1. Universidad Nacional de Colombia, Felipe León Cruz, Javier Jiménez Inchima, Jaime Toba Veloza , 1
Introducción General de los Radares
Introducción general a los Radares: Historia,
características y aplicaciones
Andrés Felipe León Cruz, Javier Hernando Jimenez Inchima, Jaime Humberto Toba Veloza
afleonc@unal.edu.co, jhjimenezi@unal.edu.co, jhtobav@unal.edu.co
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia
Resumen - En el siguiente artículo se expondrá, de una general, pero también por el avance en los inventos
manera muy general, teoría de radares, dándole al lector que daban ventajas a las partes en conflicto, en las
información acerca de la historia, características, guerras mundiales desarrolladas a principios del siglo
propiedades y demás elementos, se expondrán también
XX, así fue como sucedió con el radar, invención de
diversas aplicaciones desarrolladas en torno al tema,
la cual salvó a Gran Bretaña del ataque Alemán en la
demostrando la gran variedad de aplicaciones que tiene este
elemento de las comunicaciones, con el ánimo de impulsar Segunda Guerra Mundial. [1]
en el lector a que investigue más acerca del tema.
Abstract - On the present paper we will give a briefly Varios antecedentes anticipan y apoyan la invención
expose about, radars theory, giving to the reader del radar, de los cuales sin sus descubrimientos no
information about the history, features, properties and habría podido ser desarrollado, entre estos se
some other information about this important subject, it encuentran, cuando en 1864, James Maxwell logró
will be exposed various applications developed around describir las leyes del electromagnetismo
the theme, showing the great variety of applications that
posteriormente en 1888, el físico alemán Heinrich
has this component of the communications, aiming to
Hertz demuestra que las ondas electromagnéticas se
the reader to do a wider research.
reflejan sobre las superficies metálicas otro invento
que aportó a la creación del radar fue el de la radio y
de la transmisión inalámbrica principalmente
I. INTRODUCCIÓN
desarrollada por Guillermo Marconi, y en 1917 Tesla
establece teorías sobre la frecuencia y niveles de
Los radares son instrumentos de medición a distancia
potencia, principios básicos del futuro radar. [1]
a partir de los cuales se pueden extraer grandes
cantidades de información, como velocidades,
Pocos años después del descubrimiento de Marconi,
distancias y direcciones entre muchas otras. En
el científico Hoyt Taylor de la armada de los Estados
general, su funcionamiento consiste en la emisión de
Unidos realiza un experimento retomando las
impulsos hacia el objetivo y en la recepción de dicho
propuestas de Marconi, y demostró que un potente
impulso por el mismo emisor, el cual, analiza la
elemento que podría localizar barcos en el mar, sin
información obtenida y nos brinda los datos
depender del clima de la neblina u otros factores, sin
pertinentes. Podemos encontrar varias clasificaciones
embargo en dicho país estaban concentrados en dotar
de radares, de acuerdo a los tipos de impulsos
a sus buques de guerra con cables para tener
utilizados en la medición y de acuerdo a otras
comunicaciones, dejando a un lado este importante
propiedades, que así mismo, nos dan un amplio
invento. [1]
catálogo de aplicaciones, en diversos campos, los
cuales a lo largo de la historia se han venido
Ya en 1935 Watson Watt después de una serie de
ampliando.
experimentos en el Laboratorio Nacional de Física en
Inglaterra logra la primer detección del primer avión
II. HISTORIA
a través de ondas de radio a una distancia de 15
millas. El 1 de Septiembre del mismo año a través de
Si bien varios de los inventos más poderosos de la
ondas de 12 MHz logró detectar un bombardero a 40
industria actual, fueron desarrollados por bases
millas de distancia. Dicho dispositivo inventado por
técnicas de importantes físicos y científicos en
los ingleses recibiría el nombre de Radio Detection
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Finding pero unos años después se le daría el nombre guerra y los cuales les dio bastante ventajas sobre los
de Radio Detection And Ranging (RADAR). alemanes en la detección de submarinos y de barcos
Paralelamente en Estados Unidos en los laboratorios enemigos, es muy bien conocido que varias de las
de la armada lograron hacer detecciones a una batallas de la época dependieron básicamente de este
distancia de 10 millas usando ondas de 28, 6 Mhz, y importante invento [1].
posteriormente aumentaron dicha distancia a 25 Finalmente una vez terminada la guerra, a el radar se
millas con pulsos de 5 microsegundos de duración le dedicó la investigación a fines civiles como lo es a
[1]. la detección del clima, al uso en los aeropuertos,
Así de esa manera empieza a estructurarse este entre otros usos que son descritos posteriormente en
dispositivo que desarrollaron las potencias mundiales este artículo. [1]
como estrategia en la segunda guerra mundial que
fue llamada el arma silenciosa. [1] III. FUNDAMENTOS BÁSICOS DE
Continuando con el desarrollo que los ingleses FUNCIONAMIENTO
hicieron, pensaron en montar un radar a bordo de una
aeronave, así fue como en 1937 voló el primer radar En el funcionamiento general de los radares se
con una potencia de 100 W de potencia, el cual involucran diversas disciplinas tales como la física
detectó portaaviones y los cruceros de batalla en (fenómenos físicos tales como el eco1 y el efecto
condiciones de tiempo en el que se hacían imposibles Doppler2), mecánica, eléctrica, civil, sistemas,
de ver. [1] telecomunicaciones y procesamiento de señales. El
funcionamiento de los radares en general (descrito en
la Figura 2) inicia en el Transmisor, el cual crea
impulsos de alta potencia que son luego radiados por
la Antena, después son enviados a un Duplexor, el
cual funciona como un Switch para que una misma
Antena pueda servir con fines de transmitir y recibir
los pulsos, a continuación la Antena convierte los
pulsos que llegan desde el Transmisor en ondas con
distribución y eficiencia requeridas, las cuales son
reflejadas por el objetivo, y llegan nuevamente a la
Antena, que al igual que lo hizo con los pulsos
Figura 1. Navy´s XAF, Radar implementado en los generados por el Transmisor, trata las ondas que
buques llegan desde el objetivo, llamadas “señal eco” y se las
de Estados Unidos en la Segunda Guerra Mundial.[9] envía al Duplexor que a su vez, con el fin de proteger
la alta sensibilidad del receptor, trata las altas
Por otra parte Estados Unidos empezaría desarrollar potencias de las señales y las envía al Receptor, el
el radar Navy´s XAF (Figura 1), el cual logró cual demodula las señales en información entendible
detecciones de aeronaves a 100 millas, esta antena y finalmente el Despliegue muestra al usuario una
era más pequeña que lograba frecuencias de 200 visualización útil de los datos recolectados. Este es
MHz y fue montada sobre un cañón que giraba para básicamente el funcionamiento de los radares, aunque
darle movimiento acimutal. Después de que Estados puede variar de acuerdo a las especificaciones y
Unidas e Inglaterra estuvieran desarrollando este requerimientos del extenso conjunto de aplicaciones
dispositivo paralelamente, decidieron unir esfuerzos existentes, que según sus propias necesidades
para conseguir mayores desarrollos sobre este 1
invento logrando así llegar a frecuencias de 3GHz, a Eco: Se presenta cuando una onda electromagnética
la implementación de este dispositivo con una que se propaga choca contra un obstáculo y se refleja
pantalla circular relativa respecto al avión del retorno hasta llegar al emisor [2].
2
de los ecos del radar, y también a diseñar distintos Efecto Doppler: El Efecto Doppler consiste en la
prototipos de los mismos que fueron utilizados en la variación de frecuencia de una onda al ser emitida o
recibida por un objeto en movimiento [2].
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agregará, quitará o modificará el funcionamiento de Potencia total recibida, que representa así una versión
algunos de los elementos anteriormente mencionados simplificada de la Ecuación Radar olvidando
[3]. pérdidas e interferencias que podrían afectar el
sistema [2].
V. CLASIFICACIÓN DE LOS RADARES
Los radares pueden clasificarse de diversas maneras
Figura 2. Elementos y descripción general del
dependiendo de las características que sean
funcionamiento de los radares.[3]
evaluadas, cada una de estas clasificaciones establece
radares con determinadas características a favor y en
IV. PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS
contra, los radares pueden clasificarse así: [4]
TEÓRICAS
Por su emisión
Teóricamente encontramos como principal elemento
1. Radares Activos: Estos generan una onda, la
de Radares la llamada “Ecuación Radar” que es la
cual al rebotar es captada de nuevo por el
base fundamental de la teoría de radares y la cual
radar identificando así los objetos que se
representa la relación existente entre la potencia
encuentran en la distancia, como punto
transmitida y la potencia recibida teniendo en cuenta
positivo se encuentra su amplio uso
la distancia existente hasta el objetivo. Para la
atmosférico y militar debido a que las ondas
construcción de la ecuación radar pasamos por la
pueden llegar incluso a ser dirigidas por
definición matemática de los siguientes elementos:
parte del componente emisor del radar. [4]
[2]
2. Radares Pasivos: Los radares pasivos se
encargan de simplemente captar la señal
Densidad de potencia que llega al objetivo:
emitida por otro radar o incluso por el
objeto, son apreciadas en operaciones
militares de alto secreto debido a que al no
generar ninguna señal evita que el enemigo
note la presencia de los usuarios del radar, a
su vez es una alternativa de bajo coste para
poder recibir señales emitidas por un radar
activo y que se han dispersado a otras zonas
Densidad de potencia que regresa al radar: donde el radar activo no puede captarlas. [4]
Por su forma de emisión de señal
Este tipo de radares son solamente restringidos a los
tipos de radares activos, entre ellos encontraremos
dos grandes grupos de radares
Área efectiva de la antena:
1. Radares de Emision Continua: Los radares
de emisión continua son aquellos que emiten
una única onda larga normalmente
sinusoidal la cual al momento de rebotar
vuelve cambiando en su frecuencia con base
al efecto Doppler causado por el
movimiento del objeto detectado, se usa
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desde cámaras de velocidad policiacas hasta propagarse en superficies planetarias y asteroides, por
en aviones civiles y militares para saber la lo que, al ser la atenuación directamente proporcional
velocidad de los objetos que se acercan. [5] a la frecuencia, las ondas electromagnéticas utilizadas
2. Radares de Emisión por Impulso: Los en este campo tienen una frecuencia especial. La
radares de emisión por impulsos son atenuación presentada en las exploraciones espaciales
aquellos que envían pequeñas ondas de ronda en los alrededores de 0.004 – 0.01 dB/m, 8 a
manera sucesiva, normalmente en diversas 20, 10 a 30 y 30 a 60 dB / km de acuerdo a los
direcciones, esto con el fin de poder diferentes tipos de superficies (Hielo, Granito Poroso,
identificar la posición de un objeto, con una Basalto, Granito no Poroso respectivamente). Para
gran cantidad de este tipo de señales dichas atenuaciones son convenientes bajas
también es posible ver hacia dónde se dirige frecuencias (menor a 100MHz) ya que de lo contrario
el objeto, el inconveniente que tiene esta la penetración se limitaría a pocas distancias ademas
tecnología es su imposibilidad de calcular de de la gran perdida de datos. De acuerdo a estos
manera fiable la velocidad del objeto. [5] condicionamientos son desarrollados materiales
especiales que sean capaces de producir ondas con
las nombradas características [6].
VI. APLICACIONES
B. La firma del radar en un sistema de
Entre las diversas aplicaciones que se le han dado a reconocimiento por bases de datos [7]
los radares podemos encontrar los usos Los radares contienen una gran cantidad de
meteorológicos para la detección de huracanes, información que envían en sus microondas al
tormentas y tornados, los controladores aéreos para la momento de la emisión, tales como medias,
detección y control del tráfico aéreo, la creación de varianzas, información de la antena emisora, tipo de
mapas topográficos planetarios por parte de la NASA señal, cantidad de tiempo de emisión de la señal,
y la medición de la velocidad vehicular en las todas estas variables e información pueden ir siendo
carreteras, entre muchas otras. A continuación recopiladas gracias a receptores, esto con el fin de
describiremos algunas de estas aplicaciones a partir crear una base de datos en la cual por medio de
de investigaciones realizadas recientemente en el estudios e investigación se pueda conocer el elemento
campo [2]. emisor de cada uno de los tipos de señales del radar,
el análisis de estas señales debe ser realizada por
A. Técnicas de radar para estudiar sub superficies y software especializado creado únicamente con ese
los interiores de los objetos del sistema solar” [6]. fin, una vez se tiene una base de datos lo
Una de las aplicaciones de los radares que podemos suficientemente alimentada el software puede
encontrar tanto en la tierra como en el espacio es el comenzar a analizar cada señal, al compararla con
mapeo de las superficies planetarias, uso que se ha señales de las cuales ya se conoce el emisor se puede
venido dando desde hace ya bastante tiempo. Por otro ir conformando un patrón con el cual se evidencian
lado el estudio del subsuelo planetario es algo que los emisores correctos, una vez se identifica el
comenzó a desarrollarse apenas hace 15 años. En este elemento emisor de una señal esta pasa a hacer parte
sentido son aprovechadas las capacidades de los de las señales conocidas simplificando cada vez más
radares en cuanto a la penetración terrestre, que se la identificación de nuevas señales. [7]
usa en la Tierra, y que se da de igual manera en los
estudios subsuperficiales del espacio. Con este fin Este nuevo uso de los radares para captar otras
son utilizados elementos un tanto especiales (GPR, señales con el fin de identificarlas tiene una gran
Ground Penetrating Radars, Radares de Penetración cantidad de usos en el área militar ya que será posible
Terrestre) y características de ondas y señales conocer el tipo de elemento emisor de las señales de
diferentes a las usadas en otras circunstancias. Se radar del enemigo, capturandolas y estudiandolas el
requieren por ejemplo equipos de baja potencia y ejército podrá saber incluso qué tipo de vehículos de
baja masa, además las señales electromagnéticas detección usan sus enemigos ya sean terrestres,
convencionales se atenuarian muy fácilmente al acuáticos o aéreos. [7]
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5. Universidad Nacional de Colombia, Felipe León Cruz, Javier Jiménez Inchima, Jaime Toba Veloza , 5
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ilimitados, en los últimos años se han propuestos
C. Vigilancia del tráfico vehicular y detección de nuevas aplicaciones de los radares, desde
carril de circulación mediante interferometría de aplicaciones en elementos del espacio profundo hasta
Radar [8]. usos tan cotidianos como la vigilancia del tráfico en
las ciudades.
Dentro de las aplicaciones de los radares también se VIII. BIBLIOGRAFIA
encuentra, la vigilancia que ejercen las autoridades
sobre las carreteras, en cuanto a control de [1] J. P. Sanfuentes "Historia del Radar" [Online] URL:
infracciones de los conductores y en proporcionar http://www.revistamarina.cl/revistas/2000/1/parker.pdf
seguridad a los mismos y así evitar accidentes de [2] TencoRadar.es Teoría de la Teledetección radar [Online]
URL: http://www.tecnoradar.es/ecoydoppler.html
tráfico, sin embargo varios eran los problemas de la
[3] RadarTutorial.eu, Christian Wolff [Online] URL:
utilización de estos dispositivos en la carretera, pues
http://www.radartutorial.eu/01.basics/rb04.es.html
solo eran capaces de capturar información de un solo [4] Radar y Tipos de radares – Generalidades URL:
carril, lo cual lo hacía bastante costoso y poco útil, http://webapp.ciat.cgiar.org/dtmradar/radar1.htm
además de que se proporcionaba datos erróneos [5] TencoRadar.es Teoría de la Teledetección radar URL:
cuando el radar detectaba dos vehículos que no http://www.tecnoradar.es/tiposderadares.html
estuvieran tan espaciados, pues era incapaz de [6] Kofman, W.; , "Radar techniques to study subsurfaces
and interiors of the solar system objects," Microwave
reconocer las velocidades respectivas de los
Radar and Wireless Communications (MIKON), 2012 19th
automóviles.[8]
International Conference on , vol.2, no., pp.409-412, 21-23
May 2012 doi: 10.1109/MIKON.2012.6233605
Varias soluciones fueron propuestas para poder URL:
minimizar las fallas en el sistema de multas, entre http://www.sinab.unal.edu.co:2365/stamp/stamp.jsp?tp=&a
estas estaban solo controlar el carril rápido de la rnumber=6233605&isnumber=6233554
avenida, o cubrir cada carril con un radar, pero como [7] Matuszewski, J.; , "The radar signature in recognition
es lógico eran pocos práctico y muy costosos, es por system database," Microwave Radar and Wireless
eso que investigadores de la Universidad de Communications (MIKON), 2012 19th International
Conference on , vol.2, no., pp.617-622, 21-23 May 2012
Politécnica de Madrid diseñaron un sistema
doi: 10.1109/MIKON.2012.6233565
interferométrico que consigue medir sin
URL:
equivocaciones la velocidad sobre cada uno de los http://www.sinab.unal.edu.co:2365/stamp/stamp.jsp?tp=&a
carriles de la avenida en donde este instalado el radar, rnumber=6233565&isnumber=6233554
eliminando las irregularidades que se venían [8] Felguera-Martin, D.; Gonzalez-Partida, J.-T.; Almorox-
obteniendo con los antiguos métodos. Dicho radar Gonzalez, P.; Burgos-García, M.; , "Vehicular Traffic
funciona con dos antenas receptoras, las cuales Surveillance and Road Lane Detection Using Radar
combinan la información mediante técnicas Interferometry,"Vehicular Technology, IEEE Transactions
interferométricas y se obtiene como resultado on , vol.61, no.3, pp.959-970, March 2012
doi: 10.1109/TVT.2012.2186323
simultáneamente velocidad, alcance y posición en el
URL:
carril de varios vehículos en un ambiente real de
http://www.sinab.unal.edu.co:2365/stamp/stamp.jsp?tp=&a
tráfico de una ciudad [8]. rnumber=6144059&isnumber=6169213
[9] Online Library of Selected Images: “weapons and
VII. CONCLUSIONES sensors. Navy Shipboard Radars “-- XAF[En línea]. URL:
http://www.ibiblio.org/hyperwar/OnlineLibrary/photos/wea
Como pudimos ver en el documento anterior los p-sen/radar/us/xaf.htm
radares han significado un gran avance en los campos
de las comunicaciones gracias a sus capacidades de
detección de objetos, ha tenido usos tanto civiles
como militares y se ha convertido sin duda en un
elemento primordial para el transporte aéreo y
terrestre, debido a su versatilidad y gran cantidad de
variedades de radares sus usos son prácticamente
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