunamedidadelruidoproducidoporelreceptorencomparacinconunreceptoridealydebeserminimizada.

Elruidotambinpuedeestarcausadoporfuentesexternasalsistema,siendosobretododegranimpactolaradiacin trmica natural del entorno que rodea al blanco que se desea detectar. En sistemas radarmodernos,debidoalgranrendimientodesusreceptores,elruidointernoestpicamenteigualomenorqueelexterno.UnaexcepcineselcasoenelqueelradarestdirigidoalcieloabiertoenestecasoapenasseproduceruidodeJohnsonNyquist,tambinconocidocomoruidotrmico.

Clutter

Eltrminoclutterhacereferenciaatodosaquellosecos(sealesdeRF)recibidosporelradarqueson,pordefinicin, no deseados. Pueden estar causados por objetos del entorno, el mar, precipitaciones (lluvia,nieveogranizo), tormentasdearena,animales (especialmentepjaros), turbulenciasatmosfricasyotrosefectos atmosfricos como reflexiones ionosfricas y estelas demeteoritos. Tambin puede haber clutterdebidoaobjetosfabricadosporelhombre,sinintencindeengaaralradar(edificios)oconella("chaffs").

Algunas veces el clutter est causado por una longitud excesiva de la gua de onda que conecta eltransceptor del radar y la antena. En un radar de tipo PPI (representacin de distancia en funcin delazimut)conantenagiratoria,estecluttersevercomoundestelloenelcentrodelapantalla.Enestecasoelreceptor estara interpretando ecos de partculas de polvo y seales de RF indeseadas que vagan por laguiaonda.Estetipodecluttersereducereajustandoellapsoentreelenvodelpulsoporpartedeltransmisoryelinstanteenqueseactivalaetapaderecepcin.Laexplicacinparaestoesquelamayorpartedeestosbrillosestncausadosporelpropiopulsotransmitidoantesdeabandonarlaantena.



Elmultitrayectodelasealdeecohacequeelradardetecte"blancosfantasma"

Pantalladeunradarmarino.

Sepuededarlacircunstanciadequeunadeterminadafuentedeclutterseaindeseableparaunaaplicacinradar (ej:nubarronesenun radardedefensaarea)peropositivaparaotra (meteorolgica).El clutter esconsideradounafuentepasivadeinterferencias,yaquesloaparececomorespuestaalospulsosenviadosporelradar.

Haybastantesmtodosparadetectaryneutralizarelclutter.Muchosdeellossefundamentanenelprincipiode que el clutter apenas vara entre diferentes barridos del radar. Por tanto, al comparar barridosconsecutivossecomprobarqueelblancorealsemueve,mientrasquelosecosdecluttersonestacionarios.El cluttermartimo se puede reducir empleando polarizacin horizontal, mientras que el de la lluvia sereduce con polarizaciones circulares (ntese que los radares meteorolgicos utilizan polarizacin linealporque lo que les interesa es precisamente detectar la lluvia). Otros mtodos se centran en reducir larelacinseal/clutter.

ElmtodoCFAR es otra tcnica basada en el hecho de que los ecos debidos al clutter sonmuchomsnumerosos que los ecos producidos por objetivos de inters. Este mtodo permite mantener un valorconstantedelaprobabilidaddefalsaalarmahaciendounpromediadoadaptativodelnivelrealderuidoyajustandoautomticamentelagananciadelreceptor.Sibienestonoayudacuandoelblancoestrodeadopor cluttermuy fuerte,puedepermitir identificarobjetivosmsomenosclaros.En radares actuales esteproceso est controlado por software. Es beneficioso en sistemas en los que sea crtico mantener unadeterminadaprobabilidaddefalsaalarma.

Finalmente,tambinhayclutteroriginadoporlamultitrayectoriadela seal de eco de un objetivo vlido. Los factores que puedencausar estos caminos mltiples son la reflexin terrestre y lasrefraccionesatmosfricaeionosfrica.Esteclutteresespecialmentemolesto, ya que parece moverse y se comporta como si fuera unblanco de inters real, de modo que el radar detecta un objetivo"fantasma" que en realidad no existe. En un escenario tpico, unblanco fantasma causado por reflexin terrestre sera interpretadopor el radar como un objetivo idntico al real situado justo pordebajo de este. El radar puede intentar unificar los objetivosconsiderandoqueelblancofantasmaestaunaaltura incorrectaodirectamenteeliminarloporconsiderarqueestcausadoporjitteroquesuubicacinesfsicamente imposible.Unabuenaopcinparaminimizarelimpactodeesteefectoesincorporaralradarunmapatopogrficodelosalrededoresqueayudeaeliminaraquellosecosquesedetectenaalturasimposibles(pordebajodelniveldelsuelooporencimadeunadeterminadaaltura).Enradaresdecontroldetrficoareoactuales se emplean algoritmos para identificar blancos falsos comparando los ecos recibidos con otrosadyacentesycalculandolaprobabilidaddequesearealenbaseadatosdealtura,distanciaytiempo.

Jamming

Se conoce como jamming a aquellas seales externas al sistemaradar emitidas en las frecuencias de funcionamiento del mismo yque por tanto enmascaran los objetivos de inters. Puede serintencionado para funcionar como contramedida electrnica ofortuito (por ejemplo, fuerzas amigas cuyos sistemas decomunicacionesusanlamismabanda).Eljammingestconsideradocomounafuenteactivadeinterferencias,yaqueestoriginadofueradelsistemaradaryengeneralsetratadesealessinrelacinalgunaconeste.

El jamming es muy problemtico para los radares, pues sueletratarsede sealesdemayorpotenciaque los ecosde inters (hayquetenerencuentaquelasealdeintersrecorreuncaminodeidayvueltaradarobjetivoradar,mientrasquelasealinterferenterealizasolouncaminodeida).Lasfuentesde jamming intencionado pueden por tanto ser efectivas emitiendo con mucha menos potencia que losradaresquequierenconfundir.Lainterferenciapuedellegaralradaratravsdelalneadevisindirecta("Mainlobe Jamming" o "jamming de lbulo principal") o por otros caminos ("Sidelobe Jamming" o"jammingdelbulossecundariosolaterales").



Radarpulsado.

Principiodeunsonaroradardemedicindedistancia.

Lanicamaneradereducirel jammingdelbuloprincipalesdisminuirelnguloslidodedicho lbulo(estrecharel"pincel").Unjammingdelbuloprincipalalamismafrecuenciayconlamismapolarizacinqueelradarnosepuedeeliminarcompletamente.Elefectodeljammingdelbulolateralsepuedeatenuarreduciendo los lbulos laterales del diagrama de radiacin de la antena durante la fase de diseo de lamisma. Una manera de conseguir esto es emplear arrays de tipo thinned o sparse. El uso de antenasomnidireccionalespuedeayudaraidentificareignorarsealesqueentranporloslbulossecundarios.Otrastcnicas antijamming son el frequencyhopping o el uso de una determinada polarizacin, ya que si lapolarizacindeljammingesdiferentealadelaantenasuefectosevemuyreducido.

LarecienteproliferacindesistemasWiFiqueoperanenbandaC(entornoa5,66GHz)sehaconvertidoenunproblemapararadaresmeteorolgicos,quesufreninterferencias.1

Procesadodesealenunsistemaradar

Medidadedistancias

Tiempodetrnsito

Una forma de medir la distancia entre el radar y un objeto estransmitirunpequeopulsoelectromagnticoymedireltiempoquetarda el eco en volver. La distancia ser la mitad del tiempo detrnsitomultiplicadoporlavelocidaddelpulso(300.000km/s):

r=distanciaestimadac=velocidaddelaluzt=tiempodetrnsito

Una estimacin precisa de la distancia exige una electrnica deelevado rendimiento. La mayor parte los radares usan la mismaantenaparaenviaryrecibir,separandolacircuiteradetransmisinyrecepcinmedianteuncirculadoroduplexor.Porello,mientrasseesttransmitiendoelpulsonosepuederecibirningneco.Estodeterminalallamada"distanciaciega"delradar,pordebajodelacualsteesintil.Estadistanciavienedadapor:

rBLIND=distanciaciegac=velocidaddelaluz=tiempoquesetardaentransmitirunpulso

Sisequieredetectarobjetosmscercanoshayquetransmitirpulsosmscortos.Delmismomodo,hayunrangodedeteccinmximo(llamado"distanciamximasinambigedad"):sielecollegacuandoseestmandandoelsiguientepulso,elreceptornopodrdistinguirlo.Paramaximizarelrangohayqueaumentareltiempoentrepulsos(T):

rUNAMB=Distanciamximasinambigedadc=VelocidaddelaluzT=Tiempoentredospulsos

Hayuncompromisoentreestosdosfactores,siendodifcilcombinardeteccinacortayalargadistancia:paradetectaracortadistanciahayquehacerlospulsosmscortos,loqueimplicamenorpotencia,loqueimplica ecos ms dbiles y por tanto menor alcance. Se puede aumentar la probabilidad de deteccinmandandopulsosconmayorfrecuencia,peronuevamente,estoacortaladistanciamximasinambigedad.LacombinacindeTy queseelijase llama"patrndepulsos"del radar.En laactualidad los radares



Radardepistolaparalamedicindevelocidad.

puedenmuchasvecescambiarsupatrndepulsosdeformaelectrnica,ajustandodinmicamentesurangodefuncionamiento.Losmsmodernosfuncionandisparandoenelmismociclodospulsosdiferentes,unoparadeteccinalargadistanciayotroparadistanciascortas.

Laresolucinendistanciaylascaractersticasdelasealrecibidaencomparacinconelruidodependentambindelaformadelpulso.Amenudoestesemodulaparamejorarsurendimientograciasaunatcnicaconocidacomo"compresindepulsos".

Modulacinenfrecuencia

Otraformadeestimardistanciasenunradarsebasaenlamodulacinenfrecuencia.Lacomparacindelafrecuenciadesealesespornormamsprecisaysencillaquelacomparacindetiempos.Poreso,loquesehaceesemitirunaseal(unasinusoide)aunafrecuenciaquevavariandodeformaconstanteeneltiempo,demodoquecuandollegaeleco,sufrecuenciaserdiferentedeladelasealoriginalcomparndolassepuedesabercuntotiempohatranscurridoyportantocuntadistanciahayhastaelblanco.Amayordesvoenfrecuenciamayordistancia.

Estatcnicapuedeemplearseenradaresdeondacontinua(CW,enlugardeapulsossetransmitetodoeltiempo) y a menudo se encuentra en altmetros a bordo de aviones. La comparacin en frecuencias essimilarque laqueseusaparamedirvelocidades(versubapartadosiguiente).AlgunossistemasqueusanestatcnicasonelAZUSA,elMISTRAMyelUDOP.

Medidadevelocidades

Lavelocidadeselcambiodedistanciadeunobjetorespectoaltiempo.Portanto,paraqueunsistemaradarpuedamedirvelocidadesnohacefalta ms que aadirle memoria para guardar constancia de dndeestuvoelobjetivoporltimavez.Enlosprimerosradares,eloperadorhacamarcasconunlpizdeceraen lapantalladelradar,ymeda lavelocidadconuna regla de clculo.Hoyda, este proceso se hacedeformamsrpidayprecisausandoordenadores.

Sinembargo,si lasalidadel transmisorescoherente(sincronizadaenfase),hayotroefectoquepuedeusarseparamedirvelocidadesdeformacasiinstantneasinnecesidaddedotar al sistemadememoria: el efectoDoppler.Estos radares aprovechanque la seal de retornodeunblancoenmovimientoestdesplazadaenfrecuencia.Conello,soncapacesdemedirlavelocidadrelativadelobjetoconrespectoalradar.LascomponentesdelavelocidadperpendicularesalalneadevisindelradarnopuedenserestimadassloconelefectoDoppleryparacalcularlassharafaltamemoria,haciendounseguimientodelaevolucindelaposicinenazimutdelobjetivo.

Tambin es posible utilizar radares no pulsados (CW) que funcionen a una frecuencia muy pura paramedicindevelocidades,comohacenlosdetrfico.Sonadecuadosparadeterminarlacomponenteradialdelavelocidaddeunobjetivo,peronopuedendeterminardistancias.

Reduccindelefectodeinterferencias

Los sistemas radar usanprocesadode seal para reducir los efectos de las interferencias. Estas tcnicasincluyen la indicacin de objetivomvil (MTI), radares doppler pulsados, procesadores de deteccin deobjetivosmviles (MTD), correlacin con blancos de radares secundarios (SSR) y procesado adaptativoespaciotemporal(STAP).EnentornosconfuertepresenciadeclutterseusantcnicasCFARyDTM.

Diseoderadares

Unradarconstadelossiguientesbloqueslgicos:

Un transmisor que genera las seales de radio por medio de un oscilador controlado por unmodulador.Unreceptorenelquelosecosrecibidossellevanaunafrecuenciaintermediaconunmezclador.Nodebeaadirruidoadicional.Unduplexorquepermiteusarlaantenaparatransmitirorecibir.Hardwaredecontrolydeprocesadodeseal.Interfazdeusuario.



Componentesdeunradar.

Diseodeltransmisor

Oscilador

Elncleodeltransmisorloformaundispositivooscilador.Laeleccindeesteserealizaenvirtuddelascaractersticasqueserequierendelsistemaradar(coste,vidatil,potenciadepico,longituddelospulsos,frecuencia,etc.)Lososciladoresmsutilizadosson:

Magnetrn:eselmsutilizadoapesardeque se tratade una tecnologa algo vieja. Son pequeos y ligeros.Puedenfuncionarafrecuenciasdeentre30MHzy100GHzyproporcionanbuenapotenciadesalida.Klistrn:algomsgrandesque losanteriores, lleganafuncionar solamentehasta los10GHz.Lapotenciadesalida que proporcionan puede quedarse corta enalgunoscasos.TWT(Tubodeondasprogresivas):para radaresde30MHza15GHz,buenapotenciadesalida.

Modulador

Elmoduladoropulsadoreselelementoencargadodeproporcionarpequeospulsosdepotenciaalmagnetrn.Estatecnologarecibeelnombrede"potenciapulsada".Graciasalmodulador,lospulsosdeRFqueemiteelosciladorestnlimitadosaunaduracinfija.Estosdispositivosestnformadosporunafuentedealimentacindealtovoltaje,unareddeformacindepulsos(PFN)yunconmutadordealtovoltaje(comountiratrn).

Sienlugardemagnetrnseusauntuboklistrn,estepuedeactuarcomoamplificador,asquelasalidadelmoduladorpuedeserdebajapotencia.

Diseodelaantena

Lassealesderadiodifundidas(broadcast)porunasolaantenasepropaganentodaslasdireccionesy,delmismomodo,unaantenarecibirsealesdesdecualquierdireccin.Estohacequeelradarseencuentreconelproblemadesaberdndeseubicaelblanco.

Los primeros sistemas solan utilizar antenas omnidireccionales, con antenas receptoras directivasapuntandoendistintasdirecciones.Porejemplo,elprimersistemaquese instal(ChainHome) utilizabadosantenasreceptorascuyasdireccionesdeobservacinformabanunngulorecto,cadaunaasociadaaunapantalladiferente.Elmayorniveldeecoseobtenacuandoladireccindeobservacinde laantenay lalnea radarblanco formaban ngulo recto y, por el contrario, era mnimo cuando la antena apuntabadirectamentehaciaelobjetivo.Eloperadorpodadeterminarladireccindeunblancorotandolaantenademodoqueunapantallamostraseunmximoyotraunmnimo.

Unaimportantelimitacindeestetipodesolucineraqueelpulsosetransmitaentodaslasdirecciones,demodo que la cantidad de energa en la direccin que se examinaba era solo una pequea parte de latransmitida.Paraquellegueunapotenciarazonablealblancoserequierenantenasdireccionales.

Reflectorparablico

Lossistemasmsmodernosusanreflectoresparablicosdirigiblesparaestrecharelhazenelqueseemiteenbroadcastelpulso.Generalmenteelmismoreflectorseutilizatambincomoreceptor.Enestossistemas,amenudoseusandosfrecuenciasradarenlamismaantenaparapermitircontrolautomtico("radarlock").

Guiaondaranurada

Laguadeondaranuradasemuevemecnicamenteparahacerelbarridoyesadecuadaparasistemasdebsqueda (no de seguimiento).Las guiaondas ranuradas sonmuy direccionales en el plano de la antenapero,alcontrarioque lasparablicas,nosoncapacesdedistinguirenelplanovertical.Suelenusarseendetrimentodelasparablicasencubiertasdebarcosyexterioresdeaeropuertosypuertos,pormotivosdecosteyresistenciaalviento.



Phasedarray:noesnecesariomovimientofsicoparahacerelbarrido.

Phasedarrays

Otro tipodeantenasquesesueleusarpararadaresson losphasedarrays.Unphasedarrayconsisteenunamatriz(array)deelementosradiantes.La fase de la seal que alimenta cada uno de estos estcontrolada de tal manera que la radiacin del conjunto sea muydirectiva.Esdecir,sejuegaconlasfasesdelassealesparaquesecancelen en las direcciones no deseadas y se interfieranconstructivamenteenlasdireccionesdeinters.

Eldiagramaderadiacindelarrayseobtienecomolainterferenciadeloscamposradiadosporcadaunadelasantenas.Enrecepcinlaseal recibida es una combinacin lineal de las seales que captacada antena. El diagrama de radiacin total viene dado por eldiagrama de radiacin conjunto y el diagrama de radiacin delelementoaislado.

En el diseo de arrays intervienenmuchos parmetros : nmero de elementos, disposicin fsica de loselementos, amplitud de la corriente de alimentacin, fase relativa de la alimentcin y tipo de antenaelementalutilizada.Configurandoestosparmetrossepuedenmejorar lascaractersticasderadiacindeldiagrama de radiacin individual : mejorar la directividad, mejorar la relacin de lbulo principal asecundario, conformar el diagrama para cubrir la zona de inters y tener la posibilidad de controlarelectrnicamenteelapuntamientodelhazprincipal.

ElusodelosphasedarraysseremontaalaSegundaGuerraMundial,perolaslimitacionesdelaelectrnicahacan que fueran poco precisos. Su aplicacin original era la defensa antimisiles.En la actualidad sonparteimprescindibledelsistemaAEGISyelsistemabalsticoMIM104Patriot.Suusosevaextendiendodebidoalafiabilidadderivadadelhechodequenotienenpartesmviles.Casitodoslosradaresmilitaresmodernos sebasanenphasedarrays, relegando los sistemasbasadosenantenas rotatoriasaaplicacionesdondeelcostoesunfactordeterminante(trficoareo,meteorologa,...)Suusoesttambinextendidoenaeronavesmilitaresdebidoasucapacidaddeseguirmltiplesobjetivos.ElprimeravinenusarunofueelB1BLancer.Elprimercaza,elMiG31ruso.Elsistemaradardedichoavinestconsideradocomoelmspotentedeentretodosloscazas[1](http://www.globalsecurity.org/military/world/russia/mig31.htm).

Enradioastronomatambinseempleanlosphasedarrayspara,pormediodetcnicasdeaperturasinttica,obtenerhacesderadiacinmuyestrechos.Laaperturasintticaseusatambinenradaresdeaviones.

Clasificacindelossistemasderadar

Sepuedehacerunaclasificacingeneraldelosradaresenfuncindeunaseriedeaspectosbsicos:

Segnelnmerodeantenas

Monoesttico:unasolaantenatransmiteyrecibe.Biesttico:unaantenatransmiteyotrarecibe,enunmismoodiferentesemplazamientos.Multiesttico:combinalainformacinrecibidaporvariasantenas.

Segnelblanco

Radarprimario: funcionacon independenciadelblanco,dependiendosolamentede laRCSdelmismo.Radarsecundario:elradarinterrogaalblanco,queresponde,normalmenteconunaseriededatos (altura del avin, etc). En el caso de vehculos militares, se incluye el identificadoramigoenemigo.

Segnlaformadeonda

Radardeondacontinua (CW): transmite ininterrumpidamente.El radarde lapolica sueleserdeondacontinuaydetectavelocidadesgraciasalefectoDoppler.Radar de onda continua con modulacin (CWFM, CWPM): se le aade a la sealmodulacin de fase o frecuencia con objeto de determinar cuando se transmiti la sealcorrespondienteauneco(permiteestimardistancias).



Radardeondapulsada:eselfuncionamientohabitual.Setransmiteperidicamenteunpulso,quepuedeestarmoduladoono.Siaparecenecosdepulsosanterioresalltimotransmitido,seinterpretarn como pertenecientes a este ltimo, de modo que aparecern trazas de blancosinexistentes.

Segnsufinalidad

Radardeseguimiento:escapazdeseguirelmovimientodeunblanco.Porejemploelradardeguademisiles.Radardebsqueda:exploratodoelespacio,ounsectordel,mostrandotodoslosblancosqueaparecen.Existenradaresconcapacidaddefuncionarenambosmodos.

Segnsufrecuenciadetrabajo

Nombredelabanda

Frecuencias Longitudesdeonda Observaciones

HF 330MHz 10100m Radaresdevigilanciacostera,vigilanciaOTH(overthehorizon)

P



Otrastecnologas

Radar tridimensional: es capaz de determinar la altura del blanco, adems de su posicin sobre elplano.Radarde imgenes lateraleso radardeaperturasinttica (SAR):permite laobtencinde imgenesdel terreno, similares a fotografas. Funcionan combinando mediante complicados algoritmosmatemticos diferentes series de observaciones de un radar con una antena pequea, creandoartificialmentelasensacindequesetratadeunasolamuestrahechaporunaantenamuygrande.RadaresqueoperanutilizandolatecnologaUltraWideband:puedendetectarunhumanoatravsdeparedes. Esto se hace posible gracias a que las caractersticas reflectivas de los humanos songeneralmentemayoresquelasdelosmaterialesutilizadosenlaconstruccin.Sinembargo,comoloshumanos reflejanmuchomenos que elmetal, estos sistemas requieren tecnologa sofisticada paraaislaralosobjetivoshumanosyluegoconstruirunaimagendetallada.

Vasetambin

NikolaTeslaSonarLIDARRadardeimpulsosDopplerRadardetrficoEL/M2075

Referencias1. EjemplodejammingWiFienradaresmeteorolgicos.(eningls)(http://ronja.twibright.com/interference.php)

Bibliografa

PrinciplesofModernRadar.J.L.Eaves,E.K.Reedy.VanNostrandReinhold,NewYork,1987.(eningls)IntroductiontoRadarSystems.M.I.Skolnik.McGrawHill(SecondEdition),1980.(eningls)RadarPrinciples.N.Levanon.JohnWileyandSons.1988.(eningls)IntroductiontoRadarAnalysis.B.R.Mahafza.CRCPressLLC1998.(eningls)Sistemas Radar (Temas I, II y III). Flix Prez Martnez. 199?. Escuela Tcnica Superior deIngenierosdeTelecomunicacin.UniversidadPolitcnicadeMadrid.Antennas for radar and communications: a polarimetic approach. Harold Mott, John Wiley andSons.1992.(eningls)Handbook of computer simulation in radio engineering, communicacions and radar. Sergey A.Leonov.ArtechtHouse.2001.(eningls)Radar Technology, Guy Kouemou (Ed.), InTech, 2010, ISBN 9789533070292, ([2](http://www.intechopen.com/books/show/title/radartechnology)).(eningls)Radarhandbook,MerrillI.Skolnik,2nded,NewYork,McGrawHill,1990.(eningls)

Enlacesexternos

WikimediaCommonsalbergacontenidomultimediasobreRadar.ChristianHuelsmeyer,theinventorRadarWorld(http://www.radarworld.org/huelsmeyer.html)(eningls)

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Categoras: Radares Cienciadelosaos1930 1934

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