Introducción al RADAR Iván López Espejo

Sumario Introducción Forma simple de la ecuación del RADAR Diagrama de bloques y operación del RADAR Frecuencias de RADAR Historia Aplicaciones Bibliografía

Introducción ¿Qué es el RADAR? Motivación

Introducción Determinación de la distancia (Round-Trip Time) Determinación de la posición angular (antena de haces estrechos) Determinación del movimiento relativo (efecto Doppler)

Introducción RADAR: Radio Detection And Ranging Detección de aeronaves enemigas Dirección de lanzamiento de armas antiaéreas

Introducción Tren de pulsos rectangulares Medida de la distancia o rango (R): Cada milisegundo de ida y vuelta en el vacío  rango de 150 metros

Introducción Tiempo de espera hasta enviar el siguiente pulso Ambigüedad por ecos de segunda vez Máximo rango sin ambigüedad

Forma simple de la ecuación del RADAR Ecuación simple del RADAR: relación del rango con las características del dispositivo. Básico para su comprensión y diseño Densidad de potencia a una distancia R con antena isotrópica

Forma simple de la ecuación del RADAR Empleo de antenas directivas con ganancia G Si R es el rango, la densidad de potencia radiada por la antena sobre el objeto es RCS (Sección cruzada de RADAR) Densidad de potencia rerradiada sobre la antena del RADAR

Forma simple de la ecuación del RADAR Potencia recibida por el RADAR Rango máximo en función de la mínima potencia detectable Ecuación del RADAR: caso optimista

Forma simple de la ecuación del RADAR

Diagrama de bloques y operación del RADAR Transmisor  magnetrón RADAR para detección de aeronaves  Pot. pico de 1MW, pot. media de varios kW, ancho de pulso de varios microseg. y frecuencia de repetición de cientos de pulsos por seg.

Diagrama de bloques y operación del RADAR Receptor superheterodino RADARs militares operan en entornos ruidosos  sin amp. de RF de bajo ruido Amp. de bajo ruido  más sensible Mezclador  alto R.D. y + inmunidad a interf.

Diagrama de bloques y operación del RADAR RADAR para vigilancia aérea  IF de 30 ó 60MHz y B de 1MHz Amp. IF  Filtro adaptativo Maximizar el ratio pico de señal a potencia media de ruido a la salida (Bτ~1)

Diagrama de bloques y operación del RADAR Mostrar el resultado en un tubo de rayos catódicos (CRT) PPI  mapeo en polares (modulación de la intensidad de un haz de electrones)

Diagrama de bloques y operación del RADAR Diagrama de bloques básico Multitud de elementos Ejemplo: sensores de seguimiento con bloqueo de la antena

Diagrama de bloques y operación del RADAR ADT (Automatic Detection and Tracking) Cuantización de la cobertura del RADAR en celdas Integración de los pulsos de eco Umbral energético para discernir entre eco y ruido de fondo Establecimiento de trayectorias de objetos Mostrar información procesada al operador

Diagrama de bloques y operación del RADAR Antenas parabólicas Phased arrays

Frecuencias de RADAR Tradicionalmente desde los 220MHz a los 35GHz

Frecuencias de RADAR Uso de letras de origen militar

Historia Ecuaciones de Maxwell (1864) Demostradas experimentalmente por Hertz en 1886 El ingeniero alemán Christian Hülsmeyer fue el primero en sugerir el aprovechamiento del eco de este tipo de señales para evitar choques durante la navegación marítima Marconi desarrolló algo similar en 1922

Historia Primer experimento de detección de distancia en 1924 a cargo del físico británico Edward Victor Appleton  altura de la ionosfera Gregory Breit y Merle Antony Tuve llegaron a los mismos resultados utilizando la técnica de radioimpulsos que posteriormente se incorporaría al RADAR en los años 30

Historia Primer sistema de RADAR por el físico británico Robert Watson-Watt en 1935

Historia 1939  ya se disponía de una cadena de estaciones de RADAR en las costas británicas del sureste Ese mismo año el físico Henry Boot y el biofísico John T. Randall inventaron el magnetrón de cavidad resonante LIDAR (Light Detection And Ranging)

Historia El RADAR evitó que la Luftwaffe (las fuerzas aéreas de la Wehrmacht de Hitler) se adueñase del espacio aéreo inglés durante 1940

Aplicaciones Control del tráfico aéreo Tanto en ruta como en aeropuertos RADARs de alta resolución para aeronaves y vehículos de tierra Fue empleado como sistema de aproximación a tierra Sistema de aterrizaje de microondas basado en la tecnología RADAR

Aplicaciones Navegación aérea Prevención meteorológica Altímetro basado en tecnología radio Navegador Doppler RADARs de caracterización de relieve empleados para la navegación aérea

Aplicaciones Navegación marítima Evitar potenciales colisiones con otros barcos Detección de boyas

Aplicaciones Espacio Reuniones o encuentros espaciales Acoplamientos Alunizaje RADARs de tierra para detección y seguimiento de satélites en el espacio Aplicaciones de remote sensing

Aplicaciones Remote sensing Detección remota de recursos terrestres  mapeo de las condiciones marítimas, recursos de agua, agricultura, condiciones forestales, formaciones geológicas, contaminación ambiental… Plataformas de estos RADARs  satélites y aeronaves

Aplicaciones Fuerzas de la ley Detección de velocidad de vehículos Detección de intrusos

Aplicaciones Uso militar Vigilancia Navegación Control y guiado de armas

Bibliografía M. I. Skolnik, Introduction to RADAR Systems. McGraw-Hill, 1981