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• Ivan Chan

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RADAR

1.

INTRODUCCION

Desde la invención de los aparatos electrónicos u manuales que emplean las personas en la vida cotidiana surge una necesidad de cuidar nuestro alrededor. La forma convencional de seguridad hoy en día se basa en dispositivos electrónicos todo totalmente esta automatizado y en pocos sistemas vigilado por una persona las 24Hrs del día. Entonces si tomamos en cuenta los sistemas ocupados para el cuidado o prevención de cualquier tipo de situaciones riesgosas para las personas de un ambiente, un hogar, una compañía, etc. Surge la pregunta cómo podemos controlar o vigilar todo lo que entra a una ciudad o un país excluyendo la vía terrestre. La

creación

de

un

radar

en

1934

por

GEMA(La

sociedad

de

aparatos

electro-acústicos

y

mecánicos), da el primer paso creando un magnetrón capaz de trabajar a 650Mhz. Desde entonces el desarrollo de los mismos ha avanzado mucho creando así radares muy grandes que son utilidad imprescindible en especial para control aéreo, debido al uso que se necesita para poder tener una vía aérea despejada para la incursión de un avión u otro cualquier vehículo aéreo. En el presente proyecto se trabaja en base a los sensores para construcción de un radar de corto alcance probando distintos sensores para obtener el mayor alcance posible y al mismo tiempo tener un equipo de buena fiabilidad. Para la creación del mismo primero debemos estudiar todos los sensores disponibles a la mano y lo que pueden ofrecernos. Un radar de corto puede ser ocupado en zonas alejadas para el control de un perímetro esto es muy dado que en horas de la noche se tiene poca visibilidad e incluso el uso de luz para cubrir zonas grandes sería considerado como un gasto excesivo de presupuesto. También podría reemplazar en algunos casos a un sensor de movimiento dependiendo el uso y la visibilidad de ambos para así tener un mejor rendimiento del mismo.

1.1.

DEFINICION DEL PROBLEMA

1.1.1.

DESCRIPCION DEL PROBLEMA

La creación del radar se debe a que se necesitaba la detección de objetos móviles o estáticos tales como aviones barcos entre otros mediante el uso de ondas de radio.

1.1.2.

SITUACION DESEADA

La construcción o el desarrollo del mismo nos indica que la mejor situación para tener un uso satisfactorio y provechoso seria si todos los objetos que se desean detectar fueran de tamaños totalmente captables por el radar cosa que con el pasar tiempo surgen problemas en su funcionamiento debido al tamaño de los objetos. Pág. 1

RADAR

1.2.

OBJETIVOS A continuación, presentaremos los objetivos generales y específicos planteados.

1.2.1.

OBJTEIVO GENERAL

El objetivo general del proyecto es el de estudiar el funcionamiento de un radar empleando un sensor ultrasónico, que será utilizado para comprender los problemas que surgen al momento de poner en uso un radar.

1.2.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Para poder llegar a este objetivo principal tendremos que realizar los siguientes puntos: 

Entender el funcionamiento de los sensores.



Estudiar

a

profundidad

el

funcionamiento

y

en

qué

sistema

se

basa

un

sensor

ultrasónico. 

Poner a prueba el radar ya implementado y plantear situaciones o ambientes de la vida

cotidiana donde puede ser utilizado.

2. HISTORIA DE LOS RADARES 2.1.

DEFINICION El radar (término derivado del acrónimo inglés radio detection and ranging, “detección

y medición de distancias por radio”) es un sistema que usa ondas electromagnéticas para medir distancias,

altitudes,

direcciones

y

velocidades

de

objetos

estáticos

o

móviles

como

aeronaves, barcos, vehículos motorizados, formaciones meteorológicas y el propio terreno. El Radar funciona transmitiendo una señal y midiendo el tiempo que tarda en ir y regresar del objeto donde rebota la señal. La noción de radar también se emplea para nombrar al aparato que aplica este sistema. Por

ejemplo:

autorización

sobre

“El el

radar

río

del

ejército

Bautista”,

“De

detectó

acuerdo

al

un

avión

radar

de

sospechoso la

que

policía,

volaba

el

sin

automóvil

circulaba a 180 kilómetros por hora”, “El aeropuerto cuenta con ocho radares para controlar el tráfico aéreo”. Lo que hace el radar es emitir ondas electromagnéticas que se reflejan en el objetivo y se reciben en la misma posición del emisor. Esa especie de eco permite procesar diversas informaciones, como distancias, velocidades, altitudes y direcciones de objetos móviles o estáticos. Los radares se pueden clasificar haciendo uso de una gran variedad de criterios para ello. Así, por ejemplo, entre las propuestas más significativas se encuentran las siguientes: Pág. 2

RADAR •

Si se tiene en cuenta lo que es la forma de la onda, se pueden dividir en tres

grupos: de onda continua con modulación, de onda continua y de onda pulsada. •

En el caso de que se tenga en consideración lo que es el número de antenas, se

pueden clasificar en tres tipos: multiestático, monoestático y biestático. Los radares tienen múltiples usos. Pueden ser utilizados por las fuerzas armadas para conocer la posición y los movimientos de diversos blancos, por la policía para medir la velocidad con que circulan los automóviles por una carretera, por la seguridad aeroportuaria para dar indicaciones a los aviones y evitar las colisiones, por el capitán de un barco para guiarse en alta mar, o por el servicio meteorológico para detectar precipitaciones, entre otras utilizaciones. En la actualidad, el tipo de radar que más se suele utilizar y que afecta a la población de a pie es el radar que se emplea para llevar a cabo lo que son los controles de velocidad. En España la DGT (Dirección General de Tráfico) es la que se encarga de proceder a establecer esos citados radares por las distintas provincias. Sin embargo, hay que decir que esos radares tienen “enemigos”. Y es que de cara a evitar que los conductores sean multados han llegado incluso a surgir apps que avisan de donde están situados los correspondientes radares de tráfico. Es posible clasificar al radar de otras muchas maneras según otras variables. De esta forma puede hablarse de radares secundarios, de seguimiento o de búsqueda, entre otros.

2.1.1.

INVENTOR DEL RADAR

En

1887,

experimentar descubrió

un

físico

con ondas

que

las

llamado

de radio

ondas

de

Heinrich

en su

radio

Hertz

laboratorio en

podían

ser

empezó

a

Alemania y

transmitidas

por

diferentes materiales y por otros eran reflejadas. El desarrolló un sistema para medir la velocidad de las ondas de radio. Christian Reino

Unido,

Hulsmeyer los

(1881

Estados

–

1957)

Unidos,

patentó

etc.,

un

en

Alemania,

aparato

el

llamado

“Telemobiloskop” o dispositivo remoto de visión de objetos. Este aparato podía detectar barcos en un rango de 3000 metros. Sin ningún tipo de amplificación. En esos tiempos se ofreció con el propósito de evitar la colisión entre barcos. Especialmente cuando por este motivo se hundió el TITANIC en 1912. El interés por este dispositivo no creció y cayó en el olvido.

2.1.2.

EL PRIMER RADAR PATENTADO

Pág. 3

RADAR El inventor del radar es el escocés Robert Alexander Watson-Watt (1892 – 1973) en el año

1935.

Watson-Watt

era

superintendente

del

Laboratorio

de

Radioinvestigación

en

Gran

Bretaña. El recién creado Comité para el Examen Científico de la Defensa Aérea le preguntó si se podría utilizar el radio como “rayo mortal” para destruir aviones enemigos. La respuesta llegó el 12 de febrero de 1935

en forma de un

memorándum de Watson-Watt. Aunque la cantidad de energía necesaria lo imposible, rebotar

se

ondas

podía de

radio

“detectar” en

ellos

los y

haría

aviones,

midiendo

haciendo

el

tiempo

respuesta. De esta manera se calcularía tanto la

de

dirección como

la distancia. “Robert Watson-Watt” La patente del radar fue otorgada al Señor Watson Watt el 2 de abril de 1935. Ese mismo año se dio la orden de desarrollar un sistema de radar completo, después de que se probara que por medio de un detector de sonido no se lograba un tiempo de respuesta adecuado, que si se lograba con el RADAR. Este fue el inicio de la primera red de radares llamada “Chain” que estuvo operativa a partir del año 1937, mucho antes de que la guerra terminara. De esta manera los aviones enemigos pudieron ser detectados. Nadie tiene acreditada la invención del RADAR. Muchos dan este crédito a los ingleses por ser los pioneros en este campo. Fueron ellos los que crearon la “Chain Home” para prevenir un ataque aéreo alemán en la segunda guerra Mundial. El primero modelo de un radar funcional como vemos en la imagen fue el que se patento. Los alemanes se adelantaron a los trabajos británicos, y Heinrich Rudolph Künhold de la Marina alemana comenzó a trabajar en ello en 1933, llevando a cabo un experimento en la bahía de Kiel el 20 de marzo de 1934 con barcos en vez de aviones. Sin

embargo,

no

adoptaron

transmisiones

de

pulso

para

calcular el rango hasta septiembre de 1935, cuando los británicos ya

habían

descubierto

unos

meses

antes

que

eran

de

vital

importancia. Los británicos llevaron a cabo una prueba el 26 de febrero de 1935 durante la cual un bombardero Heyford voló a unos 2.000 metros cerca de una estación de transmisión en Daventry y fue identificado a 13 kilómetros en un visualizador de osciloscopio de rayo catódico en la parte trasera de una furgoneta. Este

experimento

solo

utilizó

materiales

fácilmente

disponibles.

Pág. 4

RADAR

3.

COMO FUNCIONA El principio electrónico de base para el funcionamiento del radar es muy similar al de

la reflexión de ondas sonoras. Si se emite un sonido en la dirección de un objeto que refleje el sonido (como un cañón rocoso o una cueva) es posible escuchar el eco y,

conociendo la velocidad del sonido

en el aire y el tiempo de retardo, se pueden calcular la posición relativa y la distancia a la que se encuentra el objeto, con base en la relación entre espacio velocidad y tiempo. El radar emplea pulsos de energía electromagnética en una forma similar. La energía de radiofrecuencia (RF) se transmite hacia y se refleja desde un objeto reflector. Una pequeña fracción de la energía reflejada, denominada ECO como en el caso de las ondas sonoras, retorna al equipo radar. Los equipos radar analizan el eco para determinar la dirección y distancia del objeto reflector.

3.1.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO La antena radar ilumina un objeto (blanco) con una señal de microondas; el blanco la

refleja y entonces es captada por un dispositivo receptor. La señal eléctrica que capta la antena se denomina señal eco o de retorno. La señal radar es generada por un transmisor potente y recibida por un receptor altamente sensible.

Todos los blancos producen reflexiones difusas, es decir que reflejan energía en varias direcciones. La señal reflejada también se denomina dispersión. El término con que se conoce la señal que se refleja en la dirección exactamente opuesta a la de la señal incidente es Backscatter (dispersión de retorno). Las señales radar se pueden desplegar en indicadores planos de posición (PPI) u otros sistemas de visualización más avanzados. El PPI muestra un vector rotatorio en cuyo origen se encuentra el radar; indica la dirección hacia la que apunta la antena y, por consiguiente, el acimut (azimut) de los blancos.

Pág. 5

RADAR

3.2.

REFLEXION Las ondas electromagnéticas se dispersan cuando hay cambios significativos en las

constantes dieléctricas o diamagnéticas. Esto significa que un objeto sólido en el aire o en el vacío (es decir, un cambio en la densidad atómica entre el objeto y su entorno) producirá dispersión de las ondas de radio, como las del radar. Esto ocurre particularmente en el caso de los materiales conductores como el metal y la fibra de carbono, lo que hace que el radar sea especialmente indicado para la detección de aeronaves. En ocasiones los aviones militares utilizan materiales con sustancias resistivas y magnéticas que absorben las ondas del radar, reduciendo así el nivel de reflexión. Estableciendo una analogía entre las ondas del radar y el espectro visible, estos materiales equivaldrían a pintar algo con un color oscuro. La reflexión

de

las ondas del radar varía en función de su longitud onda

y

forma

de de

la del

blanco. Si la longitud

de

onda es mucho menor que el tamaño del blanco, la onda rebotará del mismo modo que la luz contra un espejo. Si por el contrario es mucho más grande que el tamaño del blanco, lo que ocurre es que este se polariza (separación física de las cargas positivas y negativas) como en un dipolo (véase: Dispersión de Rayleigh). Cuando las dos escalas son similares pueden darse efectos de resonancia. Los primeros radares utilizaban longitudes de onda muy elevadas, mayores que los objetivos; las señales que recibían eran tenues. Los radares actuales emplean longitudes de onda más pequeñas (de pocos centímetros o inferiores) que permiten detectar objetos del tamaño de una barra de pan. Las señales de radio de onda corta (3 kHz-30 MHz) se reflejan en las curvas y aristas, del mismo modo que la luz produce destellos en un trozo de cristal curvo. Para estas longitudes de onda los objetos que más reflejan son aquellos con ángulos de 90º entre las superficies reflectivas. Una estructura que conste de tres superficies que se juntan en una esquina (como la de una caja) siempre reflejará hacia el emisor aquellas ondas que entren por su abertura. Este tipo de reflectores, denominados reflectores de esquina (corner reflectors, ver imagen a la derecha), se suelen usar para hacer "visibles" al radar objetos que en otras Pág. 6

RADAR circunstancias no lo serían (se suelen instalar en barcos para mejorar su detectabilidad y evitar choques). Siguiendo el mismo razonamiento, si se desea que una nave no sea detectada, en su diseño

se

procurará

eliminar

estas

esquinas

interiores,

así

como

superficies

y

bordes

perpendiculares a las posibles direcciones de detección. De ahí el aspecto extraño de los aviones "stealth" (avión furtivo). Todas estas medidas no eliminan por completo la reflexión debido a la difracción, especialmente para longitudes de onda grandes. Otra contramedida habitual es arrojar cables y tiras metálicas cuyo largo es media longitud de onda (chaffs) con la idea de cegar al radar son efectivas, si bien la dirección hacia la que se reflejan las ondas es aleatoria cuando lo óptimo sería dirigir la reflexión hacia el radar que se quiere evitar. El factor que da la medida de cuánto refleja un objeto las ondas de radio se llama "sección transversal de radar" (σ), traducción del inglés RCS ("Radar Cross Section").

3.3.

POLARIZACION El campo eléctrico de la señal que emite un radar es perpendicular a la dirección de

propagación. La dirección de dicho campo determina la polarización de la onda. Los radares usan

polarizaciones

horizontales,

verticales,

lineales

o

circulares,

en

función

de

la

aplicación. Por ejemplo, la polarización circular es adecuada para minimizar la interferencia causada por la lluvia (pero debe evitarse para radares meteorológicos que lo que buscan es cuantificar las precipitaciones). La lineal permite detectar superficies de metal. La polarización aleatoria es adecuada para detectar superficies irregulares como rocas y se usa en radares de navegación. La señal de radar puede ser polarizada (usualmente horizontal y vertical) Las polarizaciones son controladas cambiando entre antenas H y V: – HH: Horizontal Transmit, Horizontal Receive – HV: Horizontal Transmit, Vertical Receive – VH: Vertical Transmit, Horizontal Receive – VV: Vertical Transmit, Vertical Receive Modo “Quad-Pol-cuando cuatro polarizaciones son medidas Diferentes

polarizaciones

pueden

ser

utilizadas

para

determinar

las

propiedades

físicas del objeto observado

4.

BIBLIOGRAFIA

Páginas de internet 

https://www.radescan.com/index.php?

option=com_content&view=article&id=1&Itemid=102&lang=es

 https://www.unocero.com/noticias/como-funciona-el-radar/  https://www.radescan.com/index.php? option=com_content&view=article&id=1&Itemid=102&lang=es Pág. 7

RADAR  https://www.ingmecafenix.com/automatizacion/sensores/el-radar/  https://definicion.de/radar/  https://unicrom.com/historia-del-radar/  https://historia-biografia.com/historia-del-radar/  https://www.curiosfera.com/quien-invento-el-radar-historia/ 

http://www.radartutorial.eu/01.basics/Principio%20Radar.es.html#this

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