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Todo lo que debes saber sobre el radar

Por: Mou D. Khamlichi
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El radar ha sido de mucha utilidad a lo largo de la historia. Estos sirven para guiar todo tipo de vehículos terrestres, marítimos y aéreos. Aunque son necesarios en varios aspectos de nuestra vida, no es muy conocido el uso que tienen y su importancia.

Por ello, este artículo está dedicado a facilitar toda la información pertinente de este importante sistema de control. De esta manera, estarás al tanto de las diferentes funcionalidades que tiene un radar y apreciarás mucho más su uso.

¿Qué es un radar?

El radar es un sistema que sirve para iluminar la superficie y medir la señal reflejada. Puede ser utilizado como un sistema de control para guiar el tráfico marítimo, aéreo y terrestre. El nombre radar significa detección de radio y rango. Son capaces incluso de detectar ruidos u objetos concretos.

Este sistema usa ondas electromagnéticas cuyo reflejo permite medir la distancia, altitud, dirección y velocidad de cualquier objeto estático. Por ejemplo, los barcos suelen llevar algún tipo de radar a bordo que les permite medir la distancia y el ángulo. De esta manera conocerán la posición en la que se encuentren.

Mediante el sistema activo que posee el radar se logran obtener incluso imágenes ya sea en el día o en la noche sin que la luz solar interfiera. La señal de estos aparatos logra penetrar de forma fácil entre las nubes para tomar buenas imágenes aunque haya mal clima.

Funciones de un radar

Los radares funcionan como un medio capaz de enviar ondas de radio a través de un transmisor. También, se pueden utilizar para captar objetos sobre la superficie, midiendo la señal reflejada. Incluso sirven para medir el clima, facilitar el control aéreo y para muchos usos militares.

Cabe destacar que el radar que se encuentra en el aire es más preciso que el que está en tierra. Esto se debe a que las ondas no tienen ningún tipo de interferencia. Son utilizados en diferentes lugares, como aeropuertos para ubicar de forma rápida los aviones. Incluso algunos radares más pequeños son usados por policías para medir la velocidad de los vehículos.

En pocas palabras un radar cumple tres funciones dependiendo de la utilidad que se le dé:

  • Ubicar un objeto
  • Detectar su distancia
  • Detectar la velocidad

Las detecciones las hacen a través de dos efectos que son el eco y efecto Doppler. Este último es la alteración de la medida de frecuencia de las ondas debido al movimiento del emisor respecto al receptor.

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¿Por qué son importantes los radares?

Un radar es importante ya que los datos que emiten ayudan a mantener monitoreado nuestro entorno. Además, permiten visualizar las condiciones meteorológicas; entre ellas, los mares. Por ejemplo, los radares pueden detectar una marea negra antes de llegar a la costa, incluso saber la profundidad de las corrientes de agua.

La información que emiten los radares también sirve para visualizar las formaciones de hielo del océano Ártico y Antártico. De esta manera, se obtienen imágenes que ayudan a trazar rutas para esquivar estas capas de hielo y evitar que los barcos queden atrapados en ellos.

Otro dato de importancia sobre el radar es que pueden prevenir los efectos de inundaciones en la tierra. Así, se pueden implementar operaciones para ayudar a las personas que se encuentren en esas zonas. Y no solo esto, también detectan terremotos y volcanes en peligro de erupción.

En pocas palabras los radares son necesarios para mantener controlados los efectos de todas catástrofes naturales, ubicar objetos, detectar cualquier movimiento inusual y más. De allí que sean tan importantes en nuestro día a día para proteger el entorno.

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¿Quién inventó el radar?

Varios científicos contribuyeron a la invención del radar. A continuación hablaremos de cada uno de sus descubrimientos.

  • Heinrich Rudolf, 1886. Demostró cómo se movían las ondas electromagnéticas reflejadas en una superficie metálica.
  • Christian Huelsmeyer, 1904. Diseñó un sistema de anticolisión para buques mediante la utilización de ondas electromagnéticas.
  • Guglielmo Marconi. Creó las transmisiones inalámbricas y la radio. Por medio de este invento se llegaron a desarrollar las antenas.
  • Nikola Tesla, 1917. Estableció algunos principios para el desarrollo de un radar, entre ellos el nivel de potencia y la frecuencia. Una vez establecido el estudio de Tesla, para 1934 se comienzan los ensayos con ondas cortas. Así, se inició el uso de los radares con ondas decimétricas.

Después de la II Guerra Mundial en el siglo XX, algunos científicos e inventores contribuyeron a desarrollar el radar. En sus respectivos países se fueron implementando diferentes modelos de radares y así lograron el gran avance que actualmente existe sobre ellos.

El comienzo del radar

El radar tuvo su historia en diferentes países, cada uno con un método de uso diferente. Por ejemplo, en el año 1934, en Alemania se construyó un magnetrón que podía trabajar aproximadamente a 650 MHz. De allí, surgieron varios modelos de radares utilizados para la vigilancia aérea. Algunos de ellos trabajaban en unos 125 MHz, 375 MHz y 560 MHz.

En Reino Unido crearon el primer radar para el año 1935. Lo desarrolló un físico llamado Robert Watson. Fue denominado como Radio Direction Finding, y se diseñó para fines bélicos. Actualmente, es utilizado para diferentes usos civiles incluyendo el tráfico aéreo.

Para 1925 en Estados Unidos se llegó a investigar la reflexión de ondas en la ionósfera. Se realizaron los estudios necesarios sobre las salidas del pulso para calcular la distancia de rebote y se creó un radar de impulso. Este se implementó en aviones para el año 1934 y en 1936 su funcionalidad era totalmente confiable.

Estados Unidos implementó el primer duplexor en sus radares. Esto permitió una mejor emisión y recepción con 200 MHz. Esta tecnología le permitió destacar entre los otros radares en el mundo durante muchos años.

Principios de un radar

Cuando hablamos de principios nos referimos a los fundamentos o cimientos (bases) sobre los que se desarrolla algo. Por lo tanto, los principios de un radar son aquellos que sostienen toda su funcionabilidad y que cuando estos operan juntos emplean el propósito de esta invención.

Estos principios se asemejan mucho a las características que se ven en el reino animal con la ecolocalización, pero a nivel electrónico. Por ejemplo, las cualidades físicas del murciélago hacen posible que este pueda, a través de la emisión de sonidos, reconocer el entorno que está a su alrededor con el eco recibido.

De esta forma, las características electrónicas de un radar pueden hacer posible que éste, a través de la reflexión de ondas sonoras, ecuaciones, la polarización, (entre otros), ayude a calcular la posición de un objeto, medir su rango de distancia y ver la relación del espacio, velocidad y tiempo. Aquí los explicamos.

·        Reflexión

Cuando un murciélago emite un sonido este impacta en el obstáculo que se encuentra al frente. Luego, el sonido regresa en forma de onda al emisor como un eco. Así el murciélago (analizando el eco) sabe la forma y la distancia del objeto. Esto se llama reflexión ya que la onda fue reflejada en el espacio.

El principio de reflexión en los radares analiza el espacio entre el pulso de energía electromagnética que el radar emite hasta el objeto que lo recibe. Luego, el eco que regresa (entre estos dos puntos) se ve reflejado en el equipo del radar donde es analizado. Así la reflexión ayuda a determinar la posición y distancia del objeto.

·        Ecuación

Las ecuaciones son una herramienta vital que nos ayudará a comprender cómo opera un radar y la teoría básica de su diseño. La ecuación está relacionada con el rango, el transmisor, el receptor, la antena y el objeto.

En la ecuación está expresada la potencia transmitida por el radar (Pt), la densidad de la potencia radiada (en watts), la distancia del radar (R), que es igual a la superficie esférica del radio en el espacio y la ganancia de la antena (G). El sistema del radar automáticamente ejecuta las fórmulas para cumplir su función.

Por medio del uso de estas ecuaciones, se puede describir la porción de potencia que el objeto recibe y el retorno de vuelta al radar. Esto sucederá en función a la densidad de la potencia en sus dominios y su área efectiva. En la práctica los rangos del radar suelen ser menores que los predichos a nivel teórico.

·        Polarización

Las ondas que emite un radar tienen polarización electromagnética. Esta es una propiedad única de las ondas de luz, ondas de radio, gravitacionales y sonoras transversales en sólidos. Por otro lado, las ondas de un líquido o un gas no entran en la polarización ya que son ondas longitudinales (van a una sola dirección).

Existen diferentes materiales que pueden reflejarse en un radar debido a que su composición emite una mezcla de polarizaciones. Como es el caso del césped o arena, estos son captados algunas veces. Pero, el agua ni el gas pueden apreciarse, por ello no se ven en las imágenes trasmitidas en un radar.

En medio de la polarización las imágenes capturadas pueden identificarse por medio de colores para cada elemento. Sin embargo, para lograr la interpretación exacta de estos colores se requieren numerosos ensayos sobre los materiales. De esta forma, la polarización es la que hace visible algunas superficies.

Otros principios

Ya observamos los principios fundamentales del radar que son la base de su funcionamiento eléctrico. Sin embargo, existen otros principios que están presentes en medio de la recepción y emisión de una señal. Estos contribuyen a mejorar el control y la calidad de la transmisión. Entre ellos tenemos.

Centelleo

Es la variación que se plasma en la pantalla de los radares cuando ubican algún objetivo. Al detectar el objetivo, emite un destello que evidencia la posición en la que se encuentra.

Interferencias

Los radares están diseñados para aislar interferencias de bajo índice y centrarse en la señal que es relevante. Se les llama señales espurias que pueden provenir de una fuente interna o externa. Una vez el radar logra detectar estas señales, se activa la modalidad relación señal/ruido. Esta señal aísla los sonidos exteriores, fijándose solo en el de mayor densidad.

Ruido

En las telecomunicaciones los dispositivos generan un ruido que es medible. Este puede provocar variaciones en la señal recibida. Los radares también poseen este ruido y el mismo ocasiona variaciones aleatorias en los ecos. Por lo cual, si la potencia de la señal (eco) es débil será más difícil separarla del fondo del ruido.

Es muy importante reducir la fuente del ruido del emisor para lograr mayor claridad en la señal recibida. Incluso, el ruido puede ser ocasionado por fuentes externas, sobre todo si hay radiación alrededor del objeto que se desea detectar. Para ello los radares modernos contribuyen a la reducción de este ruido.

Clutter

Este término se refiere a cualquier sonido que reciba el radar de forma indeseada. Pueden causarse por el clima, animales o construcciones de edificios. Actualmente este tipo de interferencias son controladas y neutralizadas con software o algoritmos.

Jamming

Es una fuente de interferencia activa que se originan fuera del radar. Son un poco molestos ya que su ruido suele ser más alto que los sonidos de interés. Pueden ser usados de forma intencional y ser efectivos para lograr confundir al sistema del radar.

Para lograr disminuir los jamming hay que reducir el ángulo sólido del lóbulo. Este lóbulo es un elemento que permite optimizar el desarrollo de los radares. Otra manera de disminuir este tipo de interferencias es usando antenas omnidireccionales.

¿Cómo son las escenas fotográficas que emite un radar?

Aunque las imágenes que capta el radar sean parecidas a una fotografía, su lectura es totalmente diferente. Antes de tomar la fotografía, el radar emite una señal electromagnética con ondas de microonda. Estas ondas proporcionan información de las propiedades geométricas y dieléctricas de la superficie a estudiar.

A través de los radaresse obtienen fotografías de cualquier objeto. Estas imágenes se visualizan mayormente a blanco y negro. Para realizar una toma fotográfica a color se deben combinar al menos tres imágenes en diferentes fechas para lograr una fotografía compuesta.

¿Qué contienen los diseños de los radares?

Los radares cuentan de diversos bloques lógicos, a continuación te mostraremos cuáles son:

  1. Transmisor. Es un núcleo utilizado para generar señales de radio. Está formado por un oscilador y modulador.
  2. Receptor. Se encarga de recibir los ecos de la frecuencia del radar.
  3. Duplexor. Se utiliza para transmitir o recibir cualquier información pertinente para el radar.
  4. Hardware. Permite controlar y procesar las señales de los radares.
  5. Antena. Se utilizan para enviar y recibir señales a cualquier dirección. Pueden ser de una antena o más. Algunos diseños de antenas que existen son el reflector parabólico, la guíaonda ranurada y la phased arrays.

Clasificaciones generales de los radares

Los radares pueden clasificarse según los aspectos básicos para los cuales funcionarán. Entre ellos se encuentran los siguientes:

Cantidad de antenas

Existen 3 modelos de antenas que son las más comunes:

  • Monoestáticas. Son de una antena. Puede transmitir y recibir información mediante la misma antena.
  • Biestáticas. Es de dos antenas. Por una se transmite la información y por la otra se recibe, puede ser en diversos emplazamientos.
  • Multiestáticas. Tiene varias antenas. A través de este tipo de antena se pueden combinar todas las informaciones recibidas y garantizar un mejor flujo.

Según el blanco

Se puede aplicar en 2 tipos de radares:

  • Radares primarios. Funcionan de forma independiente del blanco, únicamente dependen de la sección transversal del radar.
  • Radares secundarios. Estos tipos de radares se encargan de interrogar al blanco el cual responde a través de datos. Por ejemplo, cuando un avión está en vuelo el interrogatorio sería la altura en la que se encuentra.

Clasificación de las ondas

Las ondas de los radares se clasifican en 3:

  • Ondas continuas. Son las que transmiten ondas que no son interrumpidas. Por ejemplo, los radares que se utilizan para medir la velocidad de un vehículo son de ondas continuas y detectan la velocidad a través del efecto Doppler.
  • Ondas continuas con modulaciones. Son ondas que se agregan a las señales de cada frecuencia para determinar el momento en el que se transmitió el eco. Se utilizan con frecuencia para estimar cualquier distancia.
  • Ondas pulsadas. Son aquellas ondas que transmiten los radares pulsados de alta frecuencia. Luego de pulsar una señal sigue una pausa larga que permite recibir los ecos antes de que se transmita una nueva onda.

Otros tipos de clasificaciones que posee un radar

Desde su creación han existido muchos radares según su función, su tecnología y su aplicación en diferentes áreas. En la historia esta gran invención ha tenido una constante evolución. Sin embargo, actualmente estas clasificaciones se han dividido en diferentes subtipos. Aquí los explicamos.

Finalidad

Depende el uso para el que fue diseñado el radar, actualmente existen 2 tipos de finalidades, te las mostraremos a continuación:

  • Seguimiento. Son los radares que se utilizan para detectar los movimientos de algún blanco. Por ejemplo, para visualizar la ubicación de un misil.
  • Búsqueda. Se encargan de explorar espacios o sectores donde aparecerán todos los posibles blancos. Incluso existen otros radares que pueden tener ambas funcionalidades mencionadas, seguimiento y búsqueda.

Tecnologías de utilidad

La tecnología de un radar puede aplicarse en diferentes aspectos:

  • Militares. Sirven para detectar misiles, artillería o satélites.
  • Aeronáuticos. Se utilizan para controlar el tráfico aéreo, y la aproximación al destino.
  • Marítimos. Sirven como un radar de navegación, por ejemplo, para prevenir colisiones.
  • Meteorológicos. Este tipo de radar se usa para detectar precipitaciones, lluvias, nieve, granizos y otros factores relacionados al clima.
  • Científicos. Son utilizados para observar la tierra, determinar los niveles del océano, encontrar restos arqueológico y más.

Otro tipo de tecnología

Los radares también pueden estar diseñados para otros tipos de tecnología, por ejemplo:

  • Radares tridimensionales. Pueden determinar la posición y altura del blanco.
  • Radar SAR. Sirven para obtener imágenes sobre superficies. Estos radares funcionan aplicando algoritmos matemáticos combinados y una variedad observaciones. El objetivo es crear mediante antenas pequeñas una buena fotografía de forma artificial.
  • Radares con tecnología Ultra Wideband. Se utilizan para detectar humanos en lugares ocultos, como a través de paredes. Cuenta con características reflexivas para detectar a los humanos, son diseñados con una tecnología muy sofisticada. Esta tecnología permite aislar el cuerpo humano del entorno para dar una imagen detallada de él dentro de espacios cerrados.

El radar una invención sorprendente

Este genial sistema de detección se ha extendido a lo largo de la historia y ha realizado un gran aporte a toda la humanidad. Incluso, hoy en día no se concibe una fuerza naval, aérea o terrestre que no posea esta genial invención, ya que la misma fue clave para la victoria de la II Guerra Mundial.

Y aunque el radar es uno de los inventos que fueron creados durante la guerra este ha podido ser utilizado en nuestra vida cotidiana. Los cielos están cada vez más congestionados. Sin embargo, muchos aeropuertos pueden ofrecernos un viaje seguro gracias al radar, un gran invento que ha cambiado al mundo.

Referencias:

https://es.m.wikipedia.org/wiki/Radar

www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_ES/SEMGV7E3GXF_0.html

www.radartutorial.eu/01.basics/Principio%20Radar.es.html


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