Radar

 

Radar

El radar  es  es un sistema que usa  usa ondas electromagnéticas  electromagnéticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles como  como aeronaves aeronaves,, barcos, vehículos motorizados, formaciones meteorológicas y el propio terreno. Su funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibe típicamente en la misma posición del emisor. A partir de este "eco" se puede extraer gran cantidad de información. El uso de ondas electromagnética con diversas longitudes de onda permite detectar objetos más allá del rango de otro tipo de emisiones (luz visible,, sonido visible sonido,, etc.)

Ecuación radar   La potencia P r r  reflejada a la antena de recepción está dada por la ecuación radar:  

donde

  P t = potencia transmitida



  Gt = ganancia de la antena de transmisión



   Ar  = apertura efectiva (área) de la antena de recepción



 



  = = sección transversal del radar, o coeficiente de decaimiento del objetivo

σ 

  F  =  = factor de propagación del patrón





  R t = distancia del transmisor al objetivo   R r r  = distancia del objetivo al receptor.



 

En el caso común donde el transmisor y el receptor están en el mismo lugar, R t = R rr   y el 4

término R t² R r r ² puede ser reemplazado por R  , donde R  es  es la distancia. Esto resulta en:

Esto dice que la potencia en el receptor se reduce proporcionalmente a la cuarta potencia de la distancia, lo que significa que la potencia reflejada desde el objetivo distante es muy muy pequeña.

Polarización El campo eléctrico de la señal que emite un radar es perpendicular a la dirección de propagación. La dirección de dicho campo determina la  la  polarización  polarización de la onda. Los radares usan polarizaciones horizontales, verticales, lineales o circulares, en función de la aplicación. Por ejemplo, la polarización circular es adecuada para minimizar la interferencia causada por la lluvia (pero debe evitarse para radares meteorológicos que lo que buscan busc an es cuantificar las precipitaciones). La lineal permite detectar superficies de metal. La polarización aleatoria es adecuada para detectar superficies irregulares como rocas y se usa en radares de navegación.

Interferencias Los sistemas radar deben hacer frente a la presencia de diferentes tipos de señales indeseadas y conseguir centrarse en el blanco que realmente interesa. Dichas señales espurias pueden tener su origen en fuentes tanto internas como externas y pueden ser de naturaleza pasiva o activa. La capacidad del sistema radar de sobreponerse a la presencia de estas señales define su  su  relación señal/ruido  (SNR). Cuanto mayor sea la SNR del s istema, tanto mejor podrá aislar los objetivos reales señal/ruido de las señales de ruido del entorno.

Ruido El  El ruido  ruido es una fuente interna de variaciones aleatorias de la señal, generado en mayor o menor medida por todos los componentes electrónicos. Típicamente se manifiesta en variaciones aleatorias superpuestas a la señal de eco recibida en el radar. Cuanta menor sea la potencia con que llega la señal de interés, más difícil será diferenciarla del fondo de ruido. Por tanto, la más importante fuente de ruido aparece en el receptor, por lo que debe dedicarse un gran esfuerzo a tratar de minimizar estos factores. La  La  figura de ruido ruido  es una medida del ruido producido por el receptor en comparación con un receptor ideal y debe ser minimizada.

Clutter   El término clutter  hace  hace referencia a todos aquellos ecos (señales de RF) recibidos por el radar que son, por definición, no deseados. Pueden estar causados por objetos del entorno, el mar,  precipitaciones  mar, precipitaciones (lluvia, nieve o granizo),  granizo), tormentas de arena, arena, animales (especialmente pájaros),  turbulencias pájaros), turbulencias  atmosféricas y otros efectos atmosféricos como reflexiones  reflexiones  ionosféricas ionosféricas  y estelas de  de meteoritos. meteoritos. También puede haber clutter debido a objetos fabricados por el hombre, sin intención de engañar al radar (edificios) o con ella ("chaffs (" chaffs"). ").

 

 

Jamming 

Se conoce como  como jamming   jamming  a aquellas señales externas al sistema radar emitidas en las frecuencias de funcionamiento del mismo y que por tanto enmascaran en mascaran los objetivos de interés. Puede ser intencionado para funcionar como  como contramedida electrónica electrónica  o fortuito (por ejemplo, fuerzas amigas cuyos sistemas de comunicaciones usan la misma banda). El jamming está considerado como una fuente activa de interferencias, ya que está originado fuera del sistema radar y en general se trata de señales sin relación alguna.

 

Procesado de señal en un sistema radar

Radar pulsado.

Principio de un sonar o radar de medición de distancia.

Medida de distancias Tiem po de tr áns ito Una forma de medir la distancia entre el radar y un objeto es transmitir un pequeño pulso electromagnético y medir el tiempo que tarda el eco en volver. La distancia será la mitad del tiempo de tránsito multiplicado por la  la velocidad del pulso  pulso (300.000 km/s):

  r  =  = distancia estimada



  c  =  = velocidad de la luz



  t  =  = tiempo de tránsito



Reducción del efecto de interferencias Los sistemas radar usan  usan procesado de señal  señal para reducir los efectos de las interferencias. Estas técnicas incluyen la indicación de objetivo móvil (MTI), radares doppler pulsados, procesadores de detección de objetivos móviles (MTD), correlación con blancos de radares secundarios (SSR) y procesado adaptativo espacio-temporal (STAP). En entornos con fuerte presencia de clutter se DTM.  usan  técnicas CFAR  usan CFAR y DTM.

 

  Reflector parabólico

Antena parabólica parabólica    Artículo principal:  Antena Los sistemas más modernos usan reflectores  reflectores parabólicos parabólicos  dirigibles para estrechar el haz en el que se emite en  en broadcast  broadcast el pulso. Generalmente el mismo reflector se utiliza ut iliza también como receptor. En estos sistemas, a menudo se usan dos frecuencias radar en la misma antena para permitir control automático ("radar ("radar lock ""). ).

Guiaondaranurada

ranurada   Artículo principal: Guía de onda ranurada 

 

La guía de onda ranurada se mueve mecánicamente para hacer el barrido y es adecuada para sistemas de búsqueda (no de seguimiento). Las guiaondasranuradas son muy direccionales en el plano de la antena pero, al contrario que las parabólicas, no son capaces de distinguir en el plano vertical. Suelen usarse en detrimento de las parabólicas en cubiertas de barcos y exteriores de aeropuertos y puertos, por motivos de coste y resistencia al viento.

Clasificación de los sistemas de radar Se puede hacer una clasificación general de los radares en función de una serie de aspectos básicos:

Según el número de antenas  

Monoestático:: una sola antena transmite y recibe. Monoestático

 

Biestático: una antena transmite y otra recibe, en un mismo o diferentes emplazamientos. Biestático:

 

Multiestático:: combina la información recibida por varias antenas. Multiestático







Según el blanco  



primario:: funciona con independencia del blanco, dependiendo solamente de la Radar primario RCS del mismo.

 



secundario:: el radar interroga al blanco, que responde, normalmente con una serie Radar secundario de datos (altura del avión, etc). En el caso de vehículos militares, se incluye el identificador amigo-enemigo.

Según la forma de onda  



Radar de onda continua (CW): (CW) : transmite ininterrumpidamente. El radar de la policía suele ser de onda continua y detecta velocidades gracias al  al  efecto Doppler . 

 



Radar de onda continua con modulación (CW-FM, CW-PM): CW-PM): se le añade a la señal modulación de fase o frecuencia con objeto de determinar cuando se transmitió la señal correspondiente a un eco (permite estimar distancias).

 



Radar de onda pulsada: pulsada: es el funcionamiento habitual. 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 finalidad  



Radar de seguimiento: seguimiento: es capaz de seguir el movimiento de un blanco. Por ejemplo el radar de guía de misiles.

 



Radar de búsqueda: búsqueda: explora todo el espacio, o un sector de él, mostrando todos los

 

Según su frecuencia de trabajo Nombre de la

Frecuencias

banda

Longitudes

HF

3-30  MHz  3-30 MHz 

10-100  10-100 m 

P

< 300 MHz

1 m+

VHF

50-330 MHz

0.9-6 m

 

 

UHF

300-1000

 

L

MHz

1-2  GHz 1-2 GHz  

 

Observaciones

de onda

Radares de vigilancia costera, vigilancia OTH (over-the-horizon)

'P' de "previo", aplicado de forma retrospectiva a los sistemas radar primitivos

Vigilancia a distancias muy elevadas, penetración en el terreno

Vigilancia a distancias muy elevadas (ej: 0.3-1 m

detección de misiles), penetración en el terreno y a través de la vegetación

15-30 15-30  cm  cm 

Distancias elevadas, control de tráfico en ruta

Vigilancia a distancias intermedias. Control S

 

2-4 GHz

7.5-15 cm

de tráfico en terminales. Condiciones meteorológicas a largas distancias

C

4-8 GHz

3.75-7.5 cm

Seguimiento a distancias elevadas. Meteorología

misiles,, meteorología, cartografía Guía de  de misiles X

 

8-12 GHz

2.5-3.75 cm

de resolución media, radares de superficie aeroportuarios. Seguimiento a distancias cortas

 

Ku

12-18 GHz

 

1.67-2.5 cm

Cartografía de alta resolución. Altímetros para satélites

 Absorción del vapor de agua. Se usa para meteorología, para detectar nubes. K

18-27 GHz

 

1.11-1.67 cm

También para control de velocidad de motoristas.

Cartografía de muy alta resolución Ka

27-40 GHz

 

0.75-1.11 cm

vigilancia de aeropuertos. Usado para accionar cámaras para fotografíar matrículas de coches infractores

mm  

40-300 GHz

7.5 mm - 1 mm

7.5 mm - 5

Q

40-60 GHz

V

50-75 GHz

6.0-4 mm

E

60-90 GHz

6.0-3.33 mm

 

 

 

mm

milimétrica, se subdivide como Banda milimétrica, sigue. Nota: la denominación de las bandas no está unánimemente aceptada.

Comunicaciones militares

Absorbido por la atmósfera

Se usa como sensor para vehículos W

 

75-110 GHz

2.7 - 4.0 mm

autónomos experimentales, meteorología de alta resolución y tratamiento de imágenes.