equipo 2. radares
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
“ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA”
Plantel Zacatenco
INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA.
SISTEMAS DE RADIO COMUNICACIÓN
RESUMEN DE LA EXPOSICIÓN DE RADARES
Profra: Macías Peral Alina Adriana
Alumnos:
Barrón Rodríguez Sergio Escalona Flores Carlos Augusto
García de Luis Mario Alberto Pérez García Eduardo
Grupo: 9cv3
R A D A R E S
El término radar significa Radio Detection and Ranging, “Detección y Medición de Distancias por Radio”. Es un
sistema que usa ondas electromagnéticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos
móviles como aeronaves, barcos, vehículos motorizados, formaciones meteorológicas y el propio terreno.
HISTORIA
1864 James Clerk Maxwell describe las leyes del electromagnetismo.
1888, Heinrich Rudolf Hertz demuestra que las ondas electromagnéticas se reflejan en las superficies metálicas.
1904 Christian Huelsmeyer patenta el primer sistema anticolisión de buques utilizando ondas
electromagnéticas. Desarrollo de la radio y de la transmisión inalámbrica (por Marconi, entre otros), gracias a
lo cual se desarrollan las antenas.
1917, Nikola Tesla establece los principios teóricos del futuro radar (frecuencias y niveles de potencia).
1934, y gracias a un estudio sistemático del magnetrón, se realizan ensayos sobre sistemas de detección de
onda cortas siguiendo los principios de Nikola Tesla. De este modo nacen los radares de ondas decimétricas.
Durante el Siglo XX, muchos inventores, científicos e ingenieros han contribuido en el desarrollo del radar,
impulsados sobre todo por el ambiente prebélico que precedió a la Segunda Guerra Mundial, y a la propia
Guerra. Los grandes países que participaron en ella fueron desarrollando de forma paralela distintos sistemas
radar, aportando grandes avances cada uno de ellos para llegar a lo que hoy conocemos sobre los sistemas
radar.
FUNCIONAMIENTO
Su principio de 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 electromagnéticas permite detectar objetos más allá del rango de otro tipo de
emisiones (luz visible, sonido).
APLICACIONES
Entre sus ámbitos de aplicación se incluyen la meteorología, el control del tráfico aéreo y terrestre y gran
variedad de usos militares.
Lo usan los meteorólogos para detectar tormentas, huracanes y tornados, los controladores aéreos para
ordenar el tráfico de los aeropuertos, la NASA para crear mapas topográficos de los planetas y la policía para
determinar la velocidad a la que circulan los vehículos.
PRINCIPIO DE REFLEXIÓN
Las ondas electromagnéticas se dispersan cuando hay cambios significativos en las constantes dieléctricas o
diamagnéticas.
En ocasiones los aviones militares utilizan materiales con sustancias resistivas y magnéticas que absorben las
ondas del radar, reduciendo así el nivel de reflexión.
La reflexión de las ondas del radar varía en función de su longitud de onda y de la forma del blanco.
Si la longitud de onda es mucho menor que el tamaño del blanco, la onda rebotará del mismo modo que la luz
contra un espejo. Si por el contrario es mucho más grande que el tamaño del blanco, lo que ocurre es que este
se polariza y se dispersa la señal.
Los radares actuales emplean longitudes de onda más pequeñas (de pocos centímetros o inferiores) que
permiten detectar objetos del tamaño de una barra de pan.
REFLECTOR DE ESQUINA
Se usan para hacer "visibles" al radar objetos que en otras circunstancias no lo serían, se suelen instalar en
barcos para mejorar su detectabilidad y evitar choques.
Las señales de radio de onda corta (3 kHz-30 MHz) se reflejan en las curvas y aristas, del mismo modo que la luz
produce destellos en un trozo de cristal curvo. Para estas longitudes de onda los objetos que más reflejan son
aquellos con ángulos de 90° entre las superficies reflectivas. Una estructura que conste de tres superficies que
se juntan en una esquina (como la de una caja) siempre reflejará hacia el emisor aquellas ondas que entren por
su abertura.
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 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. 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.
CENTELLEO
El centelleo es una fluctuación en la amplitud de un objetivo sobre la pantalla de un radar.
Está estrechamente relacionado con el destello objetivo, un desplazamiento evidente del objetivo de su
posición
INTERFERENCIAS
El radar es una herramienta extremadamente eficaz a la hora de detectar objetivos, no obstante existen
técnicas de camuflaje radioeléctrico que consiguen hacer desaparecer cualquier objeto de sus pantallas.
Estas técnicas están dirigidas a reducir el eco o la reflexión de las ondas electromagnéticas sobre la superficie
del objetivo. Se utilizan fundamentalmente fenómenos de dispersión y de absorción.
Ruido
El 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.
La figura de ruido es una medida del ruido producido por el receptor en comparación con un receptor ideal y
debe ser minimizada.
El ruido también puede estar causado por fuentes externas al sistema, siendo sobre todo de gran impacto la
radiación térmica natural del entorno que rodea al blanco que se desea detectar.
Una excepción es el caso en el que el radar está dirigido al cielo abierto; en este caso apenas se produce ruido
de Johnson-Nyquist, también conocido como ruido térmico.
Clutter
El término clutter hace referencia a todos aquellos ecos (señales de RF) recibidos por el radar que son no
deseados. Pueden estar causados por objetos del entorno, el mar, precipitaciones (lluvia, nieve o granizo),
tormentas de arena, animales (especialmente pájaros), turbulencias atmosféricas y otros efectos atmosféricos
como reflexiones ionosféricas y estelas de meteoritos. También puede haber clutter debido a objetos
fabricados por el hombre, sin intención de engañar al radar como los edificios.
Algunas veces el clutter está causado por una longitud excesiva de la guía de onda que conecta el transceptor
del radar y la antena. Este tipo de clutter se reduce reajustando el lapso entre el envío del pulso por parte del
transmisor y el instante en que se activa la etapa de recepción.
Hay bastantes métodos para detectar y neutralizar el clutter. Muchos de ellos se fundamentan en el principio
de que el clutter apenas varía entre diferentes barridos del radar. Por tanto, al comparar barridos consecutivos
se comprobará que el blanco real se mueve, mientras que los ecos de clutter son estacionarios.
Jamming
Se conoce como jamming a aquellas señales externas al sistema radar emitidas en las frecuencias de
funcionamiento del mismo y que por tanto enmascaran los objetivos de interés. Puede ser intencionado para
funcionar como contramedida 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 con este.
La única manera de reducir el jamming de lóbulo principal es disminuir el ángulo sólido de dicho lóbulo. Un
jamming de lóbulo principal a la misma frecuencia y con la misma polarización que el radar no se puede
eliminar completamente. El efecto del jamming de lóbulo lateral se puede atenuar reduciendo los lóbulos
laterales del diagrama de radiación de la antena durante la fase de diseño de la misma.
EVITA SER DETECTADO
El radar es una herramienta extremadamente eficaz a la hora de detectar objetivos, no obstante existen
técnicas de camuflaje radioeléctrico que consiguen hacer desaparecer cualquier objeto de sus pantallas.
Estas técnicas están dirigidas a reducir el eco o la reflexión de las ondas electromagnéticas sobre la superficie
del objetivo. Se utilizan fundamentalmente fenómenos de dispersión y de absorción.
DISPERSIÓN
Formas planas o curvas reflejan las ondas EM desde cualquier ángulo ofreciendo al radar un eco claro.
Por el contrario, un acabado en diente de sierra reduce al mínimo el número de lóbulos reflejados y por tanto
las posibilidades de ser detectado.
ABSORCIÓN
Una segunda medida para evitar la reflexión de las señales radar consiste en cubrir el objetivo con un material
que absorba su energía electromagnética.
Este recubrimiento suele estar formado por componentes de fibra de carbono y ferritas magnéticas.
TIEMPO DE TRÁNSITO
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
velocidad del pulso (300.000 km/s):
r = distancia estimada
c = velocidad de la luz
t = tiempo de tránsito
Una estimación precisa de la distancia exige una electrónica de elevado rendimiento. La mayor parte los
radares usan la misma antena para enviar y recibir, separando la circuitería de transmisión y recepción
mediante un circulador o duplexor. Por ello, mientras se está transmitiendo el pulso no se puede recibir ningún
eco. Esto determina la llamada "distancia ciega" del radar, por debajo de la cual éste es inútil. Esta distancia
viene dada por:
rBLIND = distancia ciega
c = velocidad de la luz
Ƭ = tiempo que se tarda en transmitir un pulso
Si se quiere detectar objetos más cercanos hay que transmitir pulsos más cortos. Del mismo modo, hay un
rango de detección máximo (llamado "distancia máxima sin ambigüedad"): si el eco llega cuando se está
mandando el siguiente pulso, el receptor no podrá distinguirlo. Para maximizar el rango hay que aumentar el
tiempo entre pulsos (T):
rUNAMB = Distancia máxima sin ambigüedad
c = Velocidad de la luz
T = Tiempo entre dos pulsos
MODULACIÓN EN FRECUENCIA
Otra forma de estimar distancias en un radar se basa en la modulación en frecuencia. La comparación de la
frecuencia de señales es por norma más precisa y sencilla que la comparación de tiempos. Por eso, lo que se
hace es emitir una señal (una sinusoide) a una frecuencia que va variando de forma constante en el tiempo, de
modo que cuando llega el eco, su frecuencia será diferente de la de la señal original; comparándolas se puede
saber cuánto tiempo ha transcurrido y por tanto cuánta distancia hay hasta el blanco. A mayor desvío en
frecuencia mayor distancia.
MEDIDA DE VELOCIDADES
EFECTO DOPPLER
El efecto Doppler ocurre cuando el receptor de la onda se mueve con respecto al emisor, o viceversa. Si el
emisor se está moviendo, significa que cada nueva oscilación parte desde una posición ligeramente diferente.
A consecuencia de esto, la distancia entre cada cresta de la onda será diferente. Pensemos, por ejemplo, en la
onda emitida en el mismo sentido del movimiento. Tras emitir una oscilación, el emisor se desplaza hacia
adelante, con lo que la siguiente oscilación estará más junta que si el emisor hubiera estado quieto.
Nótese que si el camión está en reposo, la longitud de onda es la misma en todas direcciones
El hecho de que la fuente sonora esté en movimiento hace que el tono del audio sea otro, ya que la longitud
de la onda se ha recortado.
RADAR DE VELOCIDAD
Una antena acoplada al aparato emite una señal de radar, formando un haz de lectura. Así que un vehículo
entra en este haz, parte de la señal es reflejada y recibida por la antena. En la unidad de procesamiento del
equipo la frecuencia es transmitida y comparada a la frecuencia reflejada, de la cual se calcula la velocidad
efectiva del vehículo medido. Si el vehículo se aproxima al radar, la frecuencia de la señal reflejada aumenta y
cuando se aleja del radar, la frecuencia reflejada es menor. En base a este cambio, los radares identifican
automáticamente el sentido del vehículo.
El radar emite una señal, que es reflejada cuando es detectada la presencia del vehículo en movimiento.
El radar envía ondas en una frecuencia definida contra el vehículo que puede estar aproximándose o
alejándose del equipo y ondas con frecuencias diferentes retornan al radar. Debido al efecto Doppler, surge
una alteración de frecuencia proporcional a la velocidad del vehículo medido.
COMPONENTES DE UN RADAR
• Transmisor
• Antena
• Receptor
• Indicador
El transmisor emite el haz de ondas electromagnéticas a través de una antena que concentra las ondas en un
haz apuntando en la dirección deseada
La antena capta la energía contenida en dicha señal y la envía al receptor
El receptor está sintonizado a la misma frecuencia de transmisión y se encarga de amplificar los ecos devueltos
y transformarlos en información capaz de ser representada en pantalla.
Las ondas de radio se desplazan aproximadamente a 300.000 km/seg. No es como la radiodifusión. Los
transmisores y receptores de radar suelen hallarse juntos
Mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático, el receptor del radar genera una señal en el
dispositivo de visualización
RADAR DE PULSOS
El radar de pulsos envía señales en ráfagas muy cortas (millonésimas de segundo) pero de una potencia muy
elevada. Para poder determinar la distancia el radar de pulsos mide el tiempo que la señal tarda en alcanzar el
objetivo y volver al receptor (tiempo de vuelo). A partir de este tiempo y la velocidad de propagación de una
onda electromagnética se calcula la distancia.
Señal transmitida en un radar de pulsos.
RADAR SAR
Los SAR (Synthetic Aperture Radar) son sistemas de radares que generan imágenes de alta resolución. Una
apertura sintética o antena virtual. Consiste en un extenso arreglo de sucesivas y señales de radar que son
transmitidas y recibidas por una pequeña antena que se mueve a lo largo de un determinado recorrido de
vuelo u órbita. El procesamiento de la señal usa las magnitudes y fases de la señal recibida sobre sucesivos
pulsos para crear una imagen.
RADARES RAR
Los RAR son equipos donde el tamaño de la antena es controlado por la longitud física de la antena.
La ventaja de los equipos RAR esta en su diseño simple y en el procesamiento de los datos. Sin embargo su
resolución es pobre para el rango cercano, misiones de baja altitud y longitudes de onda baja.
Debido a que las misiones vuelan a baja altitud y su cobertura es pequeña.
La resolución de la imagen es limitada por la longitud de la antena. La antena necesita tener varias veces el
tamaño de la longitud de onda para reducir el ancho de banda de la señal emitida.
Sin embargo es impráctico diseñar una antena suficientemente grande como para producir datos de alta
resolución.
La resolución de la imagen en la dirección del alcance es dependiente en la longitud del pulso emitido; pulsos
más cortos dan lugar a una resolución más fina.
A = dirección del alcance; B = alcance terrestre; C = alcance inclinado
REFLECTOR PARABÓLICO
En estos sistemas, a menudo se usan dos frecuencias radar en la misma antena para permitir control
automático.
RADAR DE ONDA CONTINUA
Los radares de onda continua, como su nombre indica, utilizan señales continuas en vez de ráfagas cortas. Se
diferencian dos tipos, el radar doppler y el radar FM.
El radar doppler se utiliza para realizar medidas precisas de la velocidad de un objeto. Este tipo de radar
transmite una onda continua de frecuencia fija. Cuando esta señal encuentra un objeto en movimiento la
frecuencia de la onda reflejada cambia con respecto a la transmitida que se toma de referencia. Utilizando esta
variación de frecuencia el radar determina la velocidad del objetivo.
Los radares de tráfico de la policía y los utilizados en competiciones deportivas son algunos ejemplos de
radares con esta tecnología.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RADAR
Según el número de antenas
Monoestático: es el término dado a un radar en la que están colocados el transmisor y el receptor.
Bioestático: comprende un transmisor y un receptor que están separados por una distancia que es comparable
a la distancia al objetivo previsto
Multiestático: combina la información recibida por varias antenas.
Según el blanco
Radar primario: funciona con independencia del blanco, dependiendo solamente de la RCS del mismo.
(Revision Control System) o RCS es una implementación en software del control de versiones que automatiza
las tareas de guardar, recuperar, registrar, identificar y mezclar versiones de archivos.
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 la forma de onda
Radar de onda continua (CW): transmite ininterrumpidamente. El radar de la policía suele ser de onda
continua y detecta velocidades gracias al efecto Doppler.
Radar de onda continua con modulación (CW-FM, 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: 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 ámbito de aplicación
Militar: radares de detección terrestre, radares de misiles autodirectivos, radares de artillería, radares de
satélites para la observación de la Tierra.
Aeronáutico: control del tráfico aéreo, guía de aproximación al aeropuerto, radares de navegación.
Marítimo: radar de navegación, radar anti-colisión.
Meteorológico: detección de precipitaciones (lluvia, nieve, granizo, etcétera).Circulación y seguridad en ruta:
control de velocidad de automóviles, radares de asistencia de frenado de urgencia (ACC, Adaptive Cruise
Control).
Científico: en satélites para la observación de la Tierra, para ver el nivel de los océanos, encontrar restos
arqueológicos, etc.
RADAR DE NAVEGACIÓN
Se utiliza para obtener información acerca de la distancia a la que se encuentra un objeto y la dirección que
lleva el mismo.
Es sumamente útil para evitar cualquier tipo de colisión, ya que permite detectar todo tipo de objeto no
señalizado, como así también otras naves y elevaciones geográficas ante cualquier condición climática ,
permitiendo de esta manera que el avión obtenga información a cerca de zonas de clima inhóspito, neblinas,
nubes importantes y factores que limiten la visibilidad humana.
RADAR SECUNDARIO (SSR - SECUNDARY SURVEILLANCE (VIGILANCIA) RADAR)
Este tipo de radar basa su funcionamiento en la respuesta del objetivo, por lo tanto necesita de la cooperación
del objeto, como ser el avión, para poder detectarlo. Generalmente los radares secundarios se utilizan para
tareas de navegación y de comunicación.
RADAR METEOROLÓGICO
Presenta información acerca de áreas tormentosas, bancos de niebla, lluvias, entre otras inclemencias
climáticas, a lo largo de una ruta. Esta información es sumamente útil, ya que permite que el avión tome otra
ruta de vuelo para así evitar las zonas de clima riguroso.
RADAR DE VIGILANCIA.
Este tipo de radar permite detectar aquellos objetos que se encuentren en la proximidad de la nave
proporcionando una alerta temprana.
RADAR DE CONTROL DE TIRO
Este dispositivo se encarga de identificar un objetivo determinado, de realizar la adquisición del mismo y de
seguirlo automáticamente. También puede determinar el alcance, el azimut y la elevación de un objetivo para
que luego el sistema de ataque pueda apuntar y disparar automáticamente.
RADAR DE RUTA (SAR – RADAR DE ABERTURA SINTÉTICA)
Este radar utiliza una antena sintéticamente ampliada que se encarga de recopilar los datos del radar a lo largo
de una parte de la ruta de vuelo, que puede ser desde varios cientos de metros a varios kilómetros. Estos datos
son procesados por la computadora y corregidos por algoritmos especiales del SAR. Mediante esta técnica se
pueden obtener las resoluciones de desviación lateral en cuanto a medición y submedición.
RADAR DE BLANCOS EN MOVIMIENTO (ISAR – RADAR DE ABERTURA SINTÉTICA INVERSA)
Gracias al refinamiento y la mejora del principio clásico de SAR en materia de imágenes radar se logró el modo
SAR inverso (ISAR), el cual permite la toma de imágenes exacta de blancos en movimiento, tanto de superficie
como aéreos, a distancias muy grandes. La calidad de estas imágenes ISAR casi llega a ser igual a la de una
fotografía, por lo que la clasificación y la identificación de un objetivo a cientos de kilómetros, y mucho más
lejos del alcance de cualquier instrumento óptico, es posible. Este sistema se basa en la amplia experiencia de
procesamiento de señales radar y se apoya en amplias campañas de recopilación y análisis de datos. EADS (uno
de los fabricantes de ISAR) ha desarrollado modos ISAR altamente eficaces para la clasificación de buques.
Las prestaciones del sistema se ponen de manifiesto con estas imágenes navales ISAR, de buques localizados a
una distancia de aproximadamente 100 Km.
RADAR DE CONTROL DE TIRO Y GUIADO DE MISILES ( AN/APG 65-GY)
El AN/APG 65-GY es un radar multimodo con control de tiro y guiado de misiles. La eficiencia de combate del
cazabombardero F-4F Phantom de las Fuerzas Aéreas Alemanas ha sido mejorada incorporando un sistema
radar AN/APG 65 modificado para el control de tiro y el guiado de misiles AMRAAM. La versión modificada del
radar también se utiliza para el programa de actualización de aviónica del F-4E de las Fuerzas Aéreas Griegas. A
la derecha se observa este radar con sus respectivos componentes, el Receptor y Exitador, el procesador de
datos, el procesador de señales radar, la unidad de enfriamiento y manejo de temperatura, y el Transmisor.
RADAR DE DETECCIÓN Y SEGUIMIENTO DE BUQUES, AVIONES, SUBMARINOS (OCEAN)
El Ocean es un radar de comprensión de impulsos coherente con notables prestaciones. Trabaja en multimodo
operativo y posee capacidad de crecimiento potencial por medio de la programación del software. Posee una
interfase flexible e integración simple en una amplia variedad de plataformas aéreas. Sirve para la detección y
el seguimiento de buques, submarinos sumergidos y aviones.
RADAR DE DETECCIÓN AUTOMÁTICA Y SEGUIMIENTO
Un ejemplo de este tipo de radar es el pulso Doppler AN/APG-70 X-band que utiliza el avión F- 15. Este radar
tiene la capacidad de detectar objetivos pequeños a muy baja altura, como así también a gran altura, y a una
gran distancia.
Una vez que el radar detecta un objetivo, envía la información obtenida a la computadora principal, que en
este caso es una IBM CP-1075 de 96K, para que ésta se encargue de seleccionar, por medio del software, cual
es el arma apropiada y efectiva para utilizar de acuerdo al objetivo detectado, para poder asegurar de esta
manera un correcto desempeño del arma seleccionada y utilizada, ya sean misiles, ametralladoras o cañones.
Este radar tiene la propiedad de poder trabajar muy eficazmente en combates cerrados, ya que puede ubicar
automáticamente aviones o armamento enemigo, y luego enviar la información obtenida al Head-Up Display
AN/AVQ-20.
RADAR DE DETECCIÓN Y SEGUIMIENTO DE BLANCOS AÉREOS, NAVALES, PRESENTACIÓN DEL TERRENO,
NAVEGACIÓN
El ECR 90 aporta un conjunto de nuevas tecnologías que cumplen con los más avanzados requisitos de última
generación. Dispone de varios sistemas de modos operativos, incluyendo detección y seguimiento de objetivos
aéreos y navales, tareas de navegación, así como también presentación del terreno, lo cual permite realizar la
detección, identificación y ataque a los objetivos bajo cualquier condición climática.
Este radar puede encargarse del lanzamiento de seis misiles guiados aire-aire AMRAAM, aportando al sistema
de armas del Eurofighter una espectacular eficiencia de combate
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