¿COMO FUNCIONA EL RADAR?

¿Qué es un radar?

Un radar es un instrumento que puede detectar objetos circundantes mediante ondas de radio. Así, en el mundo marítimo, los radares pueden detectar objetos como barcos, boyas o pájaros. El uso de microondas de longitud de onda corta permite una medición muy precisa de la dirección en la que se detecta el objeto y la distancia a la que se encuentra. Además del dominio marítimo, los radares tienen muchas otras aplicaciones como la meteorología, la vigilancia aérea, para medir la velocidad de los automóviles en una carretera, entre otras.


Un principio similar al de un eco


Aunque no utiliza ondas sonoras sino microondas de onda corta, el principio de un radar es el mismo que el del sonido. Cuando entra en contacto con un objeto, las ondas reverberan y, por lo tanto, la distancia al objetivo y su dirección se pueden calcular con precisión. Luego, esta información se coloca en forma de datos visuales en una pantalla para que sea legible. Supongamos que una onda se envía en una dirección específica.

La onda atraviesa su entorno en línea recta, pero cuando golpea un objeto en su camino, se refleja y parte de esta onda vuelve a su posición original. Este fenómeno se llama reflexión. Es el tiempo que tarda este eco en regresar lo que ayudará a determinar con precisión la distancia a la que se encuentra el objeto. El rumbo hacia un objetivo está determinado por la dirección desde la que regresa un eco reflejado. Un escáner de radar marino gira 360 grados sobre su eje vertical, utilizando un engranaje especial. Dado que conocemos la dirección en la que mira la antena cuando se transmite la energía del radar, conocemos la orientación de los objetivos en la trayectoria de ese haz de energía. Cuanto más nítido sea el haz, con mayor precisión se puede determinar el rumbo de un objetivo.

En el ámbito marítimo, el análisis de un eco permite obtener multitud de información mediante cálculos y deducciones lógicas como si un objeto se está moviendo, acercándose o parado. Las funciones de análisis de señales, como el ¨Target Analyzer", incluso permiten distinguir fácilmente estos ecos mediante códigos de colores según su movimiento. Otras funciones como el "Echo Trail" le permiten visualizar claramente el movimiento de un eco.


¿Cómo calculamos la distancia a un objetivo?

Al calcular la distancia entre el Radar y un objeto, se debe tener en cuenta que el tiempo (T) medido entre la emisión de una onda y la recepción de su eco es el del viaje de ida y vuelta de esta onda ya que la onda rebota. por este objeto. Para calcular la distancia (D) entre el radar y un objeto, el tiempo (T) debe dividirse entre dos.


D = 1/2 × cT

D: Distancia entre el radar y el objeto objetivo c: Velocidad de la luz 3 × 10 8 m / s T: Tiempo transcurrido entre la primera emisión y la recepción de un eco


Dado que los radares utilizan ondas electromagnéticas que se mueven a la velocidad de la luz, tienen la ventaja de procesar la información muy rápidamente.



La onda de pulso

Los radares emiten microondas de forma pulsátil y estas ondas se denominan ondas cuadradas. La utilidad de las ondas pulsadas radica en la capacidad de determinar con precisión una distancia, al tiempo que permite la recepción de la energía devuelta por los objetivos del radar en el camino de la onda emitida.

El radar transmite ondas pulsadas repetidamente en un ciclo fijo. El ancho de pulso de una onda pulsada y su frecuencia de repetición están determinados por la distancia a la que se encuentra el objetivo. Consideremos una onda cuyo ancho de pulso es de 0,8 microsegundos. Si la frecuencia se establece en 840 Hz, esta onda ancha de 0,8 microsegundos se repetirá 840 veces durante un segundo.


Directividad de la unidad de antena

Si se puede conocer la distancia al objetivo midiendo el tiempo que transcurre hasta que se recibe la onda reflejada, la dirección en la que se encuentra el objeto se puede determinar con una antena direccional. Aunque las antenas utilizadas en los barcos giran 360 °, su directividad extremadamente precisa (es decir, el ángulo de precisión de una antena) permite ubicar el objetivo con una precisión muy alta. Sin embargo, dado que las señales reverberadas son extremadamente débiles en comparación con la señal transmitida, es necesario amplificar estas señales utilizando un amplificador para que puedan exportarse a datos visuales.


Línea de visión de un radar



Las ondas de radar se propagan a lo largo de la superficie de la Tierra, pero debido al efecto de difracción, estas ondas se propagan de manera ligeramente curva. El grado de difracción está determinado por muchos factores, incluida la densidad de la atmósfera. En general, la curva de difracción permite que la onda sobrepase la línea de visión en aproximadamente un 6%.

D ≒ 2.2 (√H1 + √H2)

D: línea de visión del radar (NM) H1: altitud a la que está instalado el radar (m) H2: altitud del objeto que reverbera la señal (m)


Por ejemplo, si asumimos que la altura a la que se encuentra la antena en un barco es de 16 my la altitud del objeto detectado es de 9 m, entonces la línea de visión del radar será de unas 15 millas náuticas. El alcance de un radar se puede aumentar simplemente instalando la antena más alta y de la misma manera, cuanto mayor sea la altitud de un objeto, más lejos se puede detectar.


Antenas de radar

La longitud de onda de las bandas X es corta, pero cuanto más corta es la longitud de onda, más recta se propaga la onda de radio y más fácil es enviar ondas direccionales y recibir la onda reflejada del objetivo. Cuanto más corta sea la onda, más precisa y, por tanto, más eficiente será la antena. Dado que todos los componentes de un radar de banda X pueden ser extremadamente compactos, tienen la ventaja de ser económicos, ergonómicos y ligeros.

En el caso de los radares de banda S, tienen una longitud de onda más larga y sufren menos atenuación, lo que hace posible detectar objetivos distantes. A pesar de su baja potencia y característica de reflexión, las ondas S se reflejan mal en la superficie del agua, lo que es una ventaja para la navegación. A menudo se utilizan junto con radares de banda X.


Una antena de radar es una unidad que transmite ondas de radio y recibe los ecos de estas ondas de radio. El rendimiento de una antena radica en su capacidad para detectar la dirección exacta en la que se encuentra un objeto. Por tanto, es importante concentrar los rayos en una dirección particular si queremos saber la dirección exacta de un objeto. Esto se llama directividad de ondas de radio.


La parte superior de una antena se llama "antena de ranura". Las microondas producidas por el transmisor y el receptor se emiten a través de una guía de ondas y se transmiten desde la ranura dentro de la antena. La "ranura" está ubicada en la parte frontal de la guía de ondas dentro de la antena, inclinándose en cada intervalo de media longitud de onda. Los ángulos de las ranuras son ligeramente diferentes. Combinando las ondas de radio emitidas desde cada una de las ranuras, es posible obtener una onda apuntada en un ángulo direccional extremadamente preciso. Cuantas más ranuras haya, más preciso será el ángulo de dirección. Por lo tanto, cuanto más larga es la antena, más ranuras hay, aumentando la precisión del ángulo direccional.


Microondas

Dado que las microondas utilizadas con los radares tienen una longitud de onda extremadamente corta, deben considerarse ondas que van en línea recta como la luz visible. Las microondas no son refractadas por la ionosfera como otras ondas por debajo de 30 MHz, por lo que pueden considerarse como ondas rectas que se propagan a una distancia visible.

A diferencia de la luz visible, las nubes o la niebla no absorben las microondas y, por lo general, permanecen sin atenuar. Por tanto, estas ondas se consideran la longitud de onda ideal para la navegación. Las dos bandas de frecuencia principales utilizadas para la navegación son las bandas S de 3000 MHz y las bandas X de 9000 MHz.


Clasificación IEEE de frecuencias de microondas


Ancho de

banda (GHz) Nombre

0,2 ~ 0,25 Banda G - Radio aérea militar

0,25 ~ 0,5 Banda P - Comunicación móvil

0,5 ~ 1,5 Banda L - Transmisión de TV, teléfono móvil, llamada vía satélite de

Inmarsat

2 ~ 4 Banda S - Radiodifusión por satélite digital inalámbrica fija, banda ISM

(microondas, LAN inalámbrica, radioaficionado, etc.)

4 ~ 8 Banda C - Comunicación vía satélite, inalámbrica fija, acceso inalámbrico

8 ~ 12 Banda X - Comunicaciones militares, satélites meteorológicos, satélites

de observación de la tierra

12 ~ 18 Banda Ku - Emisión de TV vía satélite, comunicación vía satélite

18 ~ 26 Banda K - Satélite de comunicación

26 ~ 40 Banda Ka - Satélite de comunicación

40 ~ 75 Banda V - Radares, satélite de comunicación

75 ~ 111 Banda W - Astronomía radial

Definiciones

Resolución de azimut

Suponga que dos objetos separados están en la misma dirección, a la misma distancia, del bote desde el que está mirando. La resolución de un radar depende principalmente del ancho del haz horizontal, por lo que cuanto más estrecho es el ancho del haz de una antena, mayor es la resolución del radar. Para aumentar la resolución de un radar, necesitamos reducir el ancho del haz horizontal, lo que se puede lograr con una antena más grande. Hay radares de banda X con antenas de hasta 3 metros de ancho, y en este caso el ancho del haz angular es de 0,75 grados, lo cual es muy importante para la precisión. Por otro lado, los de antena de tipo domo, con un ancho de antena de aproximadamente 40 cm, tienen un ancho de haz horizontal promedio de 5,7 °.


Ancho de haz horizontal y ancho de haz vertical

El ancho del haz horizontal y el ancho del haz vertical son dos características de una antena de radar. Mientras que el ancho del haz horizontal depende en parte del ancho de la antena, el ancho del haz vertical es fijo. Generalmente es de 20/25 grados para evitar los efectos de cabeceo y balanceo.


Resolución de distancia

Establezcamos que la distancia mínima entre dos objetos situados en la misma dirección pero a diferentes distancias del barco de referencia es la distancia desde la que se pueden distinguir en una pantalla. La resolución de la distancia depende en gran medida del ancho del pulso. Cuando el ancho del pulso es corto, la potencia de detección es baja pero la resolución de distancia es buena. Por el contrario, cuando el ancho del pulso es largo, la potencia de detección es mayor pero la resolución de la distancia se reduce. Dado que el ancho del pulso tiene una influencia directa en la resolución de la distancia, así como en la potencia de detección, se ajusta automáticamente según el rango de detección. Existen aproximadamente 3 tipos de anchos de pulso para radares pequeños y de 4 a 6 para los más grandes.


Ancho de pulso

Los radares de ondas de radio utilizan ondas de pulso y no ondas continuas para aumentar las capacidades de detección. Un pulso es una señal instantánea, pero tiene una cierta duración. En un rango corto, la duración es de aproximadamente 0,08 microsegundos, en un rango medio, 0,6 microsegundos y en un rango largo de 1,2 microsegundos. Para corto alcance, ya pesar de la baja potencia, los pulsos cortos tienen una alta resolución y capacidad de detección. Para rangos más largos y para aumentar la potencia, se extiende la duración del pulso. Sin embargo, para otros, cuando se espera una alta resolución, es necesario establecer el pulso en "corto".


Frecuencia de repetición de pulsos

La frecuencia de repetición de pulsos corresponde al número de pulsos transmitidos en un segundo. La unidad está en Hz o PPS.


VRM (marcador de rango variable)

VRM: El VRM (marcador de rango variable) mide el rango a los objetivos. Para medir el rango, presione la tecla para mostrar el VRM. Aparece como un círculo punteado. Ajuste el VRM de modo que toque el borde interior del objetivo. El rango al objetivo aparece en un cuadro de datos en la pantalla. Algunos radares pueden mostrar dos VRM; la longitud del guión del VRM n. ° 2 es más larga que la del VRM n. ° 1.


EBL (línea de rumbo electrónico)

EBL: La EBL (Línea de rumbo electrónico) mide el rumbo a los objetivos en grados. Para medir la demora, presione la tecla para mostrar la EBL. Aparece como una línea discontinua. Ajuste la EBL para que divida el objetivo. El rumbo al objetivo aparece en un cuadro de datos en la pantalla. Algunos radares pueden mostrar dos EBL; la longitud del trazo de la EBL n. ° 2 es más larga que la de la EBL n. ° 1.


TT (seguimiento de objetivos)

TT (Target Tracking) es una función que ayuda a prevenir colisiones al rastrear objetivos automáticamente. Analizando en detalle el movimiento de otras embarcaciones y rastreando la embarcación durante un cierto período de tiempo utilizando señales de radar, es posible calcular la dirección en la que se dirigen estas embarcaciones, así como su velocidad. La información del objetivo se muestra mediante valores numéricos y vectores en la pantalla Radar. Para la lectura de vectores, apuntan en la dirección del objetivo mientras que la longitud del vector indica la velocidad del objetivo.

La función TT también realiza cálculos de CPA y TCPA. CPA es la distancia más corta entre la embarcación objetivo y la embarcación propia en tiempo real, mientras que TCPA indica el tiempo hasta la máxima proximidad entre estas dos embarcaciones. El CPA se puede calcular para cualquier objetivo que se haya adquirido, principalmente para aquellos en riesgo de colisión. Cuando el CPA es demasiado bajo, la embarcación se considerará y se mostrará como peligrosa, mostrando que se requiere una maniobra de evitación.

fuente: Furuno.

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