Indice
1.
Introducción
2. Sistemas de
Radar
4. Sistemas y
Aplicaciones
5. Principales Aplicaciones de Sistemas
de Radar
6. Bibliografia
El Radar es un sistema
electrónico que permite detectar objetos y determinar la
distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio que son
reflejadas por el objeto y que al ser recibidas de nuevo por la
antena del radar permiten calcular la distancia a la que se
encuentra el objeto, en función
del tiempo que
tardó en ir y volver la señal de radio
De todos es conocida la utilización del radar en
el control del
tráfico aéreo y en el control policial
de la velocidad en
el tráfico rodado. Además, estos están
siendo utilizados en sistemas
especiales que permiten formar, mediante un elaborado procesado
de la señal radar, imágenes
de la superficie planetaria con resoluciones del orden de algunos
metros. Las aplicaciones potenciales de estos sistemas son
innumerables: cartografía de zonas de alta nubosidad
(inaccesibles mediante sensores
ópticos), obtención de modelos
topográficos a escala mundial de
alta precisión, exploración de otros planetas o
satélites
con atmósfera, determinación de recursos
hídricos, vegetación, clasificación de
cultivos, etc.
El trabajo presentado a continuación presenta una
visión detallada de lo que es "Un Sistema de
Radar", el principio de funcionamiento de estos, los tipos
existentes , entre otros tópicos que nos permitirán
adentrarnos en tan importante campo de investigación .
Principios de Radar
El Radar es un sistema electrónico que permite
detectar objetos y determinar la distancia a que se encuentran
proyectando sobre ellos ondas de radio que son
reflejadas por el objeto y que al ser recibidas de nuevo por la
antena del radar permiten calcular la distancia a la que se
encuentra el objeto, en función del tiempo que
tardó en ir y volver la señal de radio.
La palabra radar corresponde a las iniciales de "radio
detection and ranging", y fue utilizado por las fuerzas aliadas
durante la IIª Guerra Mundial
para designar diversos equipos de detección y para fijar
posiciones. No sólo indicaban la presencia y distancia de
un objeto remoto, denominado objetivo, sino
que fijaban su posición en el espacio, su tamaño y
su forma, así como su velocidad y la
dirección de desplazamiento.
Aunque en sus orígenes fue un instrumento
bélico, hoy se utiliza ampliamente para fines
pacíficos, como la navegación, el control del
tráfico aéreo, la detección de
fenómenos meteorológicos y el seguimiento de
aeronaves.
El Radar: de dónde viene y hacia dónde
va
De todos es conocida la utilización del radar en
el control del tráfico aéreo y el temido control
policial de la velocidad en el tráfico rodado. Pero
¿cuándo se inventó el radar, cómo ha
evolucionado hasta nuestros días y qué otras
aplicaciones tiene?
Aunque no puede hablarse de una fecha precisa, los
orígenes del Radar se sitúan a mediados de la
década de los 30 . Estamos pues ante una disciplina con
casi 60 años de vida, anuque existen algunos precursores
anteriores. El propio Hertz en sus experimentos
(1888) ya constató la perturbación que objetos de
diversa naturaleza
causaban en las ondas de radio. En 1904, el alemán C.
Hülsmayer patentó un sistema destinado a la
detección radioeléctrica de barcos . No obstante,
en aquella época el interés
político e industrial en estos sistemas es escaso y no se
va más allá de algunas experiencias
aisladas.
La tensión internacional existente en los albores
de la segunda guerra
mundial, hizo que las administraciones de todos los
países con tecnología propia en
radio impulsaran el desarrollo de
los primeros radares. Estos sistemas radiaban señales de
onda continua o pulsadas en HF,VHF,UHF siendo capaces algunos de
ellos de detectar y situar aviones a distancias del orden del
centenar de kilómetros.
A principios de los
40, dos investigadores ingleses de la Univ. de Birmingham
inventan el magnetron de cavidad, capaz de generar potencias de
kilowatios a frecuencias de microondas.
La posibilidad de lograr directividades elevadas con
antenas
pequeñas impulsó fuertemente el desarrollo
tecnológico en esta banda hasta el punto de que gran parte
de los dispositivos pasivos de potencia de
microondas tal
como los conocemos en nuestros días se desarrollaron en
esta década. El entonces código
secreto de denominación de las bandas de microondas: L
(1-2 GHz),S (2-4 GHz),C (4-8 GHz),X (8-12.5 GHz),etc. se ha
consolidado como el estandard actual.
En esta época el radar fue aplicado
fundamentalmente a intereses militares: vigilancia y
localización aérea y marítima, control de
tiro, etc., siendo aplicado también como ayuda a la
navegación al creciente tráfico aéreo
civil.
En los años 50 se profundizó en las bases
teóricas del radar, consiguiéndose determinar los
límites
alcanzables en la detectabilidad, determinación de
posición, velocidad, etc. Algunos conceptos fundamentales
como el filtro adaptado, compresión de pulsos, teoría
de la detección, etc. se desarrollan por radaristas de
esta época, aplicándose posteriormente a los
sistemas de telecomunicación. La disponibilidad de los
klystron, válvulas
de potencia capaces
de amplificar linealmente en el margen de microondas
permitió la utilización de señales
elaboradas de larga duración y gran energía,
obteniéndose resoluciones de distancia comparables a
impulsos mucho más cortos.
En esta década empiezan a consolidarse algunas
aplicaciones civiles del radar como ayuda a la navegación
aérea y marítima, radares meteorológicos
proporcionando información en tiempo real sobre
precipitaciones, vientos, etc. y los radares de apertura
sintética (SAR) ideados para formar imágenes
de alta resolución de la superficie terrestre.
A partir de los años sesenta hasta la actualidad,
el radar ha impulsado y se ha beneficiado del gran progreso
tecnológico en materia de
estado
sólido, circuitos y
procesadores
digitales, amplificadores de potencia y bajo ruido,
agrupaciones de antenas de fase
controlada, etc. Estos avances han permitido construir sistemas
altamente complejos como los radares tridimensionales capaces de
situar y seguir centenares de blancos en distancia, acimut y
elevación, o los radares transhorizonte que al trabajar en
HF poseen alcances del orden de 2000 km. También se han
desarrollado nuevos sistemas concebidos para el sondeo
geológico subterráneo o radares laser (lidares)
para la medida de aerosoles y contaminantes en la atmósfera.
Indudablemente los intereses de defensa han seguido
iniciando y financiando el desarrollo del radar, los avances e
innovaciones se han transferido en pocos años a los
ámbitos civil y comercial del radar y las telecomunicaciones. Sin embargo, esta
situación ha empezado a cambiar recientemente al dedicarse
un creciente esfuerzo científico y dotación de
recursos
directamente a programas de
observación de la Tierra con
técnicas de teledetección. La
monitorización de parámetros geofísicos en
un momento de creciente preocupación por la estabilidad
climática y biológica de nuestro planeta,
está impulsando el desarrollo de nuevos sensores radar
aerotransportados o embarcados en satélites.
Aunque los sensores tradicionales utilizados en
teledetección son ópticos (Meteosat, Landsat, Spot,
etc.), puede afirmarse que el radar se ha convertido en el centro
de atención: en los últimos dos
años más de la mitad de los trabajos publicados en
una de las revistas de teledetección más
prestigiosas se centran en el estudio de las aplicaciones del
radar.
¿Qué Información puede Ofrecer el Radar sobre
Nuestro Entorno?
Al margen de algunas aplicaciones ya consolidadas como
la meteorología radar, sondeo ionosférico y del
subsuelo, etc., los trabajos de I+D actuales se centran en tres
tipos de sensores embarcados en satélite:
altímetros, radares de apertura sintética (SAR) y
dispersómetros
Los Altímetros permiten determinar con una
precisión del orden del centímetro la superficie
promedio de mares y océanos (geoide), de la que puede
obtenerse por ejemplo la topografía submarina a escala
mundial.
Los Radares de Apertura Sintética permiten
formar, mediante un elaborado procesado de la señal radar,
imágenes de la superficie planetaria con resoluciones del
orden de algunos metros. Las aplicaciones potenciales de estos
sistemas son innumerables: cartografía de zonas de alta
nubosidad (inaccesibles mediante sensores ópticos),
obtención de modelos
topográficos a escala mundial de alta precisión,
exploración de otros planetas o
satélites con atmósfera, determinación de
recusos hídricos, vegetación, clasificación
de cultivos, etc.
Los Dispersómetros permiten obtener
información sobre la naturaleza de las
superficies observadas o del viento sobre el mar a partir de la
medida precisa de la reflectividad radar.
En 1978 la NASA lanzó el Seasat, un
satélite destinado fundamentalmente a la observación del mar dotado de los tres
sensores radar citados. La vida del satélite quedó
reducida a tres meses debido a una avería en su sistema
energético, sin embargo el enorme volumen de
datos
suministrado (aún hoy en dia no ha concluido su análisis) permitió evaluar las
aplicaciones previstas e idear otras nuevas.
En estos últimos años todas las
administraciones espaciales están dedicando inversiones
considerables al desarrollo de sensores radar:los EEUU han
utilizado su lanzadera para realizar varias campañas de
medidas SAR: SIR A, SIR B y la próxima SIR C. La misión SAR
del Magallanes (Magellan) a Venus ha cartografiado con éxito
la totalidad del planeta. En paralelo están desarrollando
una gran plataforma espacial (El Earth Observation Sytem) dotada
de sensores de variada naturaleza entre ellos el
radar.
La Agencia Espacial Europea (ESA) está explotando
desde 1991 el Satélite ERS-1 dotado como el Seasat de los
tres tipos de sensores, y se dispone a lanzar próximamente
una versión mejorada: el ERS-2, a la vez que ya
está diseñando nuevos sistemas de concepción
más avanzada.
Japón puso en órbita en JERS-1 en 1992 un
satélite SAR dedicado fundamentalmente a aplicaciones
geológicas. Hacia finales de 1994 Canadá
pondrá en órbita su satélite RADARSAT con un
SAR especializado en monitorización de hielos y zonas
forestales.
Rusia posee también dos satélites SAR
Almaz I y II, y curiosamente está comercializando los
datos
obtenidos a través de una agencia en EEUU.
¿Qué vamos hacer con todos estos datos y
como van a afectar la vida del ciudadano de a pie?
En primer lugar la explotación comercial de estos
sistemas aún en fase de investigación es aún limitada. Se
espera una utilización progresiva de estas técnicas
en los próximos años por parte de las
administraciones medioambientales, de planificación de recursos, territorio, etc.
que a su vez tomarán decisiones políticas
que nos afectarán a todos. En el ámbito de la ciencia y
la ingeniería el desarrollo de estas
técnicas se traduce en oportunidades de trabajo en la
industria de
alta tecnología y espacial y también en
el sector de servicios
añadidos derivados de los datos.
3. Procesamiento de
Imágenes de Radar
El término Radar ("Radio Detection And Ranging")
ha sido utilizado de forma genérica para clasificar los
sistemas que operan en la región de frecuencias del
microondas. Estos sistemas fueron utilizados inicialmente con
fines militares durante la Segunda Guerra
Mundial y posteriormente con fines civiles a partir de la
década del 70.
La creciente utilización del uso de
imágenes de la región de microondas se debe a las
características propias del sistema de
captación de estas imágenes, ya que la
región espectral de operación permite una alta
transmisión de las ondas electromagnéticas en la
atmósfera independiente de la iluminación solar, e inclusive durante
precipitaciones o condiciones de nubosidad, pudiendo generar
imágenes bajo las condiciones más
adversas.
La transmisión de las ondas
electromagnéticas por un medio es directamente
proporcional a la longitud de onda, de esta forma cuanto menor es
la frecuencia del radar mayor será su penetración.
Esta facilidad permite la obtención de imágenes
donde los sistemas que operan en la región del visible y
del infrarrojo se muestran ineficientes, principalmente en
situaciones de extensa cobertura de nubes como es la
región amazónica.
La figura a seguir presenta la curva del porcentual de
transmisión de las ondas por longitud de onda, que abarca
la región del visible, infrarrojo y microondas.
La extensión de la penetración depende de
la humedad, de la densidad de la
vegetación, bien como de la longitud de onda. De esta
manera, longitudes de onda menores interactúan con los
estratos superficiales de la vegetación y las longitudes
de onda más largas con los estratos inferiores de la
vegetación, pudiendo en algunos casos hasta interactuar
con el suelo o inclusive
con el subsuelo.
Penetración de las señales
de Radar en vegetación.
Fuente: Ulaby et al (1981a), p.4.
Mientras que en la porción del espectro óptico la
interacción ocurre a nivel de resonancia molecular en la
superficie de contacto, en microondas la respuesta está
condicionada por la geometría
y la profundidad de las grandezas dieléctricas de la
superficie.
La combinación de imágenes de microondas y
del espectro óptico permite comprender mejor los
diferentes albos ya que se pueden inferir las diferentes
propiedades de los mismos.
Los sistemas de radar pueden ser agrupados en
imageadores (o generadores de imágenes) y los no
imageadores (Ulaby et al., 1981a). Los imageadores comprenden los
sistemas de antena rotatoria, los radares de vista lateral de
abertura real (SLAR) y los radares de vista lateral de abertura
sintética (SAR). Entre los no imageadores se destacan los
escaterómetros, los espectrómetros y los
altímetros.
Los SLAR-RAR (Radares de Vista Lateral de Abertura Real)
fueron los primeros sistemas imageadores por microondas, los
cuales fueron utilizados durante la II Guerra Mundial
como auxiliares a bombardeos nocturnos.
El SLAR posee una antena que ilumina lateralmente los
albos con un haz que es amplio verticalmente y estrecho
horizontalmente. El barrido para la obtención de la
imagen es
producido por el propio movimiento de
la aeronave durante el paso sobre el área a ser
recubierta. Este radar presenta el inconveniente de que su
resolución azimutal es directamente proporcional a la
distancia entre la antena y el albo imageado, e inversamente
proporcional a la longitud de onda de la antena utilizada para el
imageamiento. De esta forma, para obtener una mejor
resolución azimutal es preciso disminuir la distancia
entre el radar y el albo o aumentar la longitud de la
antena.
Con el desarrollo del Radar de Abertura Sintética
(SAR) en la década del 50, fue solucionado el problema
descrito antes, ya que la resolución azimutal de este
nuevo sistema no depende de la distancia entre el radar y el
albo. La utilización para uso civil de estos radares, se
inició en la década del 70, cuando fueron
realizados algunos programas
utilizando imágenes de radar a bordo de
aeronaves.
La utilización de radar a nivel orbital se
inició con el lanzamiento del SEASAT en 1978 y con base en
sus datos, la NASA comenzó el Programa SIR
("Shuttle Imaging Radar"), que consistió en una serie de
vuelos de corta duración.
Dentro de este programa fueron
lanzados el SIR-A, el SIR-B en 1981 y 1984 respectivamente y el
SIR-C en 1994. Las misiones con una duración mayor, se
iniciaron con el lanzamiento del ALMAZ-1 en 1981, ALMAZ-2 en
1991, ERS-1 en 1991 y JERS-1 en 1992, ERS-2 en 1995 y el RADARSAT
en 1995.
5. Principales Aplicaciones
de Sistemas de Radar
Geología
- Análisis de estructuras
geológicas (fracturas, fallas, pliegues y foliaciones);
litotipos, geomorfología (relieve y
suelos) e
hidrografía para investigación de recursos
minerales; - Evaluación del potencial de los recursos
hídricos superficiales y
subterráneos; - Identificación de áreas para
prospección mineral.
Agricultura
- Planeamiento y monitoreo agrícola;
- Identificación, mapeo y fiscalización
de cultivos agrícolas; - Determinación relativa de la humedad de los
suelos;
eficiencia de
sistemas de irrigación. - Cartografía
- Levantamiento planimétrico (escalas 1:20.000 a
1:50.000); - Levantamiento altimétrico
(interferometría).
Bosques
- Gerencia y planeamiento de
bosques; - Determinación de grandes clases de
bosques; - Identificación de la acción de
determinadas enfermedades; - Elaboración de cartografía referente a
deforestación; - Identificación de áreas de corte
selectivo; - Estimativa de biomasa.
Hielo y nieve
- Mapeo/clasificación de hielo;
- Monitoreo del deshielo-inundaciones.
Hidrología
- Gerencia y planeamiento de
los recursos hídricos; - Detección de la humedad del suelo;
- Interpretación de parámetros
hidrológicos: transmisividad, dirección de flujo, permeabilidad, entre
otros.
Medio Ambiente
- Planeamiento y monitoreo ambiental;
- Identificación, evaluación y monitoreo de recursos
hídricos y de los procesos
físicos del medio
ambiente (intemperismo, erosión,
deslizamientos, entre otros); - Identificación y análisis de la degradación
causadas por mineralizaciones, deposición de residuos,
acción antrópica, entre otros; - Identificación, análisis y monitoreo de
riesgos
ambientales.
Oceanografía
- Monitoreo del estado del
mar, corrientes, frentes de viento; - Espectro de ondas para modelos numéricos de
previsión; - Mapeo de la topografía submarina (condiciones
específicas); - Polución marina causada por derrames de
petróleo; - Detección de barcos – pesca
ilegal; - Apoyo para el establecimiento de rutas
marítimas.
Uso de la Tierra
- Planeamiento del uso de la tierra;
- Clasificación de suelos;
- Clasificación del uso de la
tierra; - Inventario, monitoreo (detección de cambios),
planeamiento; - Patrones de irrigación/déficit
hídrico; - Salinización de suelos.
Radares Meteorológicos Doppler
Los radares meteorológicos son los unicos equipos
capaces de seguir y predecir el comportamiento
de eventos
meteorológicos significativos como fuertes tormentas,
tornados, granizadas, lluvias, etc
Estos eventos se
caracterizan por afectar areas pequeñas pero con
importantes daños y se desarrollan y evolucionan muy
rapidamente por lo que debe contarse, para alertar sobre los
mismos, con instrumentos de
medición en tiempo real dentro de areas relativamente
pequeñas.
En los ultimos 10 años el costo de un radar
doppler se ha reducido en mas de 5 veces por lo que en la
actualidad, es posible, incluso para empresas
privadas, la instalación y operación de un radar
doppler para prevenir inconvenientes de origen
meteorológico en sus actividades. Empresas de
pesca,
petroleras,centros de deportes invernales, entre otras,
pueden reducir drasticamente los inconvenientes en sus
actividades con la utilización de un radar doppler,
evitando perdidas, daños al medio ambiente y
riesgos a la vida
humana.
http://www.ingalvarez.com.ar/radares.htm
http://smn.cna.gob.mx/radares/descripcion/rada-desc.html
http://bigbang.une.edu.ve/computacion/Noraida/DERECHO.htm
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