Principios Generales Y Fundamentos

El radar es de los sensores corrientemente empleados, el que produce su propia iluminación en forma de ondas de radio (sensor activo).

Como se conocen exactamente las propiedades de la radiación emitida, se puede saber exactamente el tiempo que demora la onda en ir hasta un objeto y regresar. Con ese tiempo y conociendo la velocidad de propagación de la onda, se calcula la distancia al objeto. Con los valores de distancia y velocidad calculados, se emplean en el radar para mejorar la resolución en los sistemas que forman imagen.

El RADAR (Radio Detection and Ranging) se desarrolló alrededor de 1920 por grupos militares para la detección y ubicación de aviones y barcos. Posteriormente, al finalizar la segunda guerra mundial se desarrollaron los sistemas de radar para formar imágenes.

La mayor ventaja del radar es que puede operar bajo cualquier condición atmosférica, con o sin nubes, tanto de día como de noche y sin influencia de radiaciones térmicas.

La banda activa del radar es la correspondiente al rango de microondas comprendida entre 0.75 cm (banda Ka) y 1 m (banda P), en esta ultima banda se facilita la penetración de nubes y niebla. Si la longitud de onda es superior a 3 cm., también podrá penetrar parcialmente nubes espesas (recargadas de agua) y precipitaciones pluviales.

http://webapp.ciat.cgciar.org/dtmmicroondas

Los radares aerotransportados de barrido circular, suelen caracterizarse por su pobre definición, y se debe a que las antenas son bastante pequeñas. Para obtener una buena resolución, es necesario usar un sistema cuya apertura sea grande respecto de la longitud de

onda de la radiación recibida. En otras palabras, la resolución de una antena de gran apertura es mayor que la de una antena de poca apertura.

Evidentemente, es difícil montar a bordo de un avión una antena giratoria de grandes dimensiones, pero resulta fácil montar en su fuselaje una antena fija de 5 m de longitud, por ejemplo, orientada hacia uno de los lados del aparato y que por sus características adquiere una longitud virtual muy grande.

Los radares pueden ser instalados sobre aviones (aerotransportados) o sobre plataformas espaciales (satélites), éstos poseen una antena que transmite y/o recibe señales generando imágenes en las cuales se pueden observar características físicas de la superficie de la tierra.

El sistema de radar más empleado para producir imágenes es el SLAR (Side Loocking

Airborne Radar). En este sistema se registra la imagen de una franja de terreno paralela a la línea de vuelo y ubicada hacia un lado o ambos del avión.

Tipo de radares

De acuerdo con el tamaño de la antena, los radares también pueden dividirse en dos grandes grupos:

RAR (Radar de Apertura Real)

Los RAR son equipos donde el tamaño de la antena es controlado por la longitud física de la antena. Se los denomina radares no coherentes. El que se utilizó en aspectos forestales es el Westinghouse, con una longitud de onda de 0.86 cm. (banda Ka) en la mapificación de los bosques húmedos tropicales de Colombia.

Este radar posee una antena de 4 metros de longitud; un alcance oblicuo máximo de 24 km. con una duración de impulso de 0.07 microsegundos y una resolución de objetos a 16 Km. de distancia oblicua del radar de Ry (resolución en el eje y)= 12 m. Rx (resolución en el eje x) = 21 m. Altura de vuelo sobre el terreno 6.000 metros. Escala media de imágenes 1:218.000.

La ventaja de los equipos RAR esta en su diseño simple y en el procesamiento de los datos. Sin embargo su resolución es pobre para el rango cercano, misiones de baja altitud y longitudes de onda baja. El uso de estos datos estaría limitado para longitudes de onda mas corta y sería difícil aplicarlos a estudios atmosféricos o de dispersión, debido a que las misiones vuelan a baja altitud y su cobertura es pequeña.

La resolución de la imagen es limitada por la longitud focal en los sistemas ópticos y por la longitud de la antena en el radar. La antena necesita tener varias veces el tamaño de la longitud de onda para reducir el ancho de banda de la señal emitida. Sin embargo es impráctico diseñar una antena suficientemente grande como para producir datos de alta resolución.

SAR (Radar de Apertura Sintética)

La resolución en un sistema de radar es controlada por la longitud del pulso de la señal y el ancho del rayo proveniente de la antena. La longitud del pulso determina la resolución en la dirección de propagación de la energía (dirección del alcance). Pulsos más cortos dan lugar a una alta resolución en el alcance. El ancho del rayo proveniente de la antena determina la resolución en la dirección del vuelo o del azimut. La amplitud de la señal es directamente proporcional a la longitud de onda del radar e inversamente proporcional a la longitud de la antena que la transmite.

Esto significa que la resolución se deteriora con la distancia a la antena. Para tener una alta resolución en la dirección del azimut, la antena de radar debe ser muy larga.

Fig….Generación de una antena de apertura sintética de longitud L

a partir de una antena real de longitud. http://webapp.ciat.cgciar.org/dtmradar

Principio de operación del Radar que forma imagen.

El campo electromagnético generado por el Radar (iluminación), depende únicamente de las características del sistema. Los sistemas de radar son en general monocromáticos, es decir que producen radiaciones en una sola  y con una pureza espectral comparable a la que se obtiene en el rango visible o infrarrojo.

La figura 5.5.2 representa esquemáticamente el principio de funcionamiento de un radar que transmite señales no en forma continua, sino a impulsos.

Fig.5.5.2. Diagrama de bloques de un radar de pulsos Fuente: www.tecnoradar.es/partesradar.html

El ciclo comienza en el sincronizador, que produce una señal eléctrica o de ondas electromagnéticas, la cual es enviada en forma de impulsos de varios kilovatios de potencia y de 0.01 a 0.1 microsegundos de duración. El receptor utiliza también esta señal para poner en marcha su reloj interno en espera del eco devuelto por el obstáculo. El oscilador produce la señal de frecuencia que se transmite por la antena e incluye un amplificador para obtener la potencia necesaria. La unidad de control de tiempo establece la duración exacta del impulso y la señal es transmitida a través de la antena, la cual controla la polarización y dirección de emisión y luego la recibe.

La antena es metálica y puede ser sólida o estar formada por una malla. La forma de la antena determina la configuración de la radiación emitida, por consiguiente se emplea generalmente una antena parabólica para producir un haz en forma de abanico.

El equipo con que se realizó el Proyecto Radargramétrico del Amazonas en 1974 donde se relevó el departamento Caquetá (Colombia) consta de un avión jet Caravelle de la empresa GEMS (Good Year Electronic Mapping System) equipado con un sistema inercial de navegación, que sirve para mantener el vuelo controlado con gran precisión, el radar de visión lateral, cámaras cartográfica y multiespectral que proporcionan una información adicional sobre el terreno observado.

La figura 5.5.1 muestra al radar aerotransportado de visión lateral con todo el instrumental electrónico para la formación de imágenes.

El barrido del terreno en dirección perpendicular a la línea de vuelo, puede hacerse por giro mecánico de la antena o electrónicamente.

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Figura 5.5.1. Sistema de Radar aerotransportado de visión lateral. Tomado de “Radar de imágenes laterales aerotransportado” H.Jensen, L.C.Graham, L.J. Porcello y E. Leite. Rev. Investigación y Ciencia. Dic. 1977.

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La antena fijada en el fuselaje emite impulsos cortos de microondas. El haz forma un abanico de pequeña apertura y su dirección es perpendicular a la línea de vuelo. Cuando uno de dichos impulsos llega a tierra, es reflejado por ella y una fracción del impulso original vuelve al avión. Allí es recibido por la misma antena que lo emitió y es enviado a un receptor de radio muy sensible. En el receptor se genera una señal cuya amplitud depende de la intensidad de microondas recibidas cada instante. Esta señal controla la luminosidad del haz de un tubo de rayos catódicos. El haz se registra sobre una película. Puesto que las microondas se mueven en línea recta,

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radiación atraviesa la atmósfera, se refleja en el terreno y vuelve hacia la antena, donde es recibida. El tiempo que demora la onda desde que parte de la antena hasta que regresa a ella, es función de la distancia del radar al objeto. El sistema de control E/R (emisión/recepción) tiene como principal objetivo separar en el tiempo la señal emitida de la señal recibida, dando lugar a que llegue la señal de los puntos más distantes. La señal recibida es amplificada y registrada en cinta magnética, para producir luego una imagen visual. También se puede formar directamente una imagen similar a una fotografía utilizando un TRC( tubo de rayos catódicos). Tomado de “Radar de imágenes laterales aerotransportado” H.Jensen, L.C.Graham, L.J. Porcello y E. Leite. Rev. Investigación y Ciencia. Dic. 1977.