Podemos observar diferentes objetos ao redor do mundo. Da mesma forma, detecção e alcance de rádio semelhantes a radar são usados para auxiliar os pilotos enquanto voam em meio à neblina, porque o piloto não pode perceber onde estão viajando. O radar usado nos aviões é semelhante a uma lanterna que funciona com ondas de rádio no lugar da luz. O avião transmite um sinal de radar piscando e escuta qualquer indicação desse sinal de objetos próximos. Uma vez que as indicações são percebidas, o avião identifica que algo está próximo e usa o tempo que levou para as indicações chegarem para descobrir o quão distante está. Este artigo descreve uma visão geral do Radar e seu funcionamento.

Quem inventou o radar?

Semelhante a várias invenções, o sistema de radar não é fácil de dar crédito a um indivíduo porque foi o resultado de um trabalho anterior nas propriedades de eletromagnético radiação para a acessibilidade de vários dispositivos eletrônicos. A questão de maior preocupação é mais complicada pela ocultação da privacidade militar sob a qual as técnicas de localização de rádio foram examinadas em diferentes países nos primeiros dias da Segunda Guerra Mundial.

Este autor da revisão finalmente concluiu que quando o sistema de radar é um caso claro de criação direta, a nota de Robert Watson-Watt sobre a detecção e localização de aeronaves por métodos de rádio publicada imediatamente há 50 anos. Portanto, foi a publicação solitária mais significativa neste campo. A conquista britânica na luta da Grã-Bretanha destinou muito à expansão de um sistema de radar que incluiu crescimento técnico com viabilidade operacional.

O que é um sistema de radar?

RADAR significa Detecção de Rádio e sistema de alcance. É basicamente um sistema eletromagnético usado para detectar a localização e distância de um objeto do ponto onde o RADAR está colocado. Ele funciona irradiando energia para o espaço e monitorando o eco ou sinal refletido dos objetos. Atua na faixa de UHF e microondas.

Um radar é um sensor eletromagnético, usado para perceber, rastrear, localizar e identificar diferentes objetos que estão a certas distâncias. O funcionamento do radar é que ele transmite energia eletromagnética na direção dos alvos para observar os ecos e os retornos deles. Aqui, os alvos nada mais são do que navios, aeronaves, corpos astronômicos, veículos automotivos, espaçonaves, chuva, pássaros, insetos, etc. Em vez de notar a localização e velocidade do alvo, ele também obtém sua forma e tamanho às vezes.

O principal objetivo do radar, em comparação com dispositivos de detecção óptica e infravermelho, é descobrir alvos distantes em condições climáticas difíceis e determinar sua distância, alcance e precisão. O radar possui seu próprio transmissor, conhecido como fonte de iluminação para a localização de alvos. Geralmente, ele funciona na área de microondas do espectro eletromagnético que é calculado em hertz quando as frequências se estendem de 400 MHz a 40 GHz. Os componentes essenciais que são usados no radar

O radar passa por um rápido desenvolvimento durante os anos de 1930 a 40 para atingir os requisitos dos militares. Ele ainda é amplamente utilizado pelas forças armadas, onde vários avanços tecnológicos foram criados. Simultaneamente, o radar também é utilizado em aplicações civis, particularmente no controle do tráfego aéreo, observação do tempo, navegação de navios, meio ambiente, detecção de áreas remotas, observação de planetárias, medição de velocidade em aplicações industriais, vigilância espacial, aplicação da lei, etc.

Princípio de trabalho

O princípio de funcionamento do radar é muito simples porque transmite potência eletromagnética e também examina a energia devolvida ao alvo. Se os sinais retornados forem recebidos novamente na posição de sua fonte, então um obstáculo está no caminho de transmissão. Este é o princípio de funcionamento do radar.

Fundamentos do Radar

O sistema RADAR geralmente consiste em um transmissor que produz um sinal eletromagnético que é irradiado para o espaço por uma antena. Quando este sinal atinge um objeto, ele é refletido ou re-irradiado em várias direções. Este sinal refletido ou eco é recebido pela antena do radar que o entrega ao receptor, onde é processado para determinar as estatísticas geográficas do objeto.

O alcance é determinado calculando o tempo que o sinal leva para viajar do RADAR ao alvo e vice-versa. A localização do alvo é medida em ângulo, a partir da direção do sinal de eco de amplitude máxima, para a qual a antena aponta. Para medir o alcance e a localização de objetos em movimento, o efeito Doppler é usado.

As partes essenciais deste sistema incluem o seguinte.

Um Transmissor: Pode ser um amplificador de potência como um clístron, tubo de onda viajante ou um oscilador de potência como um magnetron. O sinal é gerado primeiro usando um gerador de forma de onda e depois amplificado no amplificador de potência.
Guias de onda: Os guias de ondas são linhas de transmissão para transmissão dos sinais RADAR.
Antena: A antena usada pode ser um refletor parabólico, matrizes planas ou matrizes de fase orientadas eletronicamente.
Duplexer: Um duplexador permite que a antena seja usada como um transmissor ou receptor. Pode ser um dispositivo gasoso que produziria um curto-circuito na entrada do receptor quando o transmissor estiver funcionando.
Destinatário: Pode ser um receptor super-heteródino ou qualquer outro receptor que consista em um processador para processar o sinal e detectá-lo.
Decisão Limiar: A saída do receptor é comparada com um limite para detectar a presença de qualquer objeto. Se a saída estiver abaixo de qualquer limite, a presença de ruído é assumida.

Como o Radar usa o rádio?

Uma vez que o radar é colocado em um navio ou avião, ele requer um conjunto similar de componentes essenciais para produzir sinais de rádio, transmiti-los para o espaço e recebê-los por algo e, finalmente, exibir as informações para entendê-los. Um magnetron é um tipo de dispositivo usado para gerar sinais de rádio que são usados por meio do rádio. Esses sinais são semelhantes aos sinais de luz porque viajam na mesma velocidade, mas seus sinais são muito mais longos com menos frequências.

O comprimento de onda dos sinais de luz é de 500 nanômetros, enquanto os sinais de rádio usados pelo radar variam normalmente de centímetros a metros. Em um espectro eletromagnético, ambos os sinais como rádio e luz são feitos com designs variáveis de energia magnética e elétrica em todo o ar. O magnetron no radar gera microondas da mesma forma que um forno de microondas. A principal disparidade é que o magnetron dentro do radar tem que transmitir os sinais por vários quilômetros, em vez de apenas pequenas distâncias, por isso é mais poderoso e muito maior.

Sempre que os sinais de rádio são transmitidos, uma antena funciona como um transmissor para transmiti-los para o ar. Geralmente, a forma da antena é curvada para que ela focalize principalmente os sinais em um sinal exato e estreito, no entanto, as antenas de radar também giram normalmente para que possam perceber ações em uma área enorme.

Os sinais de rádio viajam para fora da antena com velocidade de 300.000 km por segundo até atingirem algo e alguns deles retornarem para a antena. Em um sistema de radar, existe um dispositivo essencial, ou seja, um duplexador. Este dispositivo é usado para fazer a antena mudar de um lado para o outro entre um transmissor e um receptor.

Tipos de radar

Existem diferentes tipos de radares que incluem o seguinte.

Radar Bistático

Este tipo de sistema de radar inclui um transmissor Tx e um receptor Rx que é dividido por uma distância que é equivalente à distância do objeto estimado. O transmissor e o receptor estão situados em uma posição semelhante, chamada de radar monástico, enquanto o equipamento militar de longo alcance superfície-ar e ar-ar usa o radar bistático.

Radar Doppler

É um tipo especial de radar que usa o efeito Doppler para gerar a velocidade dos dados em relação a um alvo a uma determinada distância. Isso pode ser obtido pela transmissão de sinais eletromagnéticos na direção de um objeto para que analise como a ação do objeto afetou a frequência do sinal de retorno.

Esta mudança dará medidas muito precisas para o componente radial da velocidade de um objeto em relação ao radar. As aplicações desses radares envolvem diferentes setores como meteorologia, aviação, saúde, etc.

Radar Monopulse

Este tipo de sistema de radar compara o sinal obtido usando um pulso de radar particular próximo a ele, contrastando o sinal conforme observado em várias direções ou polarizações. O tipo mais comum de radar monopulso é o radar de varredura cônico. Este tipo de radar avalia o retorno de duas maneiras de medir a posição do objeto diretamente. É significativo notar que os radares desenvolvidos no ano de 1960 são radares monopulso.

Radar Passivo

Este tipo de radar é projetado principalmente para perceber e seguir os alvos através do processamento de indicações de iluminação nos arredores. Essas fontes incluem sinais de comunicação e também transmissões comerciais. A categorização deste radar pode ser feita na mesma categoria do radar biestático.

Radar de Instrumentação

Esses radares são projetados para testar aeronaves, mísseis, foguetes, etc. Eles fornecem informações diferentes, incluindo espaço, posição e tempo, tanto na análise de pós-processamento quanto em tempo real.

Radares meteorológicos

Eles são usados para detectar a direção e o clima usando sinais de rádio por meio de polarização circular ou horizontal. A escolha da frequência do radar meteorológico depende principalmente de um compromisso de desempenho entre a atenuação, bem como a reflexão de precipitação como resultado do vapor de água atmosférico. Alguns tipos de radares são projetados principalmente para empregar mudanças Doppler para calcular a velocidade do vento, bem como polarização dupla para reconhecer os tipos de chuva.

Radar de mapeamento

Esses radares são usados principalmente para examinar uma grande área geográfica para as aplicações de sensoriamento remoto e geografia. Como resultado do radar de abertura sintética, eles são restritos a alvos bastante estacionários. Existem alguns sistemas de radar específicos usados para detectar humanos após paredes que são mais diferentes em comparação com os encontrados em materiais de construção.

Radares de Navegação

Geralmente, estes são os mesmos para radares de busca, mas estão disponíveis com pequenos comprimentos de onda que são capazes de se replicar do solo e de pedras. Eles são comumente usados em navios comerciais, bem como em aviões de longa distância. Existem diferentes radares de navegação, como radares marinhos, que são colocados comumente em navios para evitar uma colisão, bem como para fins de navegação.

RADAR pulsado

O RADAR pulsado envia pulsos de alta potência e alta frequência para o objeto alvo. Em seguida, aguarda o sinal de eco do objeto antes que outro pulso seja enviado. O alcance e a resolução do RADAR dependem da freqüência de repetição do pulso. Ele usa o método de deslocamento Doppler.

O princípio do RADAR que detecta objetos em movimento usando o deslocamento Doppler funciona no fato de que os sinais de eco de objetos estacionários estão na mesma fase e, portanto, são cancelados, enquanto os sinais de eco de objetos em movimento terão algumas mudanças de fase. Esses radares são classificados em dois tipos.

Doppler de pulso

Ele transmite alta frequência de repetição de pulso para evitar ambigüidades Doppler. O sinal transmitido e o sinal de eco recebido são misturados em um detector para obter o deslocamento Doppler e o sinal de diferença é filtrado usando um filtro Doppler, onde os sinais de ruído indesejados são rejeitados.

Diagrama de blocos do RADAR Doppler pulsado

Indicador de alvo móvel

Ele transmite baixa frequência de repetição de pulso para evitar ambigüidades de alcance. Em um sistema MTI RADAR, os sinais de eco recebidos do objeto são direcionados ao mixer, onde são misturados com o sinal de um oscilador local estável (STALO) para produzir o sinal IF.

Este sinal IF é amplificado e então dado ao detector de fase, onde sua fase é comparada com a fase do sinal do Oscilador Coerente (COHO) e o sinal de diferença é produzido. O sinal coerente tem a mesma fase do sinal do transmissor. O sinal coerente e o sinal STALO são mixados e fornecidos ao amplificador de potência que é ligado e desligado usando o modulador de pulso.

Radar MTI

Onda continua

O RADAR de onda contínua não mede o alcance do alvo, mas sim a taxa de mudança de alcance medindo o deslocamento Doppler do sinal de retorno. Em um RADAR CW, a radiação eletromagnética é emitida em vez de pulsos. É basicamente usado para medição de velocidade .

O sinal de RF e o sinal de IF são misturados no estágio do mixer para gerar a frequência do oscilador local. O sinal de RF é então transmitido e o sinal recebido pela antena RADAR consiste na freqüência de RF mais a freqüência de deslocamento Doppler. O sinal recebido é misturado com a frequência do oscilador local no segundo estágio de mistura para gerar o sinal de frequência IF.

Este sinal é amplificado e dado ao terceiro estágio de mistura, onde é misturado com o sinal IF para obter o sinal com frequência Doppler. Esta frequência Doppler ou deslocamento Doppler fornece a taxa de alteração do alcance do alvo e, portanto, a velocidade do alvo é medida.

Diagrama de blocos mostrando CW RADAR

Equação de alcance do radar

Existem diferentes tipos de versões disponíveis para as equações de alcance do radar. Aqui, a seguinte equação é um dos tipos fundamentais para um único sistema de antena. Quando se presume que o objeto está no meio do sinal da antena, a faixa de detecção de radar mais alta pode ser escrita como

Rmax = 4√Pt λ2G2σ / (4π) 3Pmin

= 4√Pt C2G2σ / fo2 (4π) 3Pmin

‘Pt’ = potência de transmissão

‘Pmin’ = Sinal mínimo detectável

‘Λ’ = comprimento de onda de transmissão

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‘Σ’ = seção transversal do radar de destino

‘Fo’ = Frequência em Hz

‘G’ = Ganho de uma antena

‘C’ = velocidade da luz

Na equação acima, as variáveis são estáveis e dependem do radar além do alvo, como o RCS. A ordem da potência de transmissão será de 1 mW (0 dBm) e o ganho da antena de aproximadamente 100 (20 dB) para um ERP (potência irradiada eficiente) de 20 dBm (100 mW). A ordem dos sinais menos perceptíveis são picowatts e o RCS para um veículo pode ser de 100 metros quadrados.

Portanto, a exatidão da equação do alcance do radar serão os dados de entrada. Pmin (sinal mínimo perceptível) depende principalmente da largura de banda do receptor (B), F (figura de ruído), T (temperatura) e relação S / N necessária (relação sinal / ruído).

Um receptor com largura de banda estreita será mais responsivo em comparação com um receptor BW amplo. A figura de ruído pode ser definida, pois é um cálculo de quanto ruído o receptor pode contribuir para um sinal. Quando a figura de ruído é menor, o ruído será menor que o dispositivo doa. Quando a temperatura aumenta, isso afetará a sensibilidade do receptor por meio do aumento do ruído de entrada.

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

Da equação acima,

‘Pmin’ é o sinal menos detectável

‘K’ é a constante de Boltzmann como 1,38 x 10-23 (Watt * seg / ° Kelvin)

‘T’ é uma temperatura (° Kelvin)

‘B’ é a largura de banda de um receptor (Hz)

'F' é a Figura de ruído (dB), fator de ruído (razão)

(S / N) min = Menor Razão S / N

A potência de ruído térmico i / p que está disponível pode ser proporcional ao kTB sempre que 'k' é a constante de Boltzmann, 'T' é a temperatura e 'B' é a largura de banda do ruído do receptor em hertz.

T = 62,33 ° F ou 290 ° K

B = 1 Hz

kTB = -174 dBm / Hz

A equação de alcance do radar acima pode ser escrita para a potência recebida como uma faixa de função para uma potência de transmissão fornecida, ganho de antena, RCS e comprimento de onda.

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

Prec = PtG2 (λ / 4π) 2 σ / 4πR2

Da equação acima,

‘Prec’ é a potência recebida

‘Pt’ é a potência de transmissão

'Fo' é a frequência de transmissão

‘Λ’ é o comprimento de onda de transmissão

‘G’ é o ganho de uma antena

‘Σ’ é a seção transversal do radar

‘R’ é o intervalo

‘C’ é a velocidade da luz

Formulários

O aplicações de radar inclui o seguinte.

Aplicações militares

Tem 3 aplicações principais nas Forças Armadas:

Na defesa aérea, é usado para detecção de alvos, reconhecimento de alvos e controle de armas (direcionando a arma para os alvos rastreados).
Em um sistema de mísseis para guiar a arma.
Identificar locais inimigos no mapa.

Controle de tráfego aéreo

Possui 3 aplicações principais no controle de tráfego aéreo:

Para controlar o tráfego aéreo perto de aeroportos. O RADAR de Vigilância Aérea é usado para detectar e exibir a posição da aeronave nos terminais do aeroporto.
Para guiar a aeronave para pousar em mau tempo usando o Precision Approach RADAR.
Para escanear a superfície do aeroporto em busca de posições de aeronaves e veículos terrestres

Sensoriamento remoto

Ele pode ser usado para observar se ou observar as posições planetárias e monitorar o gelo marinho para garantir uma rota suave para os navios.

“fiação luzes led em série ”

Controle de tráfego terrestre

Também pode ser utilizado pela polícia de trânsito para determinar a velocidade do veículo, controlando o movimento dos veículos, alertando sobre a presença de outros veículos ou quaisquer outros obstáculos atrás deles.

Espaço

Tem 3 aplicações principais