radar acrónimo de English RAdio Detection And Ranging Detección y medición de distancias por ondas de radio

(acrónimo de inglés Detección y rango de radio, detección y medición de distancias por ondas de radio)

Operación de radar

Dispositivo de radiodeterminación que permite determinar la posición y distancia de un obstáculo, una aeronave, etc., mediante la emisión de ondas de radio y la detección de ondas reflejadas en su superficie.

Introducción

Operación de radar

Un radar es un equipo que se utiliza para detectar la existencia de objetos (llamados “blancos”) y localizarlos de forma más o menos completa. Para ello concentra, gracias a una antena suficientemente grande, una emisión de ondas electromagnéticas en una zona angular reducida (que permite medir la dirección de los objetivos). Las ondas emitidas se reflejan en los objetivos y una parte (muy débil) de ellas es recibida por la antena al regresar. Después de una clasificación adecuada de las señales “útiles” recibidas en relación con las señales parásitas presentes en el receptor del radar (ruido de “fritura” o interferencia intencional de un adversario), comparamos las señales reflejadas y las señales transmitidas: el cambio de tiempo da la distancia de el objetivo, que en frecuencia de las indicaciones sobre su velocidad.

Existe una gran cantidad de tipos de radares, pero las dos familias más importantes en términos de volumen de negocios son los radares de vigilancia panorámica y los radares de seguimiento. Los primeros son, en particular, la base del control del tráfico aéreo. Su antena gira, con mayor frecuencia, regularmente alrededor de un eje vertical para dar las coordenadas horizontales de los objetivos (radares 2D) o incluso sus tres coordenadas (radares 3D). Los radares de seguimiento incluyen una antena que se mantiene automáticamente apuntando en la dirección de un objetivo, ya sea para asegurar su orientación, o para determinar su trayectoria con gran precisión, o para ambos (disparo del lanzador espacial, por ejemplo), o incluso para permitir la orientación de un arma responsable de destruirlo.

Fechas clave para los radares de tráfico

FECHAS CLAVE DEL RADAR
1886	El alemán Heinrich Hertz muestra la identidad de la naturaleza entre la luz ordinaria y otras ondas electromagnéticas. Lo que hacemos con un faro luminoso, por tanto, se puede hacer con “faros” electromagnéticos, una observación que ya contiene, en germen, la idea de radar.
1904	El alemán Christian Hülsmeyer describe un dispositivo, el “telemoviloscopio”, que emite breves señales electromagnéticas “reflejadas por objetos metálicos en el mar para informar al capitán de la aproximación de un barco y evitar colisiones”.
1922–1935	Primeras detecciones de radar, en Estados Unidos y Francia, pero sin medición directa de la distancia del objetivo.
1935	El británico Robert Watson-Watt desarrolla equipos que permiten la medición directa de la distancia de objetivos gracias a la emisión de pulsos cortos intercalados con largos silencios y a la determinación del intervalo de tiempo entre la emisión de un pulso y la recepción del eco correspondiente.
1940	La Marina de los Estados Unidos se refiere oficialmente al sistema para detectar y medir la distancia mediante ondas de radio bajo el nombre de radar (RAdio Detection And Ranging). Primeros radares equipados con magnetrones (tubos de emisión muy potentes).
1961	Primeros radares operativos de compresión de pulsos en Estados Unidos y Francia.

Ondas de radar

Las ondas electromagnéticas utilizadas por los radares son de la misma naturaleza que las ondas de radio; difieren sólo en su frecuencia, que es mayor pero sigue siendo menor que la de la luz visible. Las ondas “largas” de radio tienen una frecuencia de unos 200.000 hercios (200 kHz), lo que corresponde a una longitud de onda de unos 1.500 m. Las ondas de radio MF tienen una frecuencia de aproximadamente 100 MHz (100 millones de hercios), o una longitud de onda del orden de 3 m.

Las ondas de radar tienen frecuencias entre 1 GHz y 100 GHz (o mil millones de hercios) [longueur d’onde comprise entre 30 cm et 3 mm], a excepción de los denominados radares OTH (Sobre el horizonte, transhorizonte), que utilizan ondas cortas (2 a 20 MHz, longitud de onda de 15 a 150 m) porque tienen la propiedad de reflejarse en las capas ionizadas que rodean la Tierra a una altitud de unos 100 kilómetros.

La luz visible tiene una longitud de onda mucho más corta, aproximadamente media millonésima parte de un metro (la frecuencia correspondiente es de 600 millones de millones de hercios). Los hornos de microondas utilizan ondas similares a las del radar.

Compresión de pulso

En los primeros radares, se emitían regularmente pulsos cortos y el retraso de los pulsos recibidos daba la distancia al objetivo, con una calidad tanto mejor cuanto que los pulsos emitidos eran más cortos. Pero, cuanto más cortos eran los pulsos emitidos, mayor era el ruido de fritura del receptor y las señales más potentes tenían que ser emitidas. Esto cambió a principios de la década de 1960, con el uso de la “compresión de pulsos” (en los Estados Unidos en 1961 en el radar de vigilancia marítima y alerta temprana instalado en los portaaviones Grumman. Tipo “Enterprise”; en Francia, en 1961-1962, en el radar Conrad instalado en ese momento en el Centro de pruebas de vuelo de Brétigny-sur-Orge, luego en Rennes). En esta técnica, los pulsos emitidos son largos y no muy potentes pero contienen una modulación de fase (un melodía). En la recepción, un filtro adaptado a esta melodía comprime temporalmente la señal de retorno en una señal muy breve, todo sucediendo como si la señal transmitida hubiera sido muy potente y muy breve.

A medida que el volumen del transmisor (y también su precio) aumenta con la potencia emitida, y es más fácil detectar que un radar emite más potencia, entendemos el interés de la compresión de ‘pulso: esto reduce la potencia pico emitida (o potencia “pico”) al tiempo que proporciona excelentes mediciones de distancia.

Tratamiento Doppler

De la misma manera que el sonido de un automóvil aparece más agudo si este automóvil se acerca que si se aleja, la señal reflejada por un blanco y recibida por el receptor de un radar tiene una frecuencia más alta si el blanco se acerca solo si se aleja. : y la medición de este desplazamiento, llamado desplazamiento Doppler, permite medir la velocidad del objetivo.

El principal interés de esta medida es ordenar los ecos y eliminar todos aquellos que vienen del suelo y no interesan al usuario. Esta clasificación, bastante sencilla cuando la antena está fija o se mueve lentamente con respecto al suelo, se vuelve cada vez más delicada cuando es muy móvil, por ejemplo si el radar está instalado en un avión. Efectivamente, el suelo tiene una velocidad relativa con respecto a la antena, positiva frente a esta última, cero lateralmente y negativa detrás. Los ecos del suelo (molestos y que queremos eliminar) presentan así un rango de frecuencias Doppler muy amplio. La situación se complica aún más por el hecho de que, la señal emitida por el radar generalmente consiste en pulsos cortos que se suceden a una cierta velocidad. (frecuencia) “Repitiendo”, hay efectos estroboscópicos (como en una sala de cine, donde las ruedas de un taxi parecen girar al revés mientras giran hacia arriba).

Estos efectos son la causa de errores en la evaluación de la velocidad de los objetivos. Por estas diversas razones, se ha desarrollado una gama completa de dispositivos con propiedades específicas: radar de alta tasa de repetición (sin efecto estroboscópico), radar de baja tasa (buena medición de distancia) o tasa media (compromiso entre los dos), radar multimodo que utiliza diferentes tarifas dependiendo de la situación. La clasificación de objetivos a partir del efecto Doppler se ha llevado a cabo durante mucho tiempo mediante una computadora analógica especial (dispositivo conocido como VCM – Visualization des Cibles Mobiles – o, en inglés, MTI – Mobil Targets Indicator – inventado por los franceses H. Busignies) utilizando sistemas acústicos. líneas de retraso.

Escaneo electronico

La mayoría de los radares construidos hasta finales de la década de 1970 usaban una antena que se asemejaba a instrumentos ópticos, con el transmisor (o receptor) en el “foco” de un dispositivo que constaba de uno o más espejos. Por tanto, para cambiar la dirección de la vista era necesario mover piezas metálicas. Debido a su inercia mecánica, esto requirió un cierto retraso durante el cual se emitió una señal innecesariamente en direcciones sin interés (o una señal demasiado poderosa en direcciones de fácil examen porque sin interferencia). Asimismo, una determinada antena solo podía utilizarse para un único uso (vigilancia, seguimiento, etc.) porque los espejos eran indeformables; Por lo tanto, a menudo era necesario en los sistemas tener una antena de vigilancia y tantas antenas de seguimiento como objetivos a seguir al mismo tiempo. El escaneo electrónico supera estas deficiencias. Permite cambiar la forma de la antena punto a punto en un tiempo insignificante y así, con el mismo dispositivo, sin desplazamiento de pieza metálica, variar la dirección de la radiación o la forma del patrón de radiación, transformando instantáneamente una antena. Vigilancia en seguimiento de antena. El “grosor” de la antena se controla (a intervalos de media longitud de onda) con mayor frecuencia mediante dispositivos llamados “desplazadores de fase electrónicos” (o “retrasos electrónicos”) controlados por una computadora digital, que por lo tanto modifica la dirección del examen y la forma del haz así irradiado según sea necesario.

Más recientemente, se ha comenzado a introducir en el espesor de la antena con cada desfasador elementos transmisores y un receptor elemental que distribuye la función de transmisión por toda la antena. Esto también hace posible tener, a lo largo de la antena, muchas señales recibidas (una cada media longitud de onda), y luego combinarlas entre sí de varias formas para obtener nuevos rendimientos (en particular en términos de protección contra interferencias).

Una antena de este tipo se denomina antena de “exploración electrónica activa”. Tiene muchas ventajas, la más importante de las cuales es que no hay pérdida de energía entre los transmisores y el espacio y que el gran número de transmisores / receptores (varios cientos o miles) introduce una gran redundancia y, por lo tanto, una fiabilidad ejemplar.