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UNIVERSIDAD DE OVIEDO Manuel Rico-Secades

RADAR


ÍNDICE

RADAR:

Definición.

Historia.

Funcionamiento.

Tipos de radar.

Sistema secundario de radar.

Campos de aplicación.


DEFINICIÓN Radar: es un acrónimo de radio detection and ranging (detección y medición

de distancias mediante ondas radioeléctricas). En primera instancia fue un

dispositivo para localizar y determinar la distancia 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 que

envía el propio radar. Actualmente el radar puede generar imágenes

cuasireales y cuasitridimensionales, a partir de la tecnología militar de

radares doppler con antena expandida por síntesis de software.

Dado que se conoce la velocidad de propagación de las ondas

radioeléctricas (que es la velocidad de la luz) es relativamente fácil conocer

la distancia a la que se encuentra el objeto.

En cuanto a la dirección en que se halla el objeto, se determina por el uso de

antenas parabólicas que son altamente direccionales, 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 electromagnética, con una radiación de longitud

de onda comprendida entre algunos centímetros y cerca de 1 m. Los objetos

que se hallan en la trayectoria del haz reflejan las ondas de nuevo hacia el

transmisor. El radar se fundamenta en las leyes de la reflexión de las ondas de

radio, implícitas en las ecuaciones que controlan el comportamiento de las

ondas electromagnéticas, planteadas por el físico británico James Clerk

Maxwell en 1864. Estas leyes quedaron demostradas por primera vez en 1886

a la vista de los experimentos del físico alemán Heinrich Hertz. El ingeniero

alemán Christian Hülsmeyer fue el primero en sugerir el aprovechamiento de

este tipo de eco mediante su aplicación a un dispositivo de detección diseñado

para evitar colisiones en la navegación marítima. En 1922 el inventor italiano

Guglielmo Marconi desarrolló un aparato 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 (light detection and ranging), 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 amigo-

enemigo.


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

determinar la altura del blanco, además de su posición sobre el plano.

Radar de imágenes laterales o radar de apertura sintética (SAR): Permite la

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 Identification, Friend or Foe. 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;



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;



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



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);



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.


Esquema físico del FAR-2127:

Unidad de Control con teclado

completo:

La unidad de control tiene colocados los

controles en una combinación lógica de

teclas y bola control. Un menú bien

organizado asegura que todas las

operaciones pueden ser realizadas por la

bola control.

Capacidad de deteccion del blanco

mejorada y un interfaz de usuario

que facilita el mejor y el mas fiable

rendimiento posible

radar - unioviedo.es · transmisores y receptores de radar suelen hallarse juntos. el transmisor...

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