Radar antenna.jpg.]] O radar, do inglês Radio Detection And Ranging (Detecção e Telemetria pelo Rádio), é um dispositivo que permite detectar objectos a longas distâncias.

O radar emite ondas electromagnéticas que são refletidas por objectos distantes. A detecção das ondas refletidas, permite determinar a localização do objecto.

História do Radar

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O primeiro Radar foi construído em 1904, por C. Hülsmeyer na Alemanha, naquela época não houve utilidade prática para o dispositivo, de baixa precisão, construção difícil, e sistema de detecção de eco ineficiente.

Em 1934, Pierre David, revisando teoria eletromagnética, encontrou o estudo realizado pelo alemão, iniciou então, experiências para o desenvolvimento de um sistema de detecção por ondas de rádio em alta freqüência, eficiente para a localização de aviões. Simultaneamente, Henri Gutton e Maurice Ponte, conseguiram criar um dispositivo de detecção que funcionou com grande precisão.

Em 1935, foi instalado o primeiro sistema de Radiotelemetria no navio Normandie com o objetivo de localizar e prevenir a aproximação de obstáculos.

No início da Segunda Guerra Mundial, Watson Watt, melhorou e desenvolveu novas tecnologias, utilizando o sistema de telemetria fixa e rotatória.

Em função da melhoria e da exatidão do processamento de sinal e eco por radiofreqüência, foi aprovado um projeto de instalação piloto para detecção de aeronaves inimigas, na costa da Inglaterra. Em função do sucesso alcançado desta estação, foram instaladas muitas outras em todo o País.

Os radares foram muito importantes na previsão de ataques inimigos, pois os ingleses sabiam com precisão a distância, velocidade e direção do ataque, tendo tempo de dar o alarme para a população se proteger, diminuindo imensamente as baixas civis, apesar do bombardeio constante efetuado pelos alemães.

As Potências do Eixo, também estavam a desenvolver sistema similar, porém seu uso era diferente, os radares alemães, eram para aumentar a precisão de tiro, facilitando o direcionamento dos projéteis ao alvo.

Funcionamento do Radar

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O radar é composto por uma antena transmissora receptora de sinais para Super Alta Freqüência (SHF), a transmissão é um pulso eletromagnético de alta potência, curto período e feixe muito estreito. Durante a propagação pelo espaço, o feixe se alarga em forma de cone, até atingir ao alvo que está sendo monitorado, sendo então refletido, e, retornando para a antena, que neste momento é receptora de sinais.

Como se sabe a velocidade de propagação do pulso, e pelo tempo de chegada do eco, pode-se facilmente calcular a distância do objeto. É possível também, saber se o alvo está se afastando, ou se aproximando da estação, isto se deve ao Efeito Doppler, isto é, pela defasagem de freqüência entre o sinal emitido e recebido.

Construção física do Radar

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Sistema de Transmissão

O sistema de transmissão é composto por 3 elementos principais: o oscilador, o modulador, e o próprio transmissor. O transmissor fornece energia para a antena em forma de um sinal elétrico de alta potência. A antena então manda um pulso eletromagnético à medida que o sinal é passado.

Oscilador

A produção do sinal do radar começa no oscilador. Ele é um dispositivo que produz um sinal elétrico puro em uma freqüência desejada. A maioria dos radares usa bandas de freqüências de rádio (de milhões de Hertz até centenas de milhões) ou de microondas (de centenas de milhões até dezenas de bilhões de Hertz). O oscilador precisa produzir uma freqüência precisa e pura, pois o radar necessita de precisão para calcular o efeito Doppler.

Modulador

O modulador, que varia rapidamente, ou modula, o sinal do oscilador. Em um simples radar de pulso o modulador simplesmente liga e desliga o sinal. O modulador tem que variar o sinal, mas não distorcê-lo. Ele requer um projeto cuidadoso.

Transmissor

O transmissor do radar aumenta a potência do sinal do oscilador. O transmissor amplifica 1 watt para 1 megawatt, ou 1 milhão de watts. O sinal do radar tem que ser bastante potente porque o sinal que retorna é muito fraco.

Antena

Depois que o transmissor amplifica o sinal no nível desejado, ele envia para a antena, que geralmente tem a forma de um prato de metal. Ondas eletromagnéticas, num período de onda adequado, propagam da antena a medida que o sinal passa por ela. A maioria das antenas dos radares direciona a radiação refletindo-a em uma parabólica de metal. A saída do transmissor é localizada no foco da parabólica. O foco é o ponto que as ondas refletem e seguem em uma direção única. Normalmente as antenas são giratórias. Elas podem mudar a direção das emissões, permitindo que o radar faça uma varredura na área ao invés de sempre apontar para a mesma direção.

Sistema de Recepção

O receptor do radar detecta e analisa constantemente os ecos produzidos quando as ondas do radar retornam de uma distância muito grande ao sistema. A antena de recolhimento recebe esse sinal fraco e converte para sinais elétricos. A antena tem uma dupla função, em geral, de receber e transmitir sinais. Para gerenciar estes dois processos, um aparelho chamado comutador determina quando a antena esta ligada ao transmissor ou ao receptor. O receptor determina quando o sinal foi devolvido, enviando para a tela, onde essa informação é convertida em sinais do tipo áudio-visual que serão interpretadas pelo operador.

Antena

O receptor usa a antena para recolher o sinal refletido (eco). Freqüentemente o receptor usa a mesma antena que é usada para a transmissão. Isto é possível em alguns radares de onda contínua porque o modulador do sistema de transmissão trabalha com os sinais que partem e que chegam, podendo se reorganizar entre estes diferentes sinais (será visto adiante).

Comutador (ou Duplexer)

O comutador possibilita o sistema de radar emitir sinais e receber sinais de retorno em uma mesma antena. O comutador atua como uma chave entre a antena e o conjunto transmissor/receptor. Isto evita que o sinal de grande intensidade vindo do transmissor chegue ao receptor causando sobrecarga, pois o receptor espera por um sinal de retorno de baixa intensidade; e garante que o sinal de retorno vá apenas para o receptor. O comutador conecta o transmissor à antena somente quando o sinal está sendo transmitido. Entre dois pulsos, o comutador desconecta o transmissor e liga o receptor à antena. Para o radar de pulso contínuo, o receptor e o transmissor operam ao mesmo tempo. Este sistema não opera com comutador. Neste caso, o receptor separa o sinal por freqüências automaticamente. Como o receptor precisa interpretar sinais fracos ao mesmo tempo que transmissor está operando, os radares de onda contínua têm duas antenas separadas, um de transmissão e outra para recepção.

Receptor

Muitos radares modernos utilizam equipamentos digitais, pois este permite o executar funções mais complicadas. Para usar este tipo de equipamento, o sistema necessita de um conversor analógico-digital para transitar de uma forma a outra. A entrada do sinal analógico pode ser de qualquer valor, de zero a dez milhões, incluindo frações destes valores. Todavia, a informação digital trabalha a valores discretos, em intervalos regulares, como 0 e 1, ou 2, porém nada entre estes. O sistema digital pode requerer uma fração de sinal para arredondar números decimais como 0.66666667, ou 0.667, ou 0.7, ou mesmo 1. Após o sinal analógico ser convertido para sinal discreto, o número será usualmente expresso na forma binária, com uma série de zeros e uns que representam o sinal de entrada. O conversor analógico-digital mede o sinal analógico de entrada muitas vezes por segundo e expressa cada sinal como um número binário. Uma vez que o sinal é digitalizado, o receptor pode executar complexas funções sobre este. Uma das mais importantes funções para o receptor é o filtro Doppler, baseado no efeito do mesmo nome. Ele é usado para diferenciar alvos múltiplos. Seguido do filtro Doppler, o receptor executa outras funções como maximizar a força do sinal de retorno, eliminar o ruído e a interferência do sinal.

Visor

O visor é o resultado final das etapas de conversão do sinal recebido pelo radar em informação útil. Antes, os sistemas de radares usavam apenas modulação em amplitude – o sinal de força, ou amplitude era função da distância da antena. Nestes sistemas, um ponto de sinal forte aparece no lugar da tela que corresponde o alvo distante. Mais usual e mais moderno é o visor de plano de indicação posicional (PPI). O PPI mostra a direção do alvo em relação ao radar (em relação ao norte) com um ângulo de medida de cima do visor, enquanto que a distancia do alvo é representado como a distância até o centro do visor. Em alguns sistemas de radares que usam PPI mostra a real amplitude do sinal, enquanto que outros processam o sinal antes de exibi-lo e mostram alvos em potencial em forma de símbolos. Alguns sistemas simples de radares, para assinalar a presença de um objeto e não sua velocidade ou distância, notificam o controlador com um sinal de áudio, como um beep. radar.jpg

Tipos de Radar

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Radar de Pulso Simples

Estes são os de funcionamento mais simples. Um transmissor envia diversos pulsos de rádio, e entre a emissão de dois pulsos o receptor detecta as reflexões do sinal emitido. O radar de pulso simples necessita de precisos contadores em seu alternador para impedir que o transmissor envie algum sinal enquanto o receptor está analisando o sinal de resposta, assim impede também que o receptor faça alguma leitura enquanto o transmissor está operando. Normalmente, a antena desse tipo de radar pode rotacionar, aumentando a área de rastreamento. Esse tipo de radar é eficaz para localizar um alvo, mas deixa a desejar em se tratando de medir sua velocidade.

Radar de pulso Contínuo (CW)

Como o próprio nome diz, estes radares emitem um sinal de rádio contínuo. Esse tipo de radar requer duas antenas distintas, uma para o transmissor e outra para o receptor, para que o sinal emitido não interfira na leitura do sinal de retorno. A emissão de um sinal contínuo permite que esse radar distinga objetos parados de objetos que estão em movimento, através da analise da diferença do sinal de resposta, causada pelo “efeito Doppler”. Este tipo de radar, entretanto, não é bom na detecção da posição exata do alvo.

Radar de Abertura Sintética - SAR

Os radares SAR (Sinthetic Aperture Radar) estão acoplados à uma aeronave ou a um satélite, e tem objetivo de localizar alvos em terra. Eles usam o movimento da aeronave, ou satélite, para “simular” uma antena bem maior do que ela realmente é. A habilidade destes radares diferenciarem dois objetos próximos depende da largura do sinal emitido, que depende do tamanho da antena. Como estas antenas devem ser transportadas por uma aeronave, normalmente estes radares são de antena pequena e sinal largo. Entretanto, o movimento da aeronave permite que o radar faça leituras consecutivas de diversos pontos; o sinal recebido é então processado pelo receptor, fazendo parecer que o sinal vem de uma antena grande, ao invés de uma pequena, permitindo que este tipo de radar tenha uma resolução capaz de distinguir objetos relativamente pequenos, como um carro.

Phased-Array Radar

Enquanto a maioria dos radares utiliza-se de uma única antena que pode rotacionar para mudar a direção do sinal emitido e assim obter uma leitura de uma área maior; este tipo utiliza-se de “diversas” antenas fixas que recebem sinais de diferentes direções, combinando-os como desejado para adquirir uma direção especifica. Estes radares podem “mudar a direção do sinal” eletronicamente, e de uma maneira muito mais rápida que radares convencionais, que o tem de fazer mecanicamente.

Radares secundários

São aqueles que, ao invés de lerem sinais refletidos por objetos, lêem sinais de resposta, emitidos por um mecanismo chamado transponder. Esses mecanismos; que enviam e recebem sinais que podem conter informações codificadas, por exemplo informações do altímetro de uma aeronave, posição, etc; são essenciais para a distinção de uma aeronave inimiga de uma aliada. A utilização deste tipo de mecanismo contorna algumas limitações de radares convencionais, uma vez que ele pode fornecer não só as informações normalmente coletadas via radar (sem apresentar problemas como clutter e jamming), como também dados do computador de bordo da aeronave (como altitude, pressão interna, etc), além de possibilitar a distinção entre aeronaves amigas e inimigas.

Emprego dos Radares

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Marinha

Na marinha, os radares são utilizados para a navegação, detectando e monitorando obstáculos que podem oferecer riscos até a distância de duzentos quilômetros aproximadamente.

No caso de belonaves de guerra, existem radares para a detecção de alvos e direcionamento de tiro passivo para facilitar o acerto de mira de projéteis disparados por canhões, metralhadoras, e para direcionamento de tiro ativo foguetes, mísseis e torpedos.

Existem os radares de defesa antiaérea com alcance de até duzentos quilômetros para captar aeronaves inimigas orientando as defesas em sua direção.

Nos Porta-aviões, existem radares semelhantes aos de aeroportos para orientar o tráfego aéreo, desembarque e embarque de aeronaves com segurança e em movimento.

Aeronáutica

O uso de radares na aeronáutica se dá em aeroportos, bases aéreas, aeronaves civis e militares, para monitoramento e orientação de tráfego aéreo.

Os aeroportos mais modernos possuem radares para "vôo cego", isto é, para condições de visibilidade muito baixa, servindo à aterrissagem e decolagem com pouco teto sob neblina leve e baixo horizonte.

A defesa aérea e vigilância utiliza radares mais específicos com detecção de alvos até trezentos quilômetros para aviões em grande altitude, e alcance de até trinta quilômetros para aeronaves voando em baixa altitude.

Os radares de direcionamento bélico são utilizados para orientar os mísseis balísticos no momento inicial de arremesso, para depois da decolagem, internamente estes artefatos possuem equipamentos de orientação autônomos para dirigi-los até seu alvo.

Existem também radares de controle de tráfego e vigilância aérea de maior alcance, o sistema não se dá por uma única estação de vigilância e rastreamento, e sim por muitas interligadas e com os sinais processados de forma redundante pela somatória e processamento de todos os dados numa central, no Brasil, o SISCEAB (Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro) possui um sistema que funciona desta forma, onde existem radares com alcance de até 4.000 Quilômetros, que interligados cobrem os 8,5 milhões de km² do território nacional.

As aeronaves de combate possuem radares de interceptação, radares de ataque com pulsos eletromagnéticos de alta definição que permitem o vôo em baixa altitude sem visão direta do solo, além de radares nos mísseis ar-ar e ar-terra, para busca de alvos por sistemas de detecção eletromagnética, pois os sensores de calor são obsoletos e fáceis de ser despistados.

Exército

Na força terrestre, o exército, temos os radares de patrulha aérea, com alcance de até trezentos quilômetros, radares de aquisição de alcance até cem quilômetros, de tiro e perseguição de mísseis terra-ar, antiartilharia, para reconstituição das trajetórias dos projéteis, para localização das peças de artilharia com alcance de até dez quilômetros, e, radares de vigilância terrestre para detectar alvos móveis e regulagem de tiro de alta precisão.

Os radares de pequeno alcance estão sendo desenvolvidos para a guerra moderna, entre eles se destacam os Rasura com alcance de 5 quilômetros usados pela infantaria, o Rapace utilizado nos carros de combate blindados com alcance de até cinco quilômetros, além do Ratac utilizado pelas peças de artilharia para detectar alvos à trinta quilômetros.

Meteorologia

Redes de radares meteorológicos estão espalhadas por uma vasta área em vários países do mundo. Possuem longo alcance e hoje são de suma importância para o monitoramento da atmosfera, facilitando assim atividades como a agricultura, aeronáutica, entre outras. Eles detectam com precisão os movimentos das massas de ar, dando subsídios aos meteorologistas para prevenir desde geadas, vendavais e chuvas de granizo, até tempestades. O vapor d’água não reflete as ondas tão bem quanto gotas de chuva ou cristais de gelo, por isso a detecção de chuva e neve aparece mais forte no radar do que as nuvens. Poeira na atmosfera também reflete as ondas do radar, mas o retorno só é significativo se existir uma concentração de poeira maior do que o usual. Os radares meteorológicos usam o efeito Doppler para determinar a velocidade do vento numa tempestade, e podem detectar se a tempestade é acompanhada de poeira ou de chuva.

Aplicações científicas

Cientistas usam o radar para várias aplicações espaciais. Os EUA, Reino Unido e Canadá, por exemplo, rastreiam objetos em órbitas ao redor da Terra. Isto ajuda os cientistas e engenheiros a vigiar tralhas espaciais (satélites abandonados, partes de foguetes abandonados, etc). Durante viagens espaciais os radares também são utilizados para medir distâncias precisas, como nas missões da Apollo nos anos 60 e 70. A US Magellan sonda espacial mapeou a superfície do planeta Vênus com um radar de 1990 a 1994. Outra importante aplicação espacial é a utilização de uma rede de satélites que emitem sinais de ondas de rádio. O mais conhecido desse tipo de sistema é o GPS que fornece uma navegação de alta precisão para qualquer pessoa que possua um receptor.

Ecolocalização

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A ecolocalização, também chamada de “biosonar”, é uma capacidade natural, encontrada em golfinhos e morcegos, de utilização de emissão de ondas ultra-sons para locomoção e captura de presas.

A partir do estudo da mesma, os seres humanos desenvolveram a “ecolocalização artificial”, com o advento do radar, sonar e aparelhos de ultra-sonografia. Na realidade, nenhuma dessas “imitações humanas” se compara à qualidade e perfeição da ecolocalização animal.

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