Radar primario

Un radar primario o radar en espera ( Primary Surveillance Radar en inglés) es un vector de radar sensor que ilumina una porción del espacio amplio con una onda electromagnética y recibe las ondas reflejadas de los objetivos dentro de este espacio. Por tanto, el término designa un sistema de radar utilizado para detectar y localizar objetivos potencialmente no cooperativos. Es específico del campo del control del tráfico aéreo donde se opone al radar secundario que recibe información adicional del transpondedor del objetivo.

Este tipo de radar utiliza una antena con baja resolución vertical pero buena resolución horizontal. Se desplaza rápidamente 360 grados alrededor del sitio en un solo ángulo de elevación . Por lo tanto, puede dar la distancia y la velocidad radial del objetivo con buena precisión, pero requiere uno o más radares adicionales para obtener la posición vertical y la velocidad real.

Las ventajas del radar primario son, por lo tanto, que no es necesario ningún equipo a bordo de la aeronave para la detección de objetivos y puede usarse para monitorear los movimientos de vehículos en tierra. Sus desventajas son que los objetivos y su altitud no se pueden identificar directamente. Además, requiere unas emisiones potentes que limitan su alcance.

Principio

Su funcionamiento se basa en el principio de ecolocalización . Los pulsos electromagnéticos de alta potencia emitidos por la antena del radar se convierten en un frente de onda estrecho que se propaga a la velocidad de la luz (300.000 km / s). Esto es reflejado por los aviones y luego recogido nuevamente por la antena giratoria sobre su propio eje. Un radar primario detecta todas las aeronaves sin selección, independientemente de si tienen o no un transpondedor . El operador escucha los ecos resultantes de la reflexión. Por eso realizamos emisiones / escucha continuas, lo que permite cubrir el espacio a más de 360 °.

Las funciones del radar primario, por tanto, dan como resultado detecciones y mediciones utilizando medios radioeléctricos , siendo la detección la decisión de la presencia de un objetivo mediante el reconocimiento de la señal útil.

Medimos con un radar primario:

la distancia D establecida durante el tiempo de propagación de la onda en su trayectoria de ida / vuelta;
un ángulo θ calculado sobre la posición de una antena direccional en acimut ;
una velocidad radial por efecto Doppler-Fizeau .

Dicho radar ubica un objeto volador en un cuarto de círculo en el plano vertical, pero puede que no sepa exactamente la altitud de una aeronave si solo usa un haz plano, muy delgado lateralmente muy ancho verticalmente. Esta información se obtiene luego mediante la triangulación de varios radares.

Energía devuelta

El establecimiento de la ecuación del radar consiste en tomar el balance de potencia en la ruta de salida / retorno de la señal transmitida. La respuesta de un objetivo está relacionada con su área equivalente ( ) definida en esta ecuación y es una composición de áreas elementales. Estando el objetivo en movimiento, esta superficie equivalente evoluciona en cada momento y da una retroalimentación que varía. Una superficie elemental produce una señal elemental recibida al nivel del radar. $\ sigma$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle s_ {k}}$ ${\ Displaystyle \ scriptstyle e_ {k}}$

${\ Displaystyle {\ vec {e_ {k}}} = a_ {k} \ cos (2 \ pi f_ {0} t + \ Phi _ {k})}$

La señal total será de la forma: ${\ Displaystyle S = \ sum {\ vec {e_ {k}}}}$

Si bien los diferentes no son cero, la suma de puede ser cero debido a las diferencias de fase de cada término. El único parámetro accesible en la estación de radar es la frecuencia. Entonces, para mejorar la detección, se usa un radar con dos transmisores configurados en diferentes frecuencias. $a_ {k}$ $e_k$ ${\ Displaystyle \ Phi _ {k}}$

Medida de distancia

La forma de medir la distancia a un objeto es emitir un pulso corto de señal de radio y medir el tiempo que tarda la onda en regresar después de reflejarse. La distancia (R) es la mitad del tiempo de retorno de la onda (porque la señal debe ir al objetivo y luego regresar) multiplicado por la velocidad de la señal (que está cerca de la velocidad de la luz en el vacío si el medio cruzado es la atmósfera).

{\ Displaystyle R = {{cdT} \ over {2}}}

donde c es la velocidad de la luz en los medios y el tiempo de ida y vuelta

{\ displaystyle dT}

Para = 1 microsegundos , obtenemos R = 150 metros ${\ displaystyle dT}$

Para R = 1 milla náutica , obtenemos = 12,35 microsegundos ${\ displaystyle dT}$

Dado que la antena está transmitiendo y recibiendo, no puede detectar la onda reflejada mientras se transmite la señal; no se puede saber si la señal medida es la original o la de retorno. Esto implica que un radar tiene un alcance mínimo, que es la mitad de la duración del pulso ( ) multiplicado por la velocidad de la luz. Para detectar objetivos más cercanos, se debe utilizar una duración de pulso más corta. Un efecto similar impone un rango máximo. Si la retroalimentación llega cuando se emite el siguiente pulso, nuevamente el receptor no puede notar la diferencia. Por tanto, el rango máximo se calcula mediante: $\ tau$

{\ Displaystyle R_ {max} = {\ frac {cT_ {r}} {2}}}

donde es el tiempo entre dos pulsos.

T_ {r}

Medida de altitud

Un radar primario que utiliza un haz plano necesita determinar la altitud de una segunda antena transmisora que escaneará en el plano vertical para obtener información del sitio (de ahí su nombre de " radar del sitio "). De esta manera, el operador puede determinar una altitud y, por lo tanto, posiciones precisas.

Sin embargo, existen radares de vigilancia que producen un haz en forma de cosecante cuadrada utilizando varios transmisores y que permiten encontrar directamente la posición vertical. Del mismo modo, una antena que utilice un haz de lápiz y recorra varios ángulos también obtendrá la altitud de los objetivos.

Medida de acimut

El ángulo entre la dirección norte y la del objetivo (acimut) está determinado por la directividad de la antena. La directividad es la capacidad de la antena para concentrar la energía radiada en una dirección particular. Midiendo la dirección en la que apunta la antena en el instante en que recibe un eco. La precisión de la medición de estos ángulos depende de la directividad de la antena. Para una frecuencia de transmisión dada (o una longitud de onda definida), la directividad de una antena es función de sus propias dimensiones. Es proporcional a esta longitud de onda pero inversamente proporcional al diámetro de la antena.

Medida de velocidad

Podemos notar la variación de frecuencia de la onda transmitida en comparación con la recibida cuando se transmite continuamente a una frecuencia fija. Este es el uso del efecto Doppler-Fizeau . Sin embargo, como la frecuencia de transmisión no varía, la posición del objetivo no se puede definir de esta manera. Además, solo tenemos la componente radial del radar de velocidad. Por ejemplo, un objetivo que se mueve perpendicularmente al haz del radar no provocará un cambio en la frecuencia, mientras que el mismo objetivo que se mueva hacia el radar a la misma velocidad provocará un cambio máximo.

También se puede utilizar una variante del efecto Doppler con un radar de pulsos. En este caso, se anota la diferencia de fase entre los sucesivos pulsos que regresan del objetivo. Este método permite determinar la velocidad radial Y la posición del objetivo.

Resolución

La resolución de un radar es su capacidad para distinguir dos objetivos muy cercanos entre sí, en azimut o en distancia. Los radares de control de armas, que requieren una gran precisión, deben poder distinguir objetivos separados por unos pocos metros. Los radares de vigilancia, generalmente menos precisos, solo pueden distinguir entre objetivos espaciados unos cientos o incluso miles de metros.

La resolución de alcance es la capacidad de un sistema de radar para distinguir dos o más objetivos ubicados en la misma dirección pero a diferentes distancias. La calidad de la resolución depende del ancho del pulso transmitido, el tipo y tamaño de los objetivos y la eficiencia del receptor y la pantalla. En general, la resolución de la distancia será igual a medio ancho de pulso. De hecho, es la distancia que recorre la parte delantera del impulso hacia el radar después de haber alcanzado un objetivo antes de unirse a la parte trasera del impulso. Si en este punto la parte posterior de la onda golpea otro objetivo, es imposible distinguir los dos retornos al sitio del radar.

La resolución angular es la desviación angular mínima que permite al radar distinguir dos objetivos idénticos a la misma distancia. La resolución angular de un radar está determinada por el ancho de su lóbulo principal, que es el ángulo a cada lado de su centro donde la intensidad del haz cae en -3 dB (media potencia). Solo se pueden distinguir dos objetivos idénticos a la misma distancia si están separados por más de este ángulo.

Interferencia reducida

El procesamiento de la señal es necesario para eliminar la interferencia (debida a fuentes de radio distintas del radar) y el desorden. Se utilizan las siguientes técnicas:

Eliminación siguiendo solo ecos en movimiento ( Visualización de objetivos en movimiento ).
Filtrado de ecos usando su velocidad Doppler: Los ecos espurios y las interferencias generalmente tienen velocidades cero.
Correlación con radares de vigilancia secundarios : es un dispositivo que envía una señal desde el objetivo cuando recibe un rayo de radar. Esta señal identifica el objetivo y, según corresponda, su altitud y velocidad.
Proceso adaptativo espacio-temporal: mediante el uso de una antena de matriz en fase pulsada y las velocidades Doppler obtenidas de ella, podemos analizar el patrón de frecuencia promedio y sacar el pico que indica el objetivo.
Tasa constante de falsas alarmas : implica determinar el nivel de ruido medio continuo en cada punto de la pantalla del radar y mantener solo los ecos con un retorno mayor que este.
Máscara digital del terreno que elimina los ecos que vendrían de debajo del nivel del suelo.

Notas y referencias

Christian Wolff y Pierre Vaillant, “ Antena de haz plano ” , en Radartutorial.eu (consultado el 24 de diciembre de 2015 ) .
Christian Wolff y Pierre Vaillant, “ Antenne à beam en cosécant carrée ” , en Radartutorial.eu (consultado el 24 de diciembre de 2015 ) .
Christian Wolff y Pierre Vaillant, " Antennas à beam-crayon " , en Radartutorial.eu (consultado el 24 de diciembre de 2015 ) .

Ver también

enlaces externos

(es) Principio de funcionamiento del radar por Christian Wolff