Los detalles de ingeniería del radar son detalles técnicos relacionados con los componentes de un radar y su capacidad para detectar la energía de retorno de los dispersores en movimiento , lo que determina la posición de un objeto u obstrucción en el entorno. [1] [2] [3] Esto incluye el campo de visión en términos de ángulo sólido y rango y velocidad máximos inequívocos, así como resolución angular, rango y velocidad. Los sensores de radar se clasifican por aplicación, arquitectura, modo de radar, plataforma y ventana de propagación.
Las aplicaciones del radar incluyen control de crucero adaptativo , guía de aterrizaje autónoma, altímetro de radar , gestión del tráfico aéreo , radar de alerta temprana , radar de control de incendios , detección de colisión de advertencia delantera , radar de penetración terrestre , vigilancia y pronóstico del tiempo .
Elección de arquitectura
El ángulo de un objetivo se detecta escaneando el campo de visión con un rayo altamente directivo. Esto se hace electrónicamente, con una antena de matriz en fase , o mecánicamente girando una antena física . El emisor y el receptor pueden estar en el mismo lugar, como en los radares monoestáticos , o estar separados como en los radares biestáticos . Finalmente, la onda de radar emitida puede ser continua o pulsada. La elección de la arquitectura depende de los sensores que se utilicen.
Antena de escaneo
Una matriz escaneada electrónicamente (ESA), o una matriz en fase , ofrece ventajas sobre las antenas escaneadas mecánicamente, como el escaneo de haz instantáneo, la disponibilidad de múltiples haces ágiles simultáneos y modos de radar de funcionamiento simultáneo. Las cifras de mérito de un ESA son el ancho de banda , la potencia radiada isotrópicamente efectiva (EIRP) y el cociente G R / T, el campo de visión. EIRP es el producto de la ganancia de transmisión, G T , y la potencia de transmisión, P T . G R / T es el cociente de la ganancia de recepción y la temperatura de ruido de la antena. Un EIRP alto y G R / T son un requisito previo para la detección de largo alcance. Las opciones de diseño son:
- Activo versus pasivo : en una matriz activa escaneada electrónicamente (AESA), cada antena está conectada a un módulo T / R con amplificación de potencia de estado sólido (SSPA). Un AESA tiene amplificación de potencia distribuida y ofrece alto rendimiento y confiabilidad, pero es costoso. En una matriz pasiva escaneada electrónicamente , la matriz está conectada a un único módulo T / R que presenta dispositivos electrónicos de vacío (VED). Un PESA tiene amplificación de potencia centralizada y ofrece ahorros de costos, pero requiere desfasadores de baja pérdida
- Apertura : la apertura de la antena de un sensor de radar es real o sintética. Los sensores de radar de haz real permiten la detección de objetivos en tiempo real. El radar de apertura sintética (SAR) permite una resolución angular más allá del ancho del haz real moviendo la apertura sobre el objetivo y agregando los ecos de manera coherente.
- Arquitectura : el campo de visión se escanea con una frecuencia altamente directiva: ortogonal (guía de ondas ranurada), espacialmente ortogonal (redes de formación de haces conmutadas) o haces ortogonales en el tiempo. [4] [5] [6] En caso de escaneo ortogonal en el tiempo, el haz de un ESA se escanea preferiblemente aplicando un retardo de tiempo progresivo,, constante sobre frecuencia, en lugar de aplicar un cambio de fase progresivo, constante sobre frecuencia. El uso de cambiadores de fase de retardo de tiempo real ( TTD ) evita entrecerrar los ojos del rayo con la frecuencia. El ángulo de escaneo,, se expresa en función de la progresión del cambio de fase, , que es una función de la frecuencia y el retardo de tiempo progresivo, , que es invariante con la frecuencia:
Tenga en cuenta que no es una función de la frecuencia. Un cambio de fase constante sobre la frecuencia también tiene aplicaciones importantes, aunque en la síntesis de patrones de banda ancha. Por ejemplo, la generación de monopulso de banda anchalos patrones de recepción dependen de una red de alimentación que combina dos subconjuntos utilizando un acoplador híbrido de banda ancha .
- Formación de haz : el haz se forma en el dominio digital (formación de haz digital (DBF)), de frecuencia intermedia (IF), óptico o de radiofrecuencia (RF).
- Construcción : una matriz escaneada electrónicamente es una construcción de ladrillo, palo, baldosa o bandeja. Ladrillo y bandeja se refiere a un enfoque de construcción en el que los circuitos de RF se integran perpendicularmente al plano de la matriz. Tile, por otro lado, se refiere a un enfoque de construcción en el que los circuitos de RF se integran en sustratos paralelos al plano de la matriz. Stick se refiere a un enfoque de construcción en el que los circuitos de RF se conectan a una matriz de líneas en el plano de la matriz.
- Red de alimentación : la red de alimentación está restringida (corporativa, en serie) o alimentada por espacio.
- Cuadrícula : La cuadrícula es periódica (rectangular, triangular) o aperiódica (adelgazada).
- Polarización (antena) : la polarización de los sensores de radar terrestres es vertical, con el fin de reducir la trayectoria múltiple ( ángulo de Brewster ). Los sensores de radar también pueden ser polarimétricos para aplicaciones de todo tipo de clima.
FMCW versus pulso-Doppler
El rango y la velocidad de un objetivo se detectan mediante el rango de retardo de pulso y el efecto Doppler ( pulso-Doppler ), o mediante el rango de modulación de frecuencia (FM) y la diferenciación de rango. La resolución de rango está limitada por el ancho de banda de la señal instantánea del sensor de radar en los radares Doppler de pulso y de onda continua modulada en frecuencia ( FMCW ). Los sensores de radar monopulso-Doppler monostáticos ofrecen ventajas sobre los radares FMCW, tales como:
- Half-duplex : los sensores de radar Pulse-Doppler son half-duplex, mientras que los sensores de radar FMCW son full-duplex. Por lo tanto, el Doppler de pulso proporciona un mayor aislamiento entre el transmisor y el receptor, aumentando considerablemente el rango dinámico (DR) del receptor y la detección de rango. Además, una antena o un conjunto se puede compartir en el tiempo entre el transmisor y el receptor del módulo T / R, mientras que los radares FMCW requieren dos antenas o conjuntos, uno para transmitir y otro para recibir. Un inconveniente del funcionamiento semidúplex es la existencia de una zona ciega en las inmediaciones del sensor de radar. Por lo tanto, los sensores de radar de pulso Doppler son más adecuados para la detección de largo alcance, mientras que los sensores de radar FMCW son más adecuados para la detección de corto alcance.
- Monopulso : una red de alimentación monopulso , como se muestra en la Fig.2, aumenta la precisión angular a una fracción del ancho del haz al comparar los ecos, que se originan a partir de un solo pulso radiado y que se reciben en dos o más haces simultáneos y espacialmente ortogonales.
- Compresión de pulso : La compresión de pulso desrelala el ancho del pulso y el ancho de banda de la señal instantánea, que de otra manera están inversamente relacionados. El ancho del pulso está relacionado con el tiempo en el objetivo, la relación señal / ruido (SNR) y el rango máximo. El ancho de banda de la señal instantánea está relacionado con la resolución del rango.
- Procesamiento de pulso-Doppler : los ecos que se originan a partir de una ráfaga radiada se transforman en el dominio espectral utilizando una transformada discreta de Fourier (DFT). En el dominio espectral, el desorden estacionario se puede eliminar porque tiene un cambio de frecuencia Doppler que es diferente del cambio de frecuencia Doppler del objetivo en movimiento. El alcance y la velocidad de un objetivo se pueden estimar con un aumento de SNR debido a la integración coherente de los ecos. [7]
Biestático versus monoestático
Los radares biestáticos tienen un transmisor y un receptor dislocados espacialmente. En este caso, el sensor de la antena transmisora informa al sistema de la posición angular del haz de exploración, mientras que los detectores de energía están con la otra antena. Una sincronización de tiempo es crucial para interpretar los datos, ya que la antena del receptor no se mueve.
Los radares monostáticos tienen un transmisor y un receptor ubicados en el mismo espacio. En este caso, la emisión debe estar aislada de los sensores de recepción ya que la energía emitida es mucho mayor que la devuelta.
Plataforma
El desorden del radar depende de la plataforma. Ejemplos de plataformas son plataformas aéreas, transportadas por automóviles, transportadas por barcos, transportadas por el espacio y terrestres.
Ventana de propagación
La frecuencia del radar se selecciona basándose en consideraciones de tamaño y nivel de disponibilidad tecnológica . La frecuencia del radar también se elige para optimizar la sección transversal del radar (RCS) del objetivo previsto, que depende de la frecuencia. Ejemplos de ventanas de propagación son las ventanas de propagación de 3 GHz (S), 10 GHz (X), 24 GHz (K), 35 GHz (Ka), 77 GHz (W), 94 GHz (W).
Modo radar
Los modos de radar para objetivos puntuales incluyen búsqueda y seguimiento. Los modos de radar para objetivos distribuidos incluyen mapeo e imágenes terrestres. El modo de radar establece la forma de onda del radar
Ver también
- Monopulso de amplitud para monopulso de comparación de amplitud
- Interferometría de fase para monopulso de comparación de fase
Referencias
- ^ GW Stimson: "Introducción al radar aerotransportado, 2ª ed.", SciTech Publishing, 1998
- ^ P. Lacomme, J.-P. Hardange, J.-C. Marchais, E. Normant: "Sistemas de radar aéreos y espaciales: Introducción", IEE, 2001
- ^ MI Skolnik: "Introducción a los sistemas de radar, 3.ª ed.", McGraw-Hill, 2005
- ^ RJ Mailloux: "Manual de antenas Phased Array", Artech House, 2005
- ^ E. Brookner: "Prácticos sistemas de antenas Phased Array", Artech House, 1991
- ↑ RC Hansen: "Phased Array Antennas", John Wiley & Sons, 1998
- ^ A. Ludloff: "Praxiswissen Radar und Radarsignalverarbeitung, 2. Auflage", Viewegs Fachbücher der Technik, 1998