Radiodeterminación y conceptos básicos de radar

Radiodeterminación

Determinación de posición, velocidad u otras características de un barco, u obtención de información relativa a estos parámetros mediante las propiedades de propagación de ondas radioeléctricas. El campo eléctrico suministrado por un transmisor a su antena se transfiere al espacio en forma de onda electromagnética y de la misma manera ese campo puede ser captado por una antena receptora. Velocidad de propagación C= 3x10^8 m/s.

Radionavegación

Radiodeterminación utilizada para fines de navegación, inclusive para señalar la presencia de obstáculos.

Radiolocalización

Radiodeterminación utilizada para fines distintos de la radionavegación.

Radiogoniometría

Radiodeterminación que utiliza la recepción de ondas radioeléctricas para determinar la dirección de un objeto.

Conceptos básicos Radar

Radar: Radio Detection and Ranging

Sistema de Radiodeterminación basado en la comparación entre señales radioeléctricas reflejadas o retransmitidas desde la posición a determinar.

Evolución histórica

Muy útil en ámbito militar, usado en guerra, muy completo, complejo y funcional. Prioridad en batalla es destruir radares enemigos.

Funciones básicas

Detección (si existe o no blanco) y Estimación (extracción de información de la señal detectada con precisión y resolución).

Complementa la visión.

Ventajas

360º de detección, con precisión bajo muchas condiciones adversas.

Desventajas

No diferencia tamaño, nombre, forma, etc...

Elementos básicos

Transmisor (antena directiva, dirección deseada) y Receptor (antena receptora, señal de interés es ECHO)

Tipos de Radares

Según naturaleza del objeto

Radar primario: la señal emitida rebota en el blanco y es recibida por el mismo radar, blancos pasivos.

Radar secundario: requiere de transpondedor, señal codificada que pregunta al blanco (activo) por información. Proporciona mayor cantidad de información que uno primario.

Según posición relativa del transmisor y receptor

Monoestático: antena común en el 99% de los casos, cronómetro mide tiempo de ida y vuelta (periodo).

Multiestático: uso militar principalmente, antenas transmisora y receptora separadas.

Según su finalidad

Radar de vigilancia o exploración (surveillance radar): vigilan el entorno.

Radar de seguimiento (tracking radar): determinan las características de un determinado blanco a lo largo del tiempo.

Radar multifunción (tracking while scan radar TWS): combinación de los dos anteriores.

Radar de imágenes: propósito gráfico.

Según señal transmitida

Radar de onda continua o Doppler (CW radar): Radar por excelencia que usa el efecto Doppler para medir velocidades.

Radar de onda continua modulada (CW-FM radar): miden distancia y volumen radiales.

Radar de pulso: miden distancia entre blanco y radar. Uso en radares marinos.

Áreas principales de aplicación

Control del tráfico aéreo (ATC): Controlar el tráfico en ruta y en la proximidad de los aeropuertos.

Navegación aérea: el radar de evitación de tormentas que muestra al piloto las zonas de lluvia es un clásico. También es utilizado en radioaltímetro y el navegador Doppler. Radioaltímetro → H = (C·FB) / (4·FMA·ΔF) ; Señal CW-FM La señal FMA es la señal moduladora, que modula la de FM.

Seguridad en el mar: se usa en navegación para evitar colisiones entre barcos y detectar boyas de navegación. En términos de números esta es una de las mayores aplicaciones.

Sensor remoto: Objetos geofísicos o del entorno como meteorología, agricultura, condiciones forestales, etc...

Espacio: Vehículos espaciales usan radares para realizar encuentros y repostar, así como para un aterrizaje.

Apoyo a la ley: Además de radares de velocidad de automóviles, hay radares de detección de intrusos.

Aplicaciones militares: vigilancia, navegación y control, guías de armas. Mayor ámbito de aplicación del radar.

Radares marinos de pulso

Conceptos básicos

Se utiliza una señal pulsada que se emite desde una antena directiva. El tiempo empleado por el pulso en ser reflejado por el blanco (τ) permite determinar la distancia al radar (R0) y la dirección se obtiene por el eje de apuntamiento de la antena.

Transmisores

Modulación de alto nivel: todos los radares marinos tienen un magnetrón como osciladores de alta potencia. En él, se hacen tanto las etapas de amplificación de frecuencia como la de potencia simultáneamente (hasta 25 Kw de potencia).

En un instante de tiempo determinado, mirando la forma de onda podemos apreciar:

• El espectro más alto da la frecuencia de transmisión de la señal.
• Un lóbulo no da el ancho del pulso.

PNF: red formadora de pulsos. Trabajamos con 3 anchos de pulso: 0,08, 0,5 y 1 (en microsegundos). Dependiendo del ancho del pulso, se pueden confundir/pasar por alto objetivos en la misma dirección si se encuentran muy próximos. Para trabajar lejos priorizamos el alcance, mientras que de cerca priorizamos la resolución.

Traslación del espectro a una frecuencia media (paso a paso) CAF: Frecuencia del oscilador local = 9470 MHz.

Frecuencia intermedia (FI) = 60 MHz.

Frecuencia de la señal (FR) = 9410 MHz.

Procesado de la información

Procesador de señal: Es el subsistema encargado de determinar la presencia o no de blancos. Principales procesadores: Indicador de blancos móviles (MTI), Procesamiento digital de pulsos (PDP o RDP), Técnicas CFAR (Constant False Alarm Rate) – Circuitos Log-FTC (Anti Clutter Lluvia) – Técnicas de compresión de pulsos.

Extractor de datos: Es el subsistema encargado de suministrar la distancia, dirección (azimut y/o elevación), velocidad, firma radar, etc.. → PLOT

Procesador de datos: A partir de los PLOTS genera pistas mediante su correlación espacial. Al mejorar la precisión de los PLOTS obtenemos filtros de seguimiento.

Presentación de la información

Este subsistema pretende presentar la información al operador del modo más adecuado para su correcta interpretación.

Información no procesada: display con vídeo crudo (RAW DATA)

Información procesada digitalmente: display sintético (control aéreo). Existen distintos tipos de presentaciones. El más usual es el PPI.

Tendencia actual: displays más sofisticados con vídeo sintético (mapas, símbolos, etc...)

Sistema ARPA

Sistema automático de análisis de ecos ARPA (Automatic Radar Plotting Aid): Herramienta informática que facilita la labor de seguimiento de los movimientos de los blancos. Está constituido por un radar que facilita vídeo tratado y un ordenador que memoriza la señal de vídeo.

Parámetros característicos:

• Tiempo que ilumina la antena a un blanco: tS = θB / Ω
• Número de ecos recibidos por blanco y vuelta de antena: n = tS·PRF = (θB·PRF) / (6·Ω) Distancia máxima no ambigua: RU = C·TR / 2 = C / 2·PRF ; RV = RA + RU

Ambigüedad: Ecos recibidos en intervalos que excedan TR se llaman ecos en tiempo múltiple.

Se detectan variando la PRF (En radares marinos: 3000 , 1500, 750 y 500 Hz). Se solucionan realizando un entrelazado de PRF (a menor PRF, mayor periodo. Esto le da más tiempo a la señal a volver, por lo que evita la ambigüedad).

Resolución en distancia (ΔR): mínima separación que debe existir entre dos blancos, en la misma dirección, para ser detectados como distintos. Durante el tiempo de transmisión de un pulso, no se puede recibir otro. ΔR = C·TP / 2

Resolución Angular: Es la mínima separación, tanto en azimut como en elevación, que debe existir entre dos blancos a la misma distancia, para ser distinguidos como distintos. Depende del ancho del haz. Ancho del azimut: θB. Ancho de elevación: φB. Un radar podrá resolver en azimut dos blancos siempre que la distancia entre ellos (D) sea: D > 2·R·sen(θB/2)