Introducción al RADAR

1. Iván López Espejo Introducción al RADAR

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

3. Introducción • ¿Qué es el RADAR? • Motivación

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

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

6. 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

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

8. 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

9. 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

10. 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

11. Forma simple de la ecuación del RADAR

12. 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.

13. 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.

14. 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)

15. 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)

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

17. 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

18. Diagrama de bloques y operación del RADAR • Antenas parabólicas • Phased arrays

19. Frecuencias de RADAR • Tradicionalmente desde los 220MHz a los 35GHz

20. Frecuencias de RADAR • Uso de letras de origen militar

21. 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

22. 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

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

24. 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)

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

26. 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

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

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

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

30. 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

31. Aplicaciones • Fuerzas de la ley • Detección de velocidad de vehículos • Detección de intrusos

32. Aplicaciones • Uso militar • Vigilancia • Navegación • Control y guiado de armas

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