Embedded Files
INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇOCAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHOPROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLDRADAR RAdio Detecting And RangingDetecção e determinação da distância por ondas de rádio NOTA DE AULA 163
INTRODUÇÃO
#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal Ecolocalização é uma sofisticada capacidade de detectar a posição e/ou distância de objetos (obstáculos no ambiente) através de emissão de ondas eletromagnétcas ou ultra-sônicas pela análise ou cronometragem do tempo gasto para essas ondas ser emitidas, refletir no alvo e voltar à fonte sobre a forma de eco (ondas refletidas). O Radar é um sistema que usa ondas de rádio para determinar a distância ( alcance ), direção ( azimute e ângulos de elevação ) e velocidade radial de objetos em relação ao local. É um método de radiodeterminação usado para detectar e rastrear aeronaves, navios, espaçonaves, mísseis guiados, veículos motorizados, mapear formações meteorológicas e terrenos. Um sistema de radar consiste em um transmissor produzindo ondas eletromagnéticas no domínio de rádio ou micro-ondas, uma antena transmissora, uma antena receptora, um receptor e processador. A mesma antena é usada para transmitir e receber, este sistema é usado para determinar propriedades dos objetos a partir de ondas de rádio pulsadas ou contínuas, que emitidas do transmissor refletem nos objetos e retornam ao receptor, dando informações sobre as localizações e velocidades deles.
#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal O radar foi desenvolvido secretamente para uso militar por vários países no período anterior e durante a Segunda Guerra Mundial. Para seu funcionamento o magnetron de cavidade foi inventado no Reino Unido, que permitiu a criação de sistemas relativamente pequenos com resolução submétrica. O termo RADAR foi cunhado em 1940 pela Marinha dos Estados Unidos como uma sigla para "detecção e alcance de rádio". O termo radar entrou desde então no inglês e em outras línguas como um anacrônimo, um substantivo comum, perdendo todas as maiúsculas. Os usos modernos do radar são altamente diversos, incluindo controle de tráfego aéreo e terrestre, astronomia de radar, sistemas de defesa aérea , sistemas antimísseis, radares marítimos para localizar marcos e outros navios, sistemas anticolisão, sistemas de vigilância oceânica, sistemas de vigilância e encontro do espaço sideral, monitoramento de precipitação meteorológica, sensoriamento remoto, sistemas de altimetria e controle de voo, sistemas de localização de alvos de mísseis guiados, carros autônomos e radar de penetração no solo para observações geológicas. Os modernos sistemas de radar de alta tecnologia usam processamento de sinal digital e aprendizado de máquina e são capazes de extrair informações úteis de níveis de ruído muito altos.
#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal Outros sistemas semelhantes ao radar fazem uso de outras partes do espectro eletromagnético. Um exemplo é o lidar, que usa predominantemente luz infravermelha de lasers em vez de ondas de rádio. Com o surgimento de veículos autônomos, o radar auxilia a plataforma automatizada a monitorar seu ambiente, evitando assim incidentes indesejados.
Pulso típico de uma estação de RADAR. (Fonte: Campus de Pesquisas Geofísicas Major Edsel de Freitas Coutinho)
HISTÓRICO
#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal Em 1886, o físico alemão Heinrich Hertz mostrou que as ondas de rádio podiam ser refletidas por objetos sólidos. Em 1895, Alexander Popov, professor de Física na escola da Marinha Imperial Russa em Kronstadt, desenvolveu um aparelho usando um tubo coesor para detectar raios distantes, no ano seguinte, ele adicionou um transmissor de centelha . Em 1897, ao testar este equipamento para comunicação entre dois navios no Mar Báltico, ele notou uma batida de interferência causada pela passagem de um terceiro navio. Em seu relatório, Popov escreveu que esse fenômeno poderia ser usado para detectar objetos, mas ele não fez mais nada com esta observação. O alemão Christian Hülsmeyer foi o primeiro a usar ondas de rádio para detectar a presença de objetos metálicos distantes em 1904, quando demonstrou a viabilidade de detectar um navio em neblina densa, mas não sua distância do transmissor. Ele obteve uma patente para seu dispositivo de detecção em abril de 1904 e mais tarde acrescentou uma emenda demonstrando uma estimativa de distância até um navio. Ele também obteve uma patente britânica em 23 de setembro de 1904 para um sistema de radar completo, que ele chamou de telemobiloscópio. Ele operava em um comprimento de onda de 50 cm e o sinal de radar pulsado era criado por meio de um centelhador. Seu sistema já usava a configuração clássica de antena de corneta com refletor parabólico e foi apresentado a oficiais militares alemães em testes práticos em Colônia e no porto de Roterdã, mas foi rejeitado. Em 1915, Robert Watson-Watt usou a tecnologia de rádio para fornecer aviso prévio de tempestades aos aviadores e, durante a década de 1920 liderou o estabelecimento de pesquisa do Reino Unido para fazer muitos avanços usando técnicas de rádio, incluindo a sondagem da ionosfera e a detecção de raios a longas distâncias. Por meio de seus experimentos com raios, Watson-Watt se tornou um especialista no uso de localização de direção de rádio antes de voltar sua investigação para a transmissão de ondas curtas. Exigindo um receptor adequado para tais estudos, seu orientando Arnold Frederic Wilkins conduziu uma extensa revisão das unidades de ondas curtas disponíveis. Wilkins selecionaria um modelo General Post Office após observar a descrição de seu manual de um efeito de desvanecimento, termo comum para interferência na época, quando as aeronaves voavam.
#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal Ao colocar um transmissor e um receptor em lados opostos do Rio Potomac em 1922, os pesquisadores da Marinha dos EUA A. Hoyt Taylor e Leo C. Young descobriram que os navios que passavam pelo caminho do feixe faziam com que o sinal recebido desaparecesse e aparecesse gradualmente. Taylor apresentou um relatório, sugerindo que esse fenômeno poderia ser usado para detectar a presença de navios em baixa visibilidade, mas a Marinha não continuou o trabalho imediatamente. Oito anos depois, Lawrence A. Hyland no Laboratório de Pesquisa Naval (NRL) observou efeitos de desbotamento semelhantes de aeronaves que passavam. Essa descoberta levou a um pedido de patente, bem como a uma proposta para uma pesquisa mais intensiva sobre sinais de rádio-eco de alvos em movimento a serem realizados no NRL, onde Taylor e Young estavam baseados na época. Da mesma forma, no Reino Unido, LS Alder obteve uma patente provisória secreta para o radar naval em 1928. WAS Butement e PE Pollard desenvolveram uma unidade de teste de placa de ensaio, operando a 50 cm (600 MHz) e usando modulação pulsada que deu resultados laboratoriais bem-sucedidos. Em janeiro de 1931, uma descrição do aparelho foi inserida no Livro de Invenções mantido pelos Engenheiros Reais. Este é o primeiro registro oficial na Grã-Bretanha da tecnologia que foi usada na defesa costeira e foi incorporada ao Chain Home.
Ecolocalização - morcego (Fonte: fq11work - WordPress.com)
#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal Antes da Segunda Guerra Mundial, pesquisadores do Reino Unido, França, Alemanha, Itália, Japão, Holanda, União Soviética e Estados Unidos, de forma independente e em grande segredo, desenvolveram tecnologias que levaram à versão moderna do radar. Austrália, Canadá, Nova Zelândia e África do Sul seguiram o desenvolvimento do radar da Grã-Bretanha antes da guerra, Hungria e Suécia geraram sua tecnologia de radar durante a guerra. Na França, em 1934, após estudos sistemáticos sobre o magnetron de ânodo dividido, o ramo de pesquisa da Compagnie Générale de la Télégraphie Sans Fil (CSF), liderado por Maurice Ponte com Henri Gutton, Sylvain Berline e M. Hugon, começou a desenvolver um aparelho de rádio localizador de obstáculos, cujos aspectos foram instalados no transatlântico Normandie em 1935. Durante o mesmo período, o engenheiro militar soviético P. K. Oshchepkov, em colaboração com o Instituto Eletrotécnico de Leningrado, produziu um aparelho experimental, o RAPID, capaz de detectar uma aeronave a 3 km de um receptor. Os soviéticos produziram seus primeiros radares RUS-1 e RUS-2 Redut em 1939, mas o desenvolvimento posterior foi retardado após a prisão de Oshchepkov e sua subsequente sentença de gulag. No total, apenas 607 estações Redut foram produzidas durante a guerra. O primeiro radar aerotransportado russo, Gneiss-2, entrou em serviço em junho de 1943 em bombardeiros de mergulho Pe-2. Mais de 230 estações Gneiss-2 foram produzidas até o final de 1944. Os sistemas francês e soviético, no entanto, apresentavam operação de onda contínua que não fornecia o desempenho total.
#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal O radar completo evoluiu para um sistema pulsado, e o primeiro aparelho elementar desse tipo foi demonstrado em dezembro de 1934 pelo americano Robert M. Page, trabalhando no Laboratório de Pesquisa Naval. No ano seguinte, o Exército dos Estados Unidos testou com sucesso um radar superfície-superfície primitivo para mirar holofotes de bateria costeira à noite. Este projeto foi seguido por um sistema pulsado demonstrado em maio de 1935 por Rudolf Kühnhold e a empresa GEMA na Alemanha e depois outro em junho de 1935 por uma equipe do Ministério do Ar liderada por Robert Watson-Watt na Grã-Bretanha.
#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal Em 1935, Watson-Watt foi convidado a julgar relatórios recentes de um raio da morte baseado em rádio alemão e entregou o pedido a Wilkins. Wilkins retornou um conjunto de cálculos demonstrando que o sistema era basicamente impossível. Quando Watson-Watt perguntou o que tal sistema poderia fazer, Wilkins lembrou-se do relatório anterior sobre aeronaves causando interferência de rádio. Esta revelação levou ao Experimento Daventry de 26 de fevereiro de 1935, usando um poderoso transmissor de ondas curtas da BBC como fonte e seu receptor GPO instalado em um campo enquanto um bombardeiro voava ao redor do local. Quando o avião foi claramente detectado, Hugh Dowding, o Membro Aéreo para Suprimento e Pesquisa, ficou muito impressionado com o potencial do sistema e fundos foram imediatamente fornecidos para desenvolvimento operacional posterior. A equipe de Watson-Watt patenteou o dispositivo na patente GB593017. O desenvolvimento do radar expandiu-se muito em 1 de setembro de 1936, quando Watson-Watt tornou-se superintendente de um novo estabelecimento sob o Ministério do Ar Britânico, a Estação de Pesquisa Bawdsey localizada em Bawdsey Manor, perto de Felixstowe, Suffolk. O trabalho lá resultou no projeto e instalação de estações de detecção e rastreamento de aeronaves chamadas "Chain Home" ao longo das costas Leste e Sul da Inglaterra a tempo para a eclosão da Segunda Guerra Mundial em 1939. Este sistema forneceu as informações avançadas vitais que ajudaram a Força Aérea Real a vencer a Batalha da Grã-Bretanha, sem ele, um número significativo de aeronaves de caça, que a Grã-Bretanha não tinha disponíveis, sempre precisariam estar no ar para responder rapidamente. O radar fazia parte do "sistema Dowding" para coletar relatórios de aeronaves inimigas e coordenar a resposta. Com todo o financiamento necessário e suporte de desenvolvimento, a equipe produziu sistemas de radar funcionais em 1935 e começou a implantação. Em 1936, os primeiros cinco sistemas Chain Home (CH) estavam operacionais e em 1940 se estendiam por todo o Reino Unido, incluindo a Irlanda do Norte. Mesmo para os padrões da época, o CH era rudimentar, em vez de transmitir e receber de uma antena direcionada, o CH transmitia um sinal iluminando toda a área à sua frente e, em seguida, usava um dos próprios localizadores de direção de rádio da Watson-Watt para determinar a direção dos ecos retornados. Esse fato significava que os transmissores CH tinham que ser muito mais potentes e ter antenas melhores do que os sistemas concorrentes, mas permitiu sua rápida introdução usando tecnologias existentes. Um desenvolvimento fundamental foi o magnetron de cavidade no Reino Unido, que permitiu a criação de sistemas relativamente pequenos com resolução submétrica. A Grã-Bretanha compartilhou a tecnologia com os EUA durante a Missão Tizard de 1940.
#professorangeloantonioleitholdnotasdeaula#py5aal Em abril de 1940, a Popular Science mostrou um exemplo de uma unidade de radar usando a patente Watson-Watt em um artigo sobre defesa aérea. Além disso, no final de 1941, a Popular Mechanics publicou um artigo no qual um cientista dos EUA especulou sobre o sistema de alerta precoce britânico na costa leste da Inglaterra e chegou perto do que era e como funcionava. Watson-Watt foi enviado aos EUA em 1941 para aconselhar sobre defesa aérea após o ataque do Japão a Pearl Harbor. Alfred Lee Loomis organizou o secreto Laboratório de Radiação do MIT no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Cambridge, Massachusetts, que desenvolveu a tecnologia de radar de micro-ondas nos anos de 1941 a 1945. Em 1943, Page melhorou muito o radar com a técnica de monopulso que foi usada por muitos anos na maioria das aplicações de radar.
(Barrett, Dick, " Tudo o que você sempre quis saber sobre o radar de defesa aérea britânico ". The Radar Pages - História e detalhes de vários sistemas de radar britânicos)
SINAL DE RADAR
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Um sistema de radar é composto de um transmissor que emite ondas de rádio conhecidas em direções predeterminadas, quando esses sinais entram em contato com um objeto, eles são refletidos ou espalhados em muitas direções, embora alguns deles sejam absorvidos e penetrem no alvo. Os sinais são refletidos por materiais de condutividade elétrica considerável, como a maioria dos metais, água do mar e solo úmido. Isso torna possível o uso de altímetros de radar em certos casos. Os sinais que são refletidos para o receptor são os desejáveis que fazem a detecção funcionar. Se o objeto estiver se movendo em direção ou para longe do transmissor, haverá uma ligeira mudança na frequência das ondas de rádio devido ao efeito Doppler .
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Os receptores de radar geralmente, estão no mesmo local que o transmissor, os sinais refletidos, capturados pela antena receptora são geralmente muito fracos e são fortalecidos por amplificadores. Métodos mais sofisticados de processamento de sinais também são usados para recuperar sinais de radar úteis. A fraca absorção de ondas de rádio pelo meio pelo qual elas passam é o que permite que conjuntos de radar detectem objetos em distâncias relativamente longas, distâncias nas quais outros comprimentos de onda eletromagnéticos, como luz visível , luz infravermelha e luz ultravioleta , são muito fortemente atenuados. Fenômenos climáticos, como neblina, nuvens, chuva, neve caindo e granizo, que bloqueiam a luz visível são geralmente transparentes para ondas de rádio em determinadas frequências, pois certas frequências de rádio que são absorvidas ou espalhadas por vapor de água, gotas de chuva ou gases atmosféricos, especialmente oxigênio, são evitadas no projeto.
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL O radar depende de suas próprias transmissões em vez da luz do Sol ou da Lua, ou de ondas eletromagnéticas emitidas pelos próprios objetos-alvo, como radiação infravermelha. Esse processo de direcionar ondas de rádio artificiais em direção a objetos é chamado de iluminação, embora a RF seja invisível ao olho humano, bem como às câmeras ópticas. Se ondas eletromagnéticas viajando através de um material encontram outro material, tendo uma constante dielétrica ou constante diamagnética diferente da primeira, as ondas poderão refratar, refletir ou se espalhar da junção entre os materiais. Isso significa que um objeto sólido no ar ou no vácuo, ou uma mudança significativa na densidade atômica entre o objeto e o que o cerca, geralmente espalhará ondas de rádio de sua superfície. Isso é particularmente verdadeiro para materiais eletricamente condutores, tornando o radar bem adequado para a detecção de aeronaves e navios. O material absorvente de radar, contendo substâncias resistivas e às vezes magnéticas, é usado em veículos militares para reduzir a reflexão de RF . Isso é o equivalente em rádio de pintar algo de uma cor escura para que não possa ser visto a olho nu à noite.
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL As ondas de RF se espalham de várias maneiras, dependendo do comprimento de onda e do formato do alvo. Se o comprimento de onda for muito menor que o tamanho do alvo, a onda ricocheteia de forma semelhante à forma como a luz é refletida por um espelho. Se o comprimento de onda for muito maior que o tamanho do alvo, o alvo pode não ser visível devido à reflexão ruim. A tecnologia de radar de baixa frequência depende de ressonâncias para detecção, mas não identificação, de alvos. Isso é descrito pela dispersão de Rayleigh, um efeito que cria o céu azul e o pôr do sol vermelho da Terra, por exemplo. Quando as duas escalas de comprimento são comparáveis, pode haver ressonâncias. Os primeiros radares usavam comprimentos de onda muito longos que eram maiores que os alvos e, portanto, recebiam um sinal vago, enquanto muitos sistemas modernos usam comprimentos de onda mais curtos que podem criar imagens de objetos pequenos.
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Ondas curtas de RF refletem de curvas e cantos de forma semelhante ao brilho de um pedaço de vidro arredondado. Os alvos mais refletivos para comprimentos de onda curtos têm ângulos de 90° entre as superfícies refletivas. Um refletor de canto consiste em três superfícies planas que se encontram como o canto interno de um cubo. A estrutura refletirá ondas que entram em sua abertura diretamente de volta para a fonte. Eles são comumente usados como refletores de radar para melhorar a detecção. Refletores de canto em embarcações, por exemplo, os tornam mais detectáveis para evitar colisões ou durante um resgate. Por razões semelhantes, objetos destinados a evitar a detecção não terão cantos internos ou superfícies e bordas perpendiculares às prováveis direções de detecção, o que leva a aeronaves furtivas de aparência estranha. Essas precauções não eliminam totalmente a reflexão devido à difração, especialmente em comprimentos de onda maiores. Fios longos de meio comprimento de onda ou tiras de material condutor, como palha, são muito refletivos, mas não direcionam a energia espalhada de volta para a fonte. A extensão em que um objeto reflete ou espalha ondas de rádio é chamada de seção transversal de radar.
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL A portadora de radar é um sinal de RF, tipicamente de frequências de micro-ondas, modulado para permitir que o sistema capture os dados necessários. Em radares de alcance simples, a portadora é modulada por pulso e em sistemas de onda contínua, como o radar Doppler, ela não é necessária. A maioria dos sistemas usa modulação de pulso, com ou sem outros sinais de modulação suplementares, a portadora é simplesmente ligada e desligada em sincronia com os pulsos, a forma de onda moduladora não existe realmente no sinal transmitido e o envelope da forma de onda de pulso é extraído da portadora demodulada no receptor. A largura ou duração do pulso do sinal transmitido é o tempo, tipicamente em microssegundos. Se o pulso não for uma onda quadrada perfeita, o tempo é medido entre os níveis de potência de 50% das bordas ascendentes e descendentes.
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL A largura do pulso deve ser longa o suficiente para garantir que o radar emita energia para que o pulso refletido seja detectável e a quantidade de energia que pode ser entregue a um alvo distante é o produto da potência de pico de saída do transmissor e a duração da transmissão. Ela restringe o alcance máximo de detecção de um alvo e também a discriminação de alcance, que é a capacidade do radar de distinguir entre dois alvos que estão próximos. Em qualquer alcance, com ângulos de azimute e elevação semelhantes e conforme visto por um radar com um pulso não modulado, a resolução de alcance é aproximadamente igual em distância à metade da duração do pulso vezes a velocidade da luz. A largura do pulso também determina a zona morta do radar em distâncias curtas. Enquanto o transmissor do radar está ativo, a entrada do receptor é bloqueada para evitar que os amplificadores sejam saturados ou danificados.
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Um cálculo simples revela que um eco de radar levará aproximadamente 10,8 μs para retornar de um alvo a 1500 m de distância. Por conveniência, esses números também podem ser expressos como 1 quilômetro em 6,7 μs. Se a largura do pulso do radar for de 1 μs, não poderá haver detecção de alvos mais próximos do que cerca de 150 m, porque o receptor é bloqueado. Por isso não pode simplesmente aumentar a largura do pulso para obter maior alcance sem ter impacto em outros fatores de desempenho.
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Radares CW puros aparecem como uma única linha em um visor do analisador de espectro e, quando modulados com outros sinais senoidais, o espectro difere pouco daquele obtido com esquemas de modulação analógica padrão usados em sistemas de comunicação, como modulação de frequência, e consistem na portadora mais um número relativamente pequeno de bandas laterais. Quando o sinal é modulado com um trem de pulsos, o espectro se torna muito mais complicado e muito mais difícil de visualizar. A análise básica de Fourier mostra que qualquer sinal complexo repetitivo consiste em uma série de ondas senoidais harmonicamente relacionadas. O trem de pulsos do radar é uma forma de onda quadrada, cuja forma pura consiste no fundamental mais todos os harmônicos ímpares. A composição exata do trem de pulsos dependerá da largura do pulso e PRF, mas a análise matemática pode ser usada para calcular todas as frequências no espectro. Quando o trem de pulsos é usado para modular uma portadora, a resposta espectral mostra que ela contém duas estruturas básicas, em que os picos ou 'lóbulos' que contém os componentes de frequência individuais. O envelope dos lóbulos na estrutura é dado por 1/πf e largura do pulso τ determina o espaçamento dos lóbulos. Larguras de pulso menores resultam em lóbulos mais largos e, portanto, maior largura de banda. O exame da resposta espectral em detalhes mais finos, como mostrado, mostra uma estrutura fina que contém linhas individuais ou frequências pontuais. A fórmula estrutural é:
N/T
e como o período do PRF (T) aparece na parte inferior da equação do espectro fino, haverá menos linhas se PRFs mais altos forem usados. Esses fatos afetam as decisões tomadas por projetistas de radar ao considerar as compensações que precisam ser feitas ao tentar superar as ambiguidades que afetam os sinais de radar. Se os tempos de subida e descida dos pulsos de modulação forem zero, por exemplo, as bordas do pulso forem infinitamente nítidas, então as bandas laterais serão como mostrado nos diagramas espectrais acima. A largura de banda consumida por esta transmissão pode ser enorme e a potência total transmitida é distribuída por muitas centenas de linhas espectrais. Esta é uma fonte potencial de interferência com qualquer outro dispositivo e imperfeições dependentes de frequência na cadeia de transmissão significam que parte desta potência nunca chega à antena. Na realidade, é claro, é impossível atingir tais bordas nítidas, então em sistemas práticos as bandas laterais contêm muito menos linhas do que um sistema perfeito. Se a largura de banda puder ser limitada para incluir relativamente poucas bandas laterais, rolando as bordas do pulso intencionalmente, um sistema eficiente pode ser realizado com o mínimo de potencial para interferência com equipamentos próximos. No entanto, a desvantagem disso é que bordas lentas tornam a resolução de alcance ruim.
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Os primeiros radares limitavam a largura de banda por meio de filtragem na cadeia de transmissão, por exemplo, o guia de ondas, scanner etc., mas o desempenho podia ser esporádico com sinais indesejados rompendo em frequências remotas e as bordas do pulso recuperado sendo indeterminadas. Um exame mais aprofundado do espectro de radar básico mostrado acima mostra que as informações nos vários lóbulos do espectro grosso são idênticas às contidas no lóbulo principal, portanto, limitar a largura de banda de transmissão e recepção nessa extensão fornece benefícios significativos em termos de eficiência e redução de ruído. Avanços recentes em técnicas de processamento de sinais tornaram o uso de perfil de pulso ou modelagem mais comum. Ao moldar o envelope de pulso antes de ser aplicado ao dispositivo de transmissão, digamos, a uma lei de cosseno ou um trapézio, a largura de banda pode ser limitada na fonte, com menos dependência de filtragem. Quando essa técnica é combinada com compressão de pulso, então um bom compromisso entre eficiência, desempenho e resolução de alcance pode ser realizado.
#professorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL O efeito no espectro se um perfil de pulso trapezoidal for adotado, a energia nas bandas laterais é significativamente reduzida em comparação ao lóbulo principal e a amplitude do lóbulo principal é aumentada. Similarmente, o uso de um perfil de pulso cosseno tem um efeito ainda mais marcante, com a amplitude dos lóbulos laterais se tornando praticamente insignificante. O lóbulo principal é novamente aumentado em amplitude e os lóbulos laterais são correspondentemente reduzidos, dando uma melhora significativa no desempenho. Há muitos outros perfis que podem ser adotados para otimizar o desempenho do sistema, mas os perfis cosseno e trapezoidal geralmente fornecem um bom compromisso entre eficiência e resolução e, portanto, tendem a ser usados com mais frequência.
O radar de velocidade inequívoca é o Doppler de pulso, que usa o efeito Doppler para resolver a velocidade da mudança aparente na frequência causada por alvos que têm velocidades radiais líquidas em comparação com o dispositivo de radar. O exame do espectro gerado por um transmissor pulsado, revelará que cada uma das bandas laterais estará sujeita ao efeito Doppler, outro bom motivo para limitar a largura de banda e a complexidade espectral pelo perfil de pulso. Considerando uma mudança positiva causada pelo alvo de fechamento, pode ser visto que, à medida que a velocidade relativa aumenta, um ponto será alcançado onde as linhas espectrais que constituem os ecos são ocultadas ou aliasadas pela próxima banda lateral da portadora modulada. A transmissão de múltiplos pacotes de pulsos com diferentes valores de PRF, por exemplo, PRFs escalonados, resolverá essa ambiguidade, pois cada novo valor de PRF resultará em uma nova posição de banda lateral, revelando a velocidade ao receptor. A velocidade máxima do alvo não ambígua é dada por:
± c PRF / 4 f
Conforme resumidamente descrito, os sistemas de pulso-Doppler medem o alcance dos objetos medindo o tempo decorrido entre o envio de um pulso de energia de rádio e o recebimento de uma reflexão do objeto. As ondas de rádio viajam na velocidade da luz, então a distância até o objeto é o tempo decorrido multiplicado pela velocidade da luz, dividido por dois. O radar Doppler de pulso é baseado no efeito Doppler, onde o movimento no alcance produz mudança de frequência no sinal refletido do alvo. A velocidade radial é essencial para a operação. Conforme o refletor se move entre cada pulso de transmissão, o sinal retornado tem uma diferença de fase de pulso para pulso. Isso faz com que o refletor produza modulação Doppler no sinal refletido e a amplitude do pulso que retorna sucessivamente do mesmo volume escaneado é:
Isso permite que o radar separe os reflexos de vários objetos localizados no mesmo volume de espaço, separando os objetos usando um espectro espalhado para segregar diferentes sinais:
A velocidade de rejeição é selecionável em sistemas de detecção de aeronaves Doppler de pulso, então nada abaixo dessa velocidade será detectado. Um feixe de antena de um grau ilumina milhões de metros quadrados de terreno a 15 km de alcance, e isso produz milhares de detecções no horizonte ou abaixo dele se o Doppler não for usado. O radar Doppler de pulso usa os seguintes critérios de processamento de sinal para excluir sinais indesejados de objetos em movimento lento. Isso também é conhecido como rejeição de desordem. A velocidade de rejeição é geralmente definida logo acima da velocidade do vento predominante 20 a 150 km/h. O limite de velocidade é muito menor para o radar meteorológico.
Reflexões de superfície aparecem em quase todos os radares, pois desordem do solo geralmente aparece em uma região circular dentro de um raio de cerca de 40 km perto do radar terrestre. Essa distância se estende muito mais em radares aéreos e espaciais. A desordem resulta da energia de rádio sendo refletida da superfície da Terra, edifícios e vegetação. A desordem inclui o clima no radar destinado a detectar e relatar aeronaves e espaçonaves. A desordem cria uma região de vulnerabilidade no radar de domínio de tempo de amplitude de pulso. Os sistemas de radar não Doppler não podem ser apontados diretamente para o solo devido a alarmes falsos excessivos, que sobrecarregam computadores e operadores. A sensibilidade deve ser reduzida perto da desordem para evitar sobrecarga. Essa vulnerabilidade começa na região de baixa elevação, várias larguras de feixe acima do horizonte, e se estende para baixo. Isso também existe em todo o volume de ar em movimento associado ao fenômeno climático.
O radar Doppler de pulso corrige isso porque permite que a antena do radar seja apontada diretamente para o solo sem sobrecarregar o computador e sem reduzir a sensibilidade. Preenche a região de vulnerabilidade associada ao radar de domínio de tempo de amplitude de pulso para detecção de pequenos objetos próximos ao terreno e ao clima. Aumenta o alcance de detecção em 300% ou mais em comparação com a indicação de alvo móvel (MTI), melhorando a visibilidade do subconjunto. A capacidade de rejeição de desordem de cerca de 60 dB é necessária para a capacidade look-down/shoot-down, e o Doppler de pulso é a única estratégia que pode satisfazer esse requisito. Isso elimina vulnerabilidades associadas ao ambiente de baixa elevação e abaixo do horizonte. A compressão de pulso e o indicador de alvo móvel (MTI) fornecem visibilidade de sub-desordem de até 25 dB. Um feixe de antena MTI é direcionado acima do horizonte para evitar uma taxa excessiva de alarme falso, o que torna os sistemas vulneráveis. Aeronaves e alguns mísseis exploram essa fraqueza usando uma técnica chamada voar abaixo do radar para evitar a detecção ( nap-of-the-earth ). Essa técnica de voo é ineficaz contra radar Doppler de pulso porque oferece uma vantagem ao tentar detectar mísseis e aeronaves de baixa observabilidade voando perto do terreno, da superfície do mar e do clima. O Doppler audível e o tamanho do alvo suportam a classificação passiva do tipo de veículo quando a identificação de amigo ou inimigo não está disponível a partir de um sinal de transponder. Os sinais de micro-ondas refletidos pela frequência de repetição de pulso médio (PRF) ficam entre 1.500 e 15.000 ciclos por segundo, o que é audível. Isso significa que um helicóptero soa como um helicóptero, um jato soa como um jato e aeronaves a hélice soam como hélices. Aeronaves sem partes móveis produzem um tom, o tamanho real do alvo pode ser calculado usando o sinal audível.
O tempo de varredura é um fator crítico para alguns sistemas porque veículos que se movem na velocidade do som ou acima dela podem viajar 1500 m a cada poucos segundos, como o Exocet , Harpoon , Kitchen e mísseis ar-ar. O tempo máximo para varrer todo o volume do céu deve ser da ordem de dez de segundos ou menos para sistemas operando naquele ambiente. O radar Doppler de pulso por si só pode ser muito lento para cobrir todo o volume de espaço acima do horizonte, a menos que o feixe de leque seja usado. Essa abordagem é usada com o AN/SPS 49(V)5 Very Long Range Air Surveillance Radar, que sacrifica a medição de elevação para ganhar velocidade.
O movimento da antena Doppler de pulso deve ser lento o suficiente para que todos os sinais de retorno de pelo menos 3 PRFs diferentes possam ser processados para o alcance máximo de detecção antecipado. Isso é conhecido como tempo de permanência. O movimento da antena para Doppler de pulso deve ser tão lento quanto o radar usando MTI . Os radares de busca que incluem Doppler de pulso geralmente são de modo duplo porque o melhor desempenho geral é obtido quando o Doppler de pulso é usado em áreas com altas taxas de alarmes falsos (horizonte ou abaixo e clima), enquanto o radar convencional fará a varredura mais rapidamente no espaço livre, onde a taxa de alarmes falsos é baixa, acima do horizonte com céu limpo. O tipo de antena é uma consideração importante para o radar multimodo porque a mudança de fase indesejada introduzida pela antena do radar pode degradar as medições de desempenho para visibilidade de sub-desordem.
Bibliografia
*Ronald Reagan Test Site on the Kwajalein atol
*Christian Hülsmeyer by Radar World
*Christian Hülsmeyer Biografie
*Goebel, Greg (2007-01-01). The Wizard War: WW2 & The Origins Of Radar, Chapter 1: The British Invention of Radar.
Buderi, " História do telefone: história do radar ". Privateline.com. (Relato anedótico do transporte do primeiro magnetron de cavidade de alta potência do mundo da Grã-Bretanha para os EUA durante a Segunda Guerra Mundial.)
Ekco Radar WW2 Shadow Factory Arquivado em 12 de dezembro de 2005 no Wayback Machine O desenvolvimento secreto do radar britânico.
ES310 " Introdução à Engenharia de Armas Navais ". (Seção de fundamentos do radar)
Hollmann, Martin, " Árvore genealógica do radar ". Radar World .
Penley, Bill e Jonathan Penley, " História inicial do radar — uma introdução ". 2002.
Pub 1310 Radar Navigation and Maneuvering Board Manual , National Imagery and Mapping Agency, Bethesda, MD 2001 (publicação do governo dos EUA '...destinado a ser usado principalmente como um manual de instrução em escolas de navegação e por pessoal da marinha mercante e naval.')
Wesley Stout, 1946 " Radar – O Grande Detetive " Arquivado em 28 de julho de 2020 no Wayback Machine Desenvolvimento e produção iniciais pela Chrysler Corp. durante a Segunda Guerra Mundial.
Swords, Seán S., "História técnica dos primórdios do radar", IEE History of Technology Series , Vol. 6, Londres: Peter Peregrinus, 1986
Reg Batt (1991). O exército de radar: vencendo a guerra das ondas de rádio . R. Hale. ISBN 978-0-7090-4508-3.
EG Bowen (1 de janeiro de 1998). Dias de Radar . Taylor e Francisco. ISBN 978-0-7503-0586-0.
Michael Bragg (1 de maio de 2002). RDF1: A localização de aeronaves por métodos de rádio 1935–1945 . Editora Twayne. ISBN 978-0-9531544-0-1.
Louis Brown (1999). Uma história de radar da Segunda Guerra Mundial: imperativos técnicos e militares . Taylor & Francis. ISBN 978-0-7503-0659-1.
Robert Buderi (1996). A invenção que mudou o mundo: como um pequeno grupo de pioneiros do radar venceu a Segunda Guerra Mundial e lançou uma revolução tecnológica . Simon & Schuster. ISBN 978-0-684-81021-8.
Burch, David F., Radar para marinheiros , McGraw Hill, 2005, ISBN 978-0-07-139867-1 .
Ian Goult (2011). Localização Secreta: Uma testemunha do Nascimento do Radar e sua Influência Pós-Guerra . History Press. ISBN 978-0-7524-5776-5.
Peter S. Hall (março de 1991). Radar . Potomac Books Inc. ISBN 978-0-08-037711-7.
Derek Howse; Naval Radar Trust (fevereiro de 1993). Radar no mar: a Marinha Real na Segunda Guerra Mundial . Naval Institute Press. ISBN 978-1-55750-704-4.
RV Jones (agosto de 1998). Most Secret War . Wordsworth Editions Ltd. ISBN 978-1-85326-699-7.
Kaiser, Gerald, Capítulo 10 em "Um guia amigável para wavelets", Birkhauser, Boston, 1994.
Colin Latham; Anne Stobbs (janeiro de 1997). Radar: Um Milagre de Guerra . ISBN Sutton Pub Ltd. 978-0-7509-1643-1.
François Le Chevalier (2002). Princípios de processamento de sinais de radar e sonar . Editora Casa Artech. ISBN 978-1-58053-338-6.
David Pritchard (agosto de 1989). A guerra do radar: a conquista pioneira da Alemanha 1904-45 . Harpercollins. ISBN 978-1-85260-246-8.
Merrill Ivan Skolnik (1 de dezembro de 1980). Introdução aos sistemas de radar . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-066572-9.
Merrill Ivan Skolnik (1990). Manual do radar . McGraw-Hill Professional. ISBN 978-0-07-057913-2.
George W. Stimson (1998). Introdução ao radar aerotransportado . Publicação SciTech. ISBN 978-1-891121-01-2.
Younghusband, Eileen., Not an Ordinary Life. How Changing Times Brought Historical Events into my Life , Cardiff Centre for Lifelong Learning, Cardiff, 2009., ISBN 978-0-9561156-9-0 (As páginas 36–67 contêm as experiências de um plotter de radar da WAAF na Segunda Guerra Mundial.)
Younghusband, Eileen. A Guerra de Uma Mulher . Cardiff. Candy Jar Books. 2011. ISBN 978-0-9566826-2-8
David Zimmerman (fevereiro de 2001). O escudo da Grã-Bretanha: radar e a derrota da Luftwaffe . ISBN Sutton Pub Ltd. 978-0-7509-1799-5.
Leitura técnica
M I. Skolnik, ed. (1970). Manual do radar (PDF) . McGraw-Hill. ISBN 0-07-057913-X.
Nadav Levanon; Eli Mozeson (2004). Sinais de radar . John Wiley & Sons, Inc. 9780471473787.
Hao He; Jian Li ; Petre Stoica (2012). Projeto de forma de onda para sistemas de detecção ativa: uma abordagem computacional . Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-01969-0.
Solomon W. Golomb; Guang Gong (2005). Design de sinal para boa correlação: para comunicação sem fio, criptografia e radar . Cambridge University Press. ISBN 978-0521821049.
M. Soltanalian (2014). Design de Sinal para Detecção Ativa e Comunicações . Elanders Sverige AB. ISBN 978-91-554-9017-1. {{cite book}}: |work=ignorado ( ajuda )
Fulvio Gini; Antonio De Maio; Lee Patton, eds. (2012). Projeto de forma de onda e diversidade para sistemas de radar avançados . Londres: The Institution of Engineering and Technology. ISBN 978-1849192651.
E. Fishler; A. Haimovich; R. Blum; D. Chizhik; L. Cimini; R. Valenzuela (2004). Radar MIMO: uma ideia cuja hora chegou . Conferência de Radar IEEE.
Mark R. Bell (1993). "Teoria da informação e projeto de forma de onda de radar". IEEE Transactions on Information Theory . 39 (5): 1578–1597. doi : 10.1109/18.259642 .
Robert Calderbank; S. Howard; Bill Moran (2009). "Diversidade de forma de onda no processamento de sinais de radar". Revista IEEE Signal Processing . 26 (1): 32–41. Bibcode : 2009ISPM...26...32C . doi : 10.1109/MSP.2008.930414 . S2CID 16437755 .
Mark A. Richards; James A. Scheer; William A. Holm (2010). Princípios do Radar Moderno: Princípios Básicos . Publicação SciTech. ISBN 978-1891121-52-4.
Professor Angelo Antônio Leithold *Publicado no Geocities em 09/09/2004, na Wikipédia em: 01h11min de 17 de novembro de 2004, atualizado em novembro de 2007 Google Pages.
O trabalho RADAR de Professor Angelo Antonio Leithold está licenciado com uma Licença Creative Commons - Atribuição NãoComercial-SemDerivações 4.0 Internacional. Baseado no trabalho disponível em https://sites.google.com/site/radarpy5aal/home. Podem estar disponíveis autorizações adicionais às concedidas no âmbito desta licença em https://sites.google.com/site/angeloleitholdpy5aal/.
O presente artigo é sobre a pesquisa: ESTUDO DA PROPAGAÇÃO DE RÁDIO E DAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS NA REGIÃO DA ANOMALIA MAGNÉTICA DO ATLÂNTICO SUL - RADIOCIÊNCIA - CAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHO - Instituto de Aeronáutica e Espaço www.iae.cta.br - Convênio - 2002-2012- Plano Trabalho Progr Cientifico CRS UNIBEM.pdf - 121 KB Download CTA PLANO DE TRABALHO nov 2006.pdf - e113 KB Download - INSTITUTO DE FÍSICA ASTRONOMIA E CIÊNCIAS DO ESPAÇO - IFAE Publicado oficialmente nos seguintes endereços: 1 Biblioteca Central das FACULDADES INTEGRADAS ESPÍRITA; 2-Domínio Público MINISTÉRIO DE EDUCAÇÃO E CULTURA - MEC - http://www.dominiopublico.gov.br/ (c) 1987 - 2016 - Professor Ângelo Antônio Leithold - LEITHOLD, A. A. #PY5AALO professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia12. Formação Acadêmica e Carreira Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região12. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional12. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire12. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor123.
Page updated
Google Sites
Report abuse