Radar

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Esta página está semiprotegida. Puede discutir los cambios o pedir su desprotección en la página de discusión del artículo.

Esta antena de radar (de aproximadamente 40 m de diámetro) rota para observar actividades en el horizonte

Radar de pistola para la medición de velocidad

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.

El radar fue creado en 1935 y desarrollado principalmente en Inglaterra durante la Segunda Guerra Mundial(se debe el invento a su mayor impulsor el fisico Wattson-Watt) y supuso una notable ventaja táctica para la Royal Air Force en la Batalla de Inglaterra. Aunque fue desarrollado con fines bélicos en la actualidad es una de las principales ayudas a la navegación con que cuenta el control de tráfico civil para poder tener una imagen del tráfico aéreo.

Los radares se dividen en función de la forma en que emiten la energía en radares de onda continua o de pulsos, y ambos se basan en el efecto Doppler y pueden calcular la velocidad de un objeto en movimiento.

En la aviación civil y militar, también se utiliza el llamado "Radar Secundario", IFF en el caso militar. En este caso, se emite desde una antena asimismo direccional y giratoria, formada por unos arrays de dipolos, unos impulsos de interrogación, que esta vez son recibidos por un aparato de la aeronave denominado "trasponder". Este aparato a su vez responde inmediatamente con otra serie de impulsos codificados, en los que se envían las respuestas a las peticiones hechas por el radar indicando la Identificación de aeronave (Modo A), o su altitud (Modo C). La secuencia de interrogaciones que se usa para preguntar al "trasponder" se denomina Entrelazado de Códigos, y determina el número y orden de interrogaciones Modo A y Modo C que se realizan. Otros modos Modo 4 son de uso exclusivo militar, y contienen información cifrada.

Una posterior ampliación de este sistema con el llamado Modo S permite enviar y recibir paquetes de datos en general entre una estación radar y las aeronaves, llegando incluso a la posibilidad de establecer un enlace de datos. Su principal característica es que permite la interrogación selectiva, evitando así la saturación del espacio radioeléctrico. El sistema puede elegir a que aeronave interrogar usando su Dirección Modo S, y evitando que el resto de traspondedores que reciben la interrogación respondan.

El problema de cómo situar el menor número de radares posible a lo largo de la costa de Inglaterra de forma que quedara completamente cubierta fue el punto de inicio de la fructífera rama de la matemática conocida como investigación operativa.

Los radares se emplean en multitud de aplicaciones, entre ellas el control del tráfico aéreo y en el control policial de la velocidad en el tráfico rodado. Un uso muy extendido es el radar meteorológico para capturar fenómenos meteorológicos peligrosos. Un nuevo uso del radar son los satélites activos, a alturas no superiores a 450 km, con un radar doppler SAR (con antena de ancho sintético), formador de imágenes de tierra.

Ecuación del radar

La potencia P_r reflejada a la antena de recepción está dada por la ecuación del radar:

$P_r = {{P_t G_t A_r \sigma F^4}\over{{(4\pi)}^2 R_t^2R_r^2}}$

donde

P_t = potencia transmitida
G_t = ganancia de la antena de transmisión
A_r = apertura efectiva (área) de la antena de recepción
σ = sección transversal del radar, o coeficiente de decaimiento del objetivo
F = factor de propagación del patrón
R_t = distancia del transmisor al objetivo
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_r y el término R_t² R_r² puede ser reemplazado por R⁴, donde R es la distancia. Esto resulta en:

$P_r = {{P_t G_t A_r \sigma}\over{{(4\pi)}^2 R^4}}$

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.

La ecuación anterior con F = 1 es una simplificación para el vacío sin interferencia. El factor de propagación depende de los efectos de multiruta y de sombreo sobre los detalles del medio de propagación. En una situación real los efectos de atenuación en el recorrido deben ser considerados.

Otros desarrollos matemáticos en procesamiento de señales de radar incluyen análisis de tiempo-frecuencia (Weyl Heisenberg o wavelet), así como la transformada chirplet que se basa en el hecho de que los radares generalmente trabajan con objetivos móviles por lo que la señal cambia su frecuencia como una función del tiempo, como lo hace el sonido de un ave o un murciélago.

Tipos 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 su Funcionamiento:
- Radar primario. Funciona con independencia del blanco, dependiendo solamente de la RCS del mismo.
- Radar 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 aparecen. 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.