Podemos observar diferentes objetos alrededor del mundo. De manera similar, la detección y el alcance de radio similar a un radar se utilizan para ayudar a los pilotos mientras vuelan a través de la niebla porque el piloto no puede notar dónde están viajando. El radar utilizado en los aviones es similar a una linterna que funciona con ondas de radio en lugar de luz. El avión transmite una señal de radar parpadeante y escucha cualquier indicación de esa señal de los objetos cercanos. Una vez que se notan las indicaciones, el avión identifica que algo está cerca y usa el tiempo que tardan las indicaciones en llegar para descubrir qué tan lejos está. Este artículo analiza una descripción general de Radar y su funcionamiento.

¿Quién inventó el radar?

Al igual que en varios inventos, el sistema de radar no es fácil de dar crédito a un individuo porque fue el resultado de trabajos anteriores sobre las propiedades de electromagnético Radiación para la accesibilidad de numerosos dispositivos electrónicos. La cuestión de mayor preocupación se complica más por el disfraz de la privacidad militar bajo el cual se examinaron las técnicas de localización por radio en diferentes países en los primeros días de la Segunda Guerra Mundial.

Este escritor de revisión finalmente concluyó que cuando el sistema de radar es un caso claro de creación directa, la nota de Robert Watson-Watt sobre Detección y ubicación de aeronaves por métodos de radio se publicó inmediatamente hace 50 años. Así que fue la publicación solitaria más significativa en este campo. Los logros británicos en la lucha de Gran Bretaña asignaron mucho a la expansión de un sistema de radar que incluía crecimiento técnico con viabilidad operativa.

¿Qué es un sistema de radar?

RADAR significa Detección de radio y sistema de rango. Básicamente es un sistema electromagnético que se utiliza para detectar la ubicación y la distancia de un objeto desde el punto donde se coloca el RADAR. Funciona irradiando energía al espacio y monitoreando el eco o la señal reflejada de los objetos. Opera en el rango de UHF y microondas.

Un radar es un sensor electromagnético que se utiliza para detectar, rastrear, localizar e identificar diferentes objetos que se encuentran a determinadas distancias. El funcionamiento del radar es que transmite energía electromagnética en la dirección de los objetivos para observar los ecos y los retornos de ellos. Aquí los objetivos no son más que barcos, aviones, cuerpos astronómicos, vehículos automotores, naves espaciales, lluvia, pájaros, insectos, etc. En lugar de notar la ubicación y velocidad del objetivo, a veces también obtiene su forma y tamaño.

El objetivo principal del radar en comparación con los dispositivos de detección óptica e infrarroja es descubrir objetivos lejanos en condiciones climáticas difíciles y determinar su distancia, alcance y precisión. El radar tiene su propio transmisor, conocido como fuente de iluminación para colocar objetivos. Generalmente, trabaja en el área de microondas del espectro electromagnético que se calcula en hercios cuando las frecuencias se extienden de 400 MHz a 40 GHz. Los componentes esenciales que se utilizan en el radar.

El radar experimenta un rápido desarrollo durante los años 1930 y los 40 para alcanzar los requisitos de los militares. Todavía se usa ampliamente a través de las fuerzas armadas, dondequiera que se hayan creado varios avances tecnológicos. Simultáneamente, el radar también se utiliza en aplicaciones civiles, particularmente en el control del tráfico aéreo, observación del clima, navegación de barcos, medio ambiente, detección desde áreas remotas, observación de planetas, medición de velocidad en aplicaciones industriales, vigilancia espacial, aplicación de la ley, etc.

Principio de funcionamiento

los principio de funcionamiento del radar es muy simple porque transmite energía electromagnética y examina la energía devuelta al objetivo. Si las señales devueltas se reciben nuevamente en la posición de su fuente, entonces hay un obstáculo en el camino de transmisión. Este es el principio de funcionamiento del radar.

Fundamentos del radar

El sistema RADAR generalmente consiste en un transmisor que produce una señal electromagnética que es irradiada al espacio por una antena. Cuando esta señal golpea un objeto, se refleja o se vuelve a irradiar en muchas direcciones. Esta señal reflejada o de eco es recibida por la antena del radar que la entrega al receptor, donde es procesada para determinar las estadísticas geográficas del objeto.

El rango se determina calculando el tiempo que tarda la señal en viajar desde el RADAR al objetivo y viceversa. La ubicación del objetivo se mide en ángulo, desde la dirección de la señal de eco de máxima amplitud hacia la que apunta la antena. Para medir el alcance y la ubicación de los objetos en movimiento, se utiliza el efecto Doppler.

Las partes esenciales de este sistema incluyen lo siguiente.

Un transmisor: Puede ser un amplificador de potencia como un Klystron, un tubo de ondas viajeras o un oscilador de potencia como un magnetrón. La señal se genera primero usando un generador de forma de onda y luego se amplifica en el amplificador de potencia.
Guías de ondas: Las guías de ondas son líneas de transmisión para la transmisión de las señales RADAR.
Antena: La antena utilizada puede ser un reflector parabólico, matrices planas o matrices en fase dirigidas electrónicamente.
Duplexor: Un duplexor permite que la antena se utilice como transmisor o receptor. Puede ser un dispositivo gaseoso que produciría un cortocircuito en la entrada del receptor cuando el transmisor está funcionando.
Receptor: Puede ser un receptor superheterodino o cualquier otro receptor que consista en un procesador para procesar la señal y detectarla.
Decisión de umbral: La salida del receptor se compara con un umbral para detectar la presencia de cualquier objeto. Si la salida está por debajo de cualquier umbral, se asume la presencia de ruido.

¿Cómo utiliza el radar la radio?

Una vez que el radar se coloca en un barco o avión, se requiere un conjunto de componentes esenciales similares para producir señales de radio, transmitirlas al espacio y recibirlas por algo, y finalmente mostrar la información para comprenderla. Un magnetrón es un tipo de dispositivo que se utiliza para generar señales de radio que se utilizan a través de la radio. Estas señales son similares a las señales de luz porque viajan a la misma velocidad, pero sus señales son mucho más largas con menos frecuencias.

La longitud de onda de las señales de luz es de 500 nanómetros, mientras que las señales de radio que utiliza el radar normalmente oscilan entre centímetros y metros. En un espectro electromagnético, tanto las señales como la radio como la luz están hechas con diseños variables de energía eléctrica y magnética en todo el aire. El magnetrón del radar genera microondas de la misma forma que un horno de microondas. La principal disparidad es que el magnetrón dentro del radar tiene que transmitir las señales a varios kilómetros, en lugar de solo a pequeñas distancias, por lo que es más potente y mucho más grande.

Siempre que se han transmitido las señales de radio, una antena funciona como transmisor para transmitirlas al aire. Generalmente, la forma de la antena está doblada, por lo que enfoca principalmente las señales en una señal exacta y estrecha; sin embargo, las antenas de radar también giran normalmente para que puedan notar acciones en un área enorme.

Las señales de radio viajan al exterior desde la antena a una velocidad de 300.000 km por segundo hasta que chocan con algo y algunas de ellas regresan a la antena. En un sistema de radar, hay un dispositivo esencial a saber, un duplexor. Este dispositivo se utiliza para hacer que la antena cambie de lado a lado entre un transmisor y un receptor.

Tipos de radar

Hay diferentes tipos de radares que incluyen los siguientes.

Radar biestático

Este tipo de sistema de radar incluye un transmisor Tx y un receptor Rx que se divide en una distancia que es equivalente a la distancia del objeto estimado. El transmisor y el receptor están situados en una posición similar que se denomina radar monástico, mientras que el hardware militar de superficie a aire y aire a aire de muy largo alcance utiliza el radar biestático.

Radar Doppler

Es un tipo especial de radar que usa el efecto Doppler para generar datos de velocidad con respecto a un objetivo a una distancia particular. Esto se puede obtener transmitiendo señales electromagnéticas en la dirección de un objeto para que analice cómo la acción del objeto ha afectado la frecuencia de la señal devuelta.

Este cambio dará medidas muy precisas para el componente radial de la velocidad de un objeto en relación con el radar. Las aplicaciones de estos radares involucran diferentes industrias como meteorología, aviación, salud, etc.

Radar monopulso

Este tipo de sistema de radar compara la señal obtenida usando un pulso de radar particular junto a él contrastando la señal como se observa en numerosas direcciones, de lo contrario polarizaciones. El tipo más frecuente de radar monopulso es el radar de barrido cónico. Este tipo de radar evalúa el retorno de dos formas de medir la posición del objeto directamente. Es importante señalar que los radares que se desarrollaron en el año 1960 son radares monopulso.

Radar pasivo

Este tipo de radar está diseñado principalmente para detectar y seguir a los objetivos a través del procesamiento de las indicaciones de la iluminación del entorno. Estas fuentes comprenden señales de comunicación y emisiones comerciales. La categorización de este radar se puede hacer en la misma categoría de radar biestático.

Radar de instrumentación

Estos radares están diseñados para probar aviones, misiles, cohetes, etc. Proporcionan información diferente, incluido el espacio, la posición y el tiempo, tanto en el análisis de posprocesamiento como en tiempo real.

Radares meteorológicos

Estos se utilizan para detectar la dirección y el clima mediante el uso de señales de radio mediante polarización circular u horizontal. La elección de la frecuencia del radar meteorológico depende principalmente de un compromiso de rendimiento entre la atenuación y el reflejo de la precipitación como resultado del vapor de agua atmosférico. Algunos tipos de radares están diseñados principalmente para emplear cambios Doppler para calcular la velocidad del viento, así como polarización dual para reconocer los tipos de lluvia.

Radar cartográfico

Estos radares se utilizan principalmente para examinar una gran área geográfica para aplicaciones de teledetección y geografía. Como resultado del radar de apertura sintética, estos están restringidos a objetivos bastante estacionarios. Hay algunos sistemas de radar particulares que se utilizan para detectar humanos tras las paredes que son más diferentes en comparación con los que se encuentran dentro de los materiales de construcción.

Radares de navegación

Generalmente, estos son los mismos para los radares de búsqueda, pero están disponibles con longitudes de onda pequeñas que son capaces de replicarse desde el suelo y desde las piedras. Estos se utilizan comúnmente en barcos comerciales y aviones de larga distancia. Existen diferentes radares de navegación, como los radares marinos, que se colocan comúnmente en los barcos para evitar una colisión y con fines de navegación.

RADAR pulsado

El RADAR pulsado envía pulsos de alta potencia y alta frecuencia hacia el objeto objetivo. Luego espera la señal de eco del objeto antes de que se envíe otro pulso. El rango y la resolución del RADAR dependen de la frecuencia de repetición del pulso. Utiliza el método de desplazamiento Doppler.

El principio de RADAR que detecta objetos en movimiento mediante el desplazamiento Doppler se basa en el hecho de que las señales de eco de objetos estacionarios están en la misma fase y, por lo tanto, se cancelan mientras que las señales de eco de objetos en movimiento tendrán algunos cambios de fase. Estos radares se clasifican en dos tipos.

Pulso-Doppler

Transmite alta frecuencia de repetición de pulsos para evitar ambigüedades Doppler. La señal transmitida y la señal de eco recibida se mezclan en un detector para obtener el desplazamiento Doppler y la señal de diferencia se filtra utilizando un filtro Doppler donde se rechazan las señales de ruido no deseadas.

Diagrama de bloques del RADAR Doppler pulsado

Indicador de objetivo en movimiento

Transmite una frecuencia de repetición de pulso baja para evitar ambigüedades de rango. En un sistema MTI RADAR, las señales de eco recibidas del objeto se dirigen hacia el mezclador, donde se mezclan con la señal de un oscilador local estable (STALO) para producir la señal de FI.

Esta señal de FI se amplifica y luego se envía al detector de fase donde su fase se compara con la fase de la señal del oscilador coherente (COHO) y se produce la señal de diferencia. La señal coherente tiene la misma fase que la señal del transmisor. La señal coherente y la señal STALO se mezclan y se envían al amplificador de potencia que se enciende y apaga mediante el modulador de pulsos.

Radar MTI

Ola continua

El RADAR de onda continua no mide el rango del objetivo sino más bien la tasa de cambio del rango midiendo el desplazamiento Doppler de la señal de retorno. En un RADAR CW se emite radiación electromagnética en lugar de pulsos. Se utiliza básicamente para medición de velocidad .

La señal de RF y la señal de FI se mezclan en la etapa del mezclador para generar la frecuencia del oscilador local. A continuación, la señal de RF se transmite y la señal recibida por la antena RADAR consiste en la frecuencia de RF más la frecuencia de desplazamiento Doppler. La señal recibida se mezcla con la frecuencia del oscilador local en la segunda etapa de mezcla para generar la señal de frecuencia de FI.

Esta señal se amplifica y se entrega a la tercera etapa de mezcla donde se mezcla con la señal de FI para obtener la señal con frecuencia Doppler. Esta frecuencia Doppler o desplazamiento Doppler da la tasa de cambio de rango del objetivo y, por lo tanto, se mide la velocidad del objetivo.

Diagrama de bloques que muestra el RADAR CW

Ecuación de rango de radar

Hay diferentes tipos de versiones disponibles para las ecuaciones de alcance del radar. Aquí, la siguiente ecuación es uno de los tipos fundamentales para un único sistema de antena. Cuando se supone que el objeto está en el medio de la señal de la antena, entonces el rango de detección de radar más alto se puede escribir como

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

'Pt' = Potencia de transmisión

'Pmin' = señal mínima detectable

‘Λ’ = Transmitir longitud de onda

“como hacer un mini motor ”

‘Σ’ = Sección transversal del radar objetivo

'Fo' = Frecuencia en Hz

'G' = ganancia de una antena

'C' = velocidad de la luz

En la ecuación anterior, las variables son estables y dependen del radar además del objetivo como RCS. El orden de la potencia de transmisión será de 1 mW (0 dBm) y la ganancia de la antena será de aproximadamente 100 (20 dB) para un ERP (potencia radiada eficiente) de 20 dBm (100 mW). El orden de las señales menos perceptibles son los picowatts y el RCS de un vehículo puede ser de 100 metros cuadrados.

Entonces, la exactitud de la ecuación del rango del radar serán los datos de entrada. Pmin (señal mínima perceptible) depende principalmente del ancho de banda del receptor (B), F (factor de ruido), T (temperatura) y la relación S / N necesaria (relación señal-ruido).

Un receptor con un ancho de banda estrecho responderá mejor en comparación con un receptor de ancho de banda ancha. La cifra de ruido puede definirse como un cálculo de cuánto ruido puede contribuir el receptor a una señal. Cuando la figura de ruido es menor, el ruido será menor que el dispositivo dona. Cuando la temperatura aumenta, afectará la sensibilidad del receptor a través del aumento del ruido de entrada.

Pmin = k T B F (S / N) min

De la ecuación anterior,

'Pmin' es la señal menos detectable

'K' es la constante de Boltzmann como 1,38 x 10-23 (Watt * seg / ° Kelvin)

'T' es una temperatura (° Kelvin)

'B' es el ancho de banda de un receptor (Hz)

'F' es la figura de ruido (dB), factor de ruido (relación)

(S / N) min = Relación mínima S / N

La potencia de ruido térmico i / p que está disponible puede ser proporcional a los kTB donde 'k' es la constante de Boltzmann, 'T' es la temperatura y 'B' es el ancho de banda del ruido del receptor en hercios.

T = 62,33 ° F o 290 ° K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

La ecuación de rango de radar anterior se puede escribir para la potencia recibida como un rango de función para una potencia de transmisión proporcionada, ganancia de antena, RCS y longitud de onda.

Prec = Pt λ2G2σ / (4π) 3R4max = Pt C2G2σ / (4π) 3R4fo2

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

De la ecuación anterior,

'Prec' es la potencia recibida

'Pt' es la potencia de transmisión

'Fo' es la frecuencia de transmisión

'Λ' es la longitud de onda de transmisión

'G' es la ganancia de una antena

'Σ' es la sección transversal del radar

'R' es el rango

'C' es la velocidad de la luz

Aplicaciones

los aplicaciones de radar Incluya lo siguiente.

Aplicaciones militares

Tiene 3 aplicaciones principales en el ejército:

En defensa aérea, se utiliza para la detección de objetivos, el reconocimiento de objetivos y el control de armas (dirigiendo el arma hacia los objetivos seguidos).
En un sistema de misiles para guiar el arma.
Identificar ubicaciones enemigas en el mapa.

Control de tráfico aéreo

Tiene 3 aplicaciones principales en el control del tráfico aéreo:

Controlar el tráfico aéreo cerca de los aeropuertos. El RADAR de vigilancia aérea se utiliza para detectar y mostrar la posición de la aeronave en las terminales del aeropuerto.
Para guiar a la aeronave a aterrizar con mal tiempo usando Precision Approach RADAR.
Para escanear la superficie del aeropuerto en busca de posiciones de aeronaves y vehículos terrestres

Sensores remotos

Se puede utilizar para observar u observar posiciones planetarias y monitorear el hielo marino para garantizar una ruta fluida para los barcos.

“Diagrama de cableado del regulador de voltaje de 4 cables ”

Control de tráfico terrestre

También puede ser utilizado por la policía de tránsito para determinar la velocidad del vehículo, controlando el movimiento de los vehículos dando advertencias sobre la presencia de otros vehículos o cualquier otro obstáculo detrás de ellos.

Espacio

Tiene 3 aplicaciones principales