Radar
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Radar è l'acronimo della frase inglese radio detection and ranging, e come dice il nome è un sistema che usa le onde radio per rilevare la distanza, la posizione e la velocità di oggetti: storicamente la prima applicazione (e a tutt'oggi la più importante) è il rilevamento di posizione, rotta e successivamente la velocità di aerei e navi. Nel tempo il principio fondamentale è stato applicato anche al telerilevamento, e sono stati costruiti radar meteorologici in grado di rilevare con precisione non solo pioggia, grandine e altre precipitazioni, ma perfino direzione e forza dei venti. Altra applicazione è il monitoraggio della velocità di veicoli su strada.
Il componente fondamentale di ogni radar è una base dei tempi, un dispositivo simile a un orologio che permette di misurare intervalli di tempo in modo molto preciso. A determinati intervalli regolari, un trasmettitore emette un impulso a radiofrequenza, che viene trasmesso nello spazio tramite una antenna fortemente direzionale (almeno nel piano parallelo al suolo, il cosiddetto piano degli azimuth). Subito dopo l'emissione la stessa antenna viene collegata a un ricevitore sensibilissimo, che resta in ascolto dell'eco riflessa. Se vi è un bersaglio, l'impulso trasmesso viene riflesso e quindi ritorna all'antenna ed elaborato dal ricevitore. Misurando il tempo che intercorre tra la trasmissione dell'impulso ed il ritorno dell'eco è possibile dire a che distanza si trova il bersaglio, visto che la velocità a cui si propaga l'impulso è nota ed è pari alla velocità della luce. In pratica abbiamo:
dove:
- R è la distanza del bersaglio
- c è la velocità della luce
- T è il tempo impiegato dall'impulso per raggiungere il bersaglio e tornare all'antenna
Il tempo di commutazione dell'antenna deve essere ovviamente il più piccolo possibile, tuttavia è la durata dell'impulso trasmesso che determina la distanza minima a cui il radar può rilevare oggetti, infatti il ricevitore non può essere azionato finché non viene spento il trasmettitore. Gli intervalli di emissione del trasmettitore determinano la cosiddetta portata strumentale, cioè la distanza massima a cui un determinato modello di radar può rilevare oggetti. La reale distanza alla quale è possibile rilevare bersagli è in realta legata, tramite l'equazione del radar (vedi oltre), alle potenze in gioco e a tutta un'altra serie di fattori quali la rumorosità intrinseca del ricevitore, la sua sensibilità nonché all'ambiente che disturba la ricezione con il fenomeno del clutter.
I dati combinati dell'orientamento dell'antenna all'atto dell'emissione dell'impulso e del tempo di eco del segnale forniscono la posizione di un oggetto nel campo di rilevamento del radar; la differenza fra due rilevamenti successivi (o lo spostamento doppler in un singolo rilevamento, nei modelli più recenti) determinano velocità e direzione del moto dell'oggetto rilevato. Sullo stesso principio applicato in modo diverso (antenna che si muove verticalmente) si basano i radar di scoperta aerea, mentre i radar per sistemi di guida missili sono quasi sempre radar doppler in grado di discriminare, dallo spostamento di frequenza dell'eco, i bersagli in movimento dal terreno.
Nell'aviazione di oggi gli aerei sono dotati di transponder, cioè di un sistema radio che "sente" l'impulso radio in arrivo ed emette un brevissimo impulso che contiene, codificati, una sigla caratteristica dell'aereo assegnata dal controllore del traffico aereo. Questa sigla viene poi visualizzata sullo schermo radar dei controllori di volo. Oltre alla sigla di identificazione i transponder sono in grado di comunicare al radar (che nel caso civile quindi si comporta in pratica da sistema di comunicazione) la quota barometrica e nei modelli più recenti persino la posizione GPS.
Indice |
[modifica] Equazione radar
Nel caso di bersaglio singolo, la quantità di potenza Pr che ritorna all'antenna ricevente è data dall'equazione del radar:
dove
- Pt = potenza del trasmettitore,
- Gt = guadagno dell'antenna del trasmettitore,
- Ar = superficie dell'antenna del ricevitore,
= superficie equivalente dell'oggetto,- Rt = distanza dal trasmettitore all'oggetto,
- Rr = distanza dall'oggetto al ricevitore.
Nel caso più comune, dove trasmettitore e ricevitore sono nello stesso punto, Rt = Rr e quindi Rt² Rr² può essere sostituito da R4, dove R è la distanza dall'apparato radar all'oggetto.
La formula mostra come la potenza dell'onda riflessa diminuisce con la quarta potenza della distanza, quindi l'entità del segnale ricevuto è veramente esigua, a fronte di una potenza trasmessa tipicamente elevata.
[modifica] Frequenze operative
I nomi delle bande delle frequenze operative hanno avuto origine in alcuni casi da nomi in codice in uso durante la Seconda Guerra Mondiale e sono ancora in uso sia negli ambienti civili sia in quelli militari in tutto il mondo. Sono stati adottati negli Stati Uniti dall'IEEE, e in ambito internazionale dall'ITU.
La maggior parte dei paesi ha dei regolamenti che stabiliscono quali segmenti di ciascuna banda sono utilizzabili e per quali usi.
Gli altri utenti dello spettro di frequenze radio, come la trasmissione e le contromisure elettroniche (ECM), hanno invece sostituito le designazioni provenienti dagli ambienti militari con propri sistemi.
| Nome della Banda | Frequenza | Lunghezza d'onda | Note |
|---|---|---|---|
| P | 230 - 1000 MHz | 130 - 30 cm | 'P' per 'previous', utilizzate per sorveglianza a lungo e lunghissimo raggio al di là della linea dell'orizzonte e per controllo balistico |
| L | 1 - 2 GHz | 30 - 15 cm | controllo del traffico aereo a lungo raggio e sorveglianza; 'L' per 'long', onde lunghe |
| S | 2 - 4 GHz | 15 - 7,5 cm | controllo del traffico aereo a medio e corto raggio, situazione del tempo a lungo raggio; 'S' per 'short', onde corte |
| C | 4 - 8 GHz | 7,5 - 3,75 cm | un compromesso (banda 'C') tra le bande X e S; radar multifunzionali navali; situazione meteorologica |
| X | 8 - 12 GHz | 3,75 - 2,4 cm | puntamento missili, orientamento, radar multifunzionali terrestri, impieghi marittimi, situazione del tempo; negli USA il segmento 10,525 GHz ± 25 MHz è utilizzato negli aeroporti. |
| Ku | 12 - 18 GHz | 2,4 - 1,67 cm | creazione di mappe ad alta risoluzione, altimetria satellitare; frequenza subito sotto la banda K (under, quindi 'u') |
| K | 18 - 27 GHz | 1,67 - 1,13 cm | dal tedesco kurz, cioè 'corto'; non utilizzabile se non per individuare le nuvole, perché assorbita dal vapore acqueo, Ku e Ka furono utilizzate per la sorveglianza |
| Ka | 27 - 40 GHz | 1,13 - 0,75 cm | cartografia, impieghi a corto raggio, seeker missilistici, sorveglianza aeroportuale e traffico a terra; frequenza subito sopra la banda K (above, quindi 'a') |
| mm | 40 - 300 GHz | 7,5 - 1 mm | banda millimetrica, suddivisa in |
| V | 40 - 75 GHz | 7,5 - 4 mm | |
| W | 75 - 110 GHz | 4 - 2,7 mm |
| Nome della sottobanda | Frequenza |
|---|---|
| L | 1 - 2 GHz |
| S | 2 - 4 GHz |
| C | 4 - 8 GHz |
| X[2] | 8 - 12 GHz |
| Ku | 12 - 18 GHz |
| K | 18 - 27 GHz |
| Ka | 27 - 40 GHz |
| V | 40 - 75 GHz |
| W | 75 - 110 GHz |
| vecchia denominazione | nuova denominazione | |||
|---|---|---|---|---|
| Designazione | Frequenza | Designazione | Frequenza | |
| A | 100 - 200 MHz | |||
| P | 225 - 390 MHz | B | 200 - 500 MHz | |
| C | 500 - 1000 MHz | |||
| L | 0,390 - 1,55 GHz | D | 1 - 2 GHz | |
| S | 1,55 - 3,9 GHz | E | 2 - 3 GHz | |
| F | 3 - 4 GHz | |||
| C | 3,9 - 6,2 GHz | G | 4 - 6 GHz | |
| X | 6,2 - 10,9 GHz | H | 6 - 8 GHz | |
| I | 8 - 10 GHz | |||
| K | 10,9 - 36 GHz | J | 10 - 20 GHz | |
| K | 20 - 40 GHz | |||
| Q | 36 - 46 GHz | L | 40 - 60 GHz | |
| V | 46 - 56 GHz | |||
| W | 56 - 100 GHz | M | 60 - 100 GHz | |
[modifica] Contromisure elettroniche
 |
Per approfondire, vedi la voce contromisure elettroniche. |
In campo militare è diventato ormai fondamentale eludere, accecare o comunque ingannare i radar nemici e impedire che il nemico faccia lo stesso: la cosiddetta guerra elettronica. Tra le prime tecniche impiegate storicamente, vi fu l'emissione di «false eco» da parte del veicolo attaccante, cioè l'emissione di impulsi radio della stessa frequenza e fase ma anticipati, in modo da far sembrare il veicolo più grande e vicino di quanto non fosse; una evoluzione di questa tecnica permetteva di far apparire falsi bersagli multipli sugli schermi radar, allineati lungo la radiale. L'insieme di queste e delle successive più evolute tecniche prende il nome di radar jamming. I radar militari di oggi non sono più vulnerabili a tecniche "ingenue" come quella descritta, perché adottano sistemi di protezione detti in inglese Electronic Protection (EP) o con precedente terminologia ECCM - Electronic Counter Countermeasures e EPM - Electronic Protective Measures. Tra questi la trasmissione con salti di frequenza (in inglese frequency-hopping) o le tecniche di marcatura dell'impulso, per riconoscere meglio gli echi corretti da quelli contraffatti.
[modifica] Note
- ^ IEEE Std 521 - 2002 link accessibile solo ai membri registrati IEEE
- ^ le definizioni operative di sottobanda Ku e di sottobanda X si sovrappongono per le frequenze 11,2 - 12 GHz; i progettisti di sistemi di telecomunicazione via satellite generalmente definiscono le frequenze al di sopra di 11.2 GHz come parte della sottobanda Ku
[modifica] Bibliografia essenziale
- Merrill I. Skolnik,, Introduction to Radar Systems [ISBN 0-07-066572-9]
- Nerio Neri I4NE, Antenne : linee e propagazione : 1° Volume Funzionamento e progetto, [ISBN 88-86622-21-X]
- (EN) Benjamin Rulf, Gregory A. Robertshaw, Understanding Antennas for Radar, Communications, and Avionics, [ISBN 0-442-27772-5]
- Nerio Neri I4NE, Antenne 2°Volume: Progettazione e costruzione [ISBN 888662222-8]
[modifica] Voci correlate
[modifica] Altri progetti
Wikimedia Commons contiene file multimediali su Radar
[modifica] Collegamenti esterni
- Il primo radar operazionale francese (1934)
- Radar e Tecnologie a Microonde
- Centro Ricerche Radar
- Approfondimento sul Radar
