Estacion de Trabajo EB-172

CURSO EB 172 FUNDAMENTOS DE RADAR DIGITAL

TEORA Y EXPERIMENTOS DE LABORATORIO Para el Manual de Operaciones con PU-2000

DEGEM SYSTEMS

Copyright 2007 by I.T.E. Innovative Technologies in Education. Todos los derechos reservados. Este libro o cualquiera de sus partes no deben reproducirse de ninguna forma sin el permiso escrito previo de I.T.E. Esta publicacin esta basada en la metodologa exclusiva de Degem Systems Ltd. Con el inters de mejorar sus productos, los circuitos, sus componentes y los valores de estos pueden modificarse en cualquier momento sin notificacin previa.

Primera edicin en espaol impresa en: 2007

Cat No. 9032317201 (SPN, UNI, DEGEM, PU-2000).

CONTENIDO

Teora 1 Leccin 1 Uso del entrenador de radar con el software de operacin 1-1 Leccin 2 Familiarizarse con el hardware de control del radar 2-1 Leccin 3 Familiarizarse con el hardware de transmisin y

recepcin del radar 3-1

Leccin 4 Medicin de la velocidad del sonido 4-1 Leccin 5 Propagacin de ondas y compensacin prctica 5-1 Leccin 6 Pantalla de Indicador de Posicin en el Plano (PPI) y

acimut 6-1

Leccin 7 Tcnicas de filtrado 7-1 Leccin 8 Rastreo 8-1 Leccin 9 Prctica de Localizacin de fallas 9-1

Teora

1. Introduccin 2. Antecedentes - Terminologa Bsica

Radiacin Electromagntica Frecuencia Ondas de Radio Microondas Longitud de Onda onda de sonido

3. Principios de los Sistemas de Radar Reflexin Ecuacin de radar Interferencia Ruido Pertubacin electrnica Interferencia (Jamming)

4. Procesamiento de seales de radar Medicin de distancia Portadora Ancho de pulso Frecuencia de repeticin de pulso (PRF) Alcance inequvoco Parmetros tpicos del sistema Medicin de la velocidad Reduccin de efectos de interferencia Bandas de frecuencia

5. Lista de bandas de frecuencia 6. Componentes del sistema de Radar

1

1. Introduccin

El radar es un sistema que utiliza ondas electromagnticas para identificar la ubicacin, direccin y/o velocidad tanto de objetos fijos como en movimiento, tales como aviones, barcos, vehculos motorizados, formaciones climticas, terrenos y seres humanos. Un transmisor emite ondas radioelctricas, las cuales se reflejan a travs del blanco y son recibidas por un receptor; esto ocurre por lo general en la misma ubicacin en la que son transmitidas. Por lo general, la seal de radio devuelta es muy dbil y hay que amplificarla. Esto le permite al radar detectar objetos en rangos donde otras emisiones, tales como sonidos o luces visibles, seran muy dbiles para alcanzar a ser detectadas.

El radar se usa en varios contextos incluyendo, la deteccin de lluvia/nieve, el control del trfico areo, la deteccin de exceso de velocidad por parte de la polica y para uso militar.

Radar es un acrnimo de Radio Detection and Ranging. (deteccin y medicin de distancias mediante ondas radioelctricas) creado en 1941. Este acrnimo de origen estadounidense reemplaz a la abreviatura inglesa que usaba previamente RDF (la cual equivale a Localizador de Direccin por Radio). Desde entonces el trmino se incorpor al lenguaje diario como una palabra standard, radar, incluso sin mayscula.

El empleo del sistema de entrenamiento de Radar fue elegido para implementarse en un dominio Ultrasnico con el fin de evitar problemas relacionados al uso de microondas. Gracias a que la onda sonora se comporta de un modo similar al de la onda de frecuencia de radio pero con una velocidad menor, es posible usar ondas ultrasnicas.

Este sistema de entrenamiento est compuesto por dos partes principales: Una tarjeta de hardware; Un software.

El hardware es un tarjeta que se adapta al sistema EB2000. Esta tarjeta incluye:

1. Un transductor ultrasnico con su circuito de adaptacin; 2. Un sistema radial mvil; 3. Un sistema de control compuesto por microcotrolador,

La tarjeta enva y recibe seales ultrasnicas a travs del transductor. La seal transmitida se generar mediante circuitos dedicados y se controlar mediante un microcontrolador. Las seales recibidas se amplificarn, preanalizadas y marcadas por el microcontrolador para luego enviarlas al sistema de PC para una presentacin de modo visual. El software de la PC presentar dichas seales analizadas en la pantalla de la PC de distintos modos visuales para permitir al usuario detectar la ubicacin del objeto en el espacio alrededor del sistema. El software y hardware de la PC le permiten al estudiante estudiar los principios bsicos y el funcionamiento de un sistema de Radar mediante la realizacin de algunos experimentos.

2

2. Antecedentes - Terminologa Bsica

La Radiacin Electromagntica se describe por lo general como una onda de auto-propagacin en el espacio con componentes elctricos y magnticos. Estos componentes oscilan en ngulos rectos entre s, y en la direccin de la propagacin y estn en fase entre s. La radiacin electromagntica se clasifica en distintos tipos segn la frecuencia de la onda.

La Frecuencia es la medida de la cantidad de veces que ocurre un evento repetitivo por unidad de tiempo (en general un segundo). Tambin se define como la tasa de cambio de fase de una onda sinusoidal.

A medida que aumenta la frecuencia tenemos las siguientes ondas Electromagnticas:

1. Ondas de radio; 2. Microondas; 3. Radiacin Terahertz; 4. Radiacin infrarroja; 5. Luz visible; 6. Radiacin ultravioleta; 7. Rayos-X; 8. Rayos Gamma.

En algunos contextos tcnicos el rango total se refiere solamente a luz.

Las Ondas de Radio son el tipo de ondas que acontecen en la porcin de la frecuencia de radio del espectro electromagntico. Un uso comn que se les da a las ondas de radio es para transportar informacin (como voz y/o imagenes de televisin) a travs de la atmsfera o el espacio exterior sin cables. Las ondas de radio se distinguen de otros tipos de ondas electromagnticas por su longitud de onda, ya que tienen una longitud relativamente larga en el espectro electromagntico. El termino Frecuencia de Radio se refiere a las seales de Corriente Alterna (CA) con una frecuencia de entre los 60KHz (60103Hz) y los 300MHz (300106Hz).

Las Microondas son ondas con una longitud de onda mayor a aquellas con frecuencia de Terahertz (THz), pero son relativamente cortas para ser Ondas de radio. Las ondas de radio tienen una longitud de onda que est aproximadamente en un rango de 30 cm (frecuencia = 1 GHz) a 1 mm (300 GHz). Este rango de longitud de onda llev a que muchos cuestionen a esta denominacin usada para microondas, como el nombre propuesto para las un ondas de longitud micrmetras. Sin embargo, los lmites entre Luz infrarroja, Radiacin Terahertz, Microondas y Ondas de radio de frecuencia ultra alta (UHF) son arbitrarios, y se utilizan de modos varios entre los diferentes campos de estudio. El trmino microondas generalmente se refiere a las frecuencias entre 300 MHz (300106 Hz) y 300GGHz (300109Hz)

La Longitud de Onda es la distancia entre la repeticin de unidades de un patrn de ondas. Se la designa con la letra Griega lambda ().

3

En una onda sinusoidal, la longitud de onda es la distancia entre los puntos medio de sta.

El eje x representa la distancia, y el eje y representa alguna cantidad variable en un punto dado en el tiempo en funcin de x, por ejemplo una onda de radio, o la potencia de una onda Electromagntica.

La longitud de onda es la funcin inversa de la frecuencia f, el nmero de picos que pasan por un punto en un determinado tiempo. La longitud de onda es igual a la velocidad de un tipo de onda dividida por la frecuencia de la onda. Cuando tratamos con ondas electromagnticas en el vaco, la velocidad es la velocidad de la luz c. sta es la velocidad del sonido en el aire para las ondas de radio. La relacin viene dada por:

Donde:

= la longitud de onda de una onda de radio u onda electromagnetica;

w es la velocidad de propagacin de la onda, y

= la frecuencia de la onda en 1/s = Hz.

Para las ondas de radio esta relacin se aproxima a la siguiente frmula:

La longitud de onda (en metros) es igual a 3108 m/s dividida por la frecuencia (en hertz)

Para las ondas de sonido en el aire, esta relacin se aproxima con la frmula: longitud de onda (en metros) = 343 m/s dividido por la frecuencia (en hertz).

Nota: la velocidad de la luz es c=3 108m/s en el vaco, y de ese modo en el vaco.

o

4

Distancia

Longitud de Onda

Onda

En medios diferentes al vaco

Cuando las ondas de luz (y otras ondas electromagnticas) entran en un medio, su longitud de onda se reduce en un factor igual al ndice de refraccin n del medio, pero la frecuencia de la onda no se altera. La longitud

de onda en el medio, ' est dada por:

donde:

0 es la longitud de onda en el vaco

La longitud de ondas de radiaciones electromagnticas, sin importar en qu medio estn viajando, se refieren en general a longitud de ondas en el vaco, a pesar de que no se indica explcitamente. Sin embargo, es una buena aproximacin asumir que la velocidad de la luz es c=3 108m/s.

La onda de sonido es una perturbacin de energa mcanica que se propaga a travs de la materia como una onda longitudinal. El sonido se caracteriza por las propiedades de las ondas de sonido, stas son frecuencia, longitud de onda, perodo, amplitud y velocidad.

Los humanos perciben el sonido por medio del sentido de la audicin. Al hablar del sonido, por lo general denota las vibraciones que viajan por el aire, y que los seres humanos pueden oir. Sin embargo, los cientficos e ingenieros usan una definicin ms amplia para el sonido que incluye vibraciones de frecuencias altas y bajas en el aire que no pueden ser odas por los humanos y, tambien, vibraciones que viajan a travs de toda forma de materias, gases, liquidos y slidos.

La materia por donde viaja el sonido se llama medio. El sonido se propaga como ondas de presin alternativa, formando regiones de compresin y refraccin. Las partculas en el medio son desplazadas por la onda y vibran.

Se usa el trmino ruido para refererise a un sonido no deseado. En ciencia e ingeniera, el ruido es un componente indeseado que oscurece la seal deseada. El sonido se percive a travs del sentido de la audicin. Los humanos y muchos animales usan sus odos para oir sonidos, pero los sonidos bajos y de baja frecuencia se pueden percibir por otras partes del cuerpo por medio del sentido del tacto como vibraciones. Los sonidos se usan de distintas formas, en especial para la comunicacin a travs de la voz y la msica. Tambin se pueden utilizar para adquirir informacin acerca de las propiedades del medio ambiente que nos rodea, tales como las caractersticas del espacio y la presencia de otros animales u objetos. Por ejemplo, los murcielagos usan ecolocacin, las ovejas y submarinos usan sondas de ultrasonidos, y los humanos pueden determinar informacin del espacio por la forma en la que ellos perciben los sonidos.

5

Los seres humanos por lo general, oyen sonidos en el rango de frecuencias entre 20 Hz y 20 KHz (este es el rango audible), a pesar de que este rango varie significativamente con la edad, dao ocupacional del odo, y gnero. La mayora de las personas ni siquiera pueden oir 20.000Hz cuando son adolescentes, y a medida que van envejeciendo progresivamente pierden la capacidad para escuchar las frecuencias ms altas.

Al sonido que se encuentra encima del rango de audicin se lo conoce como ultrasonido, y al que est por debajo de dicho rango se lo llama infrasonido.

La velocidad a la cual viaja el sonido depende del medio por el cual atraviesan sus ondas, y generalmente es una propiedad fundamental del material. En general, la velocidad del sonido es proporcional a la raz cuadrada del radio del mdulo de elasticidad del medio(Rigidez) y su densidad. Esas propiedades fsicas y la velocidad del sonido cambian con las condiciones del ambiente. Por ejemplo, la velocidad del sonido en el aire y otros gases dependen de la temperatura. En el aire, la velocidad del sonido es aproximadamente 344 m/s, en el agua 1500 m/s y en una barra de acero es de 5000 m/s. La velocidad del sonido tambin es levemente sensible (en un orden de segundos) a la amplitud del sonido, dando como resultado efectos de propagacin no lineales, tales como la dbil produccin de armnicos y la mezcla de tonos.

6

3. Principios de los Sistemas de Radar

Reflexin

Las ondas electromagnticas se reflejan (dispersan) desde cualquier cambio grande en las constantes dielctricas o diamagnticas. Esto significa que un objeto slido en el aire o en el vaco, u otros cambios importantes en la densidad atmica entre el objeto y lo que lo rodea, dispersar las ondas del radar (radio). Esto es esencialmente cierto para los materiales conductores de electricidad, como los metales y la fibra de carbono, haciendo que el radar sea apto para la deteccin de aviones y barcos. El radar que absorbe material, que contiene sustancias resistivas y a veces magnticas, se usa en vehculos militares para disminuir la reflexin del radar. Esto en radio es el equivalente a pintar algo de color oscuro.

Las ondas de radar se dispersan en muchas formas dependiendo del tamao (longitud de onda), de la onda de radio, y del tamao del objetivo. Si la longitud de onda es ms corta que el tamao del objetivo, la onda va a aparecer de un modo similar a la forma en que la luz se refleja en un espejo. Si la longitud de onda es mucho mayor que el tamao del objetivo, ste se polariza (las cargas positivas y negativas se separan) como una antena dipolar. A este fenmeno se lo describe como la dispersin de Rayleigh, un efecto que crea el azul del cielo y los rojos atardeceres de nuestro mundo.

Cuando las dos escalas de longitud son del mismo orden, puede haber resonancias. Los primeros radares usaban longitudes de onda grandes que eran mayores que los objetivos y reciban una seal difusa, mientras que hoy, algunos sistemas modernos usan longitud de ondas cortas (algunos pocos centmetros o menos) que pueden alcanzar objetos de imagen tan pequeos como migas de pan.

Las ondas de radio cortas se reflejan desde las curvas y esquinas, de un modo parecido a un destello de un pedazo de vidrio de forma redondeada Los objetivos ms reflexivos para longitud de ondas cortas tienen un ngulo de 90 entre sus superficies reflexivas. Una estructura que consiste en tres superficies planas que se encuentran en una sola esquina, como la esquina en una caja, siempre va a reflejar ondas que entran en su apertura que retornan al origen. Estos reflectores de esquinas son utilizados por lo general como reflectores de radar para hacer, de otro modo, difcil la deteccin de objetos fciles de detectar, y suelen encontrarse en botes para poder mejorar su deteccin en una situacin de riesgo y para disminuir las coaliciones. Por la misma causa, los objetos que quieren evitar su deteccin van a defleccionar sus superficies de modo tal que se eliminen sus

7

esquinas internas evitando superficies y aristas perpendiculares, las cuales son fciles de detectar en las direcciones, lo que lleva que este algo peculiar que se vea sea un avin casi invisible. Estas precauciones no eliminan totalmente la reflexin a causa de la difraccin, especialmente en casos en donde las longitudes de las ondas son ms largas. Los cables de media longitud de onda o bandas de material de conduccin, tales como el chaff (tamos de metal, o cinta magntica), son muy reflexivos pero no dirigen la energa dispersa de vuelta hacia la fuente. A la extensin hacia la cual un objeto refleja o dispersa las ondas de radio se la denomina seccin de cruce de radar.

El chaff originalmente llamado ventana por los ingleses, es una forma de contrarestrar el radar en la cual los aviones u otros objetivos dispersan una nube de pedacitos pequeos y delgados de aluminio, fibra de vidrio metalizado o plstico. Ambos aparecen como un grupo de objetivos secundarios en las pantallas del radar o enceguecen dicha pantalla con mltiples retornos.

Ecuacin de radar

La potencia Pr reflejada a la antena de recepcin est dada por la ecuacin del radar:

Donde:

Pt = potencia transmitida

Gt = ganancia de la antena transmisora

Ar = apertura efectiva (rea) de la antena de recepcin

= seccin transversal del radar, o coeficiente de decaimiento del objetivo

F = factor de propagacin patrn

Rt = distancia desde el transmisor al objetivo

Rr = distancia desde el objetivo al receptor.

En el caso comn donde el transmisor y el receptor estn en el mismo lugar, Rt = Rr y el trmino Rt

2 Rr2 puede ser reemplazado por R4, donde R es la

distancia. Esto resulta en:

8

Esto dice que la potencia en el receptor se reduce proporcionalmente a la cuarta potencia de la distancia, lo que significa que la potencia reflejada desde el objetivo distante es muy muy pequea. La ecuacin anterior con F = 1 es una simplificacin para el vaco sin interferencia. El factor de propagacin depende de los efectos de multiruta y de sombreo sobre los detalles del medio de propagacin. En una situacin real los efectos de atenuacin en el recorrido deben ser considerados.

Otros desarrollos matemticos en procesamiento de seales de radar incluyen anlisis de tiempo-frecuencia (Weyl Heisenberg o wavelet), as como la transformada chirplet que se basa en el hecho de que los radares generalmente trabajan con objetivos mviles por lo que la seal cambia su frecuencia como una funcin del tiempo, como lo hace el sonido de un ave o un murcilago.

Interferencia Los sistemas de radar deben sobreponerse a distintas fuentes de seales no deseadas para poder enfocarse slo en el verdadero objetivo de su inters. Estas seales no deseadas se pueden originar en fuentes tanto internas y como externas, ambas pasivas o activas. La capacidad del sistema de radar para sobreponerse a estas seales no deseadas, define la relacin seal-ruido (SNR): cuanto mayor sea la SNR de un sistema, mejor ser la forma de aislar blancos existentes de las seales de ruido que lo rodean.

Ruido La seal de ruido es una fuente interna de variaciones aleatorias en la seal, que se genera de modo inherente a ciertas temperaturas por componentes electrnicos. El ruido, por lo general, aparece como variaciones aleatorias superpuestas sobre las seales deseadas de eco recibidas en el receptor del radar. Cuanto ms baja sea la potencia de la seal deseada, ms difcil ser diferenciarla del ruido (es como intentar or un susurro estando parado al lado de una carretera muy transitada). Por ende, las fuentes ms importantes de ruido aparecen en el receptor y se hacen muchos esfuerzos para minimizar estos factores. La figura de ruido es una medida de ruido producida por el receptor comparada con un receptor ideal, y esto necesita minimizarse.

En telecomunicaciones, la cantidad o figura de ruido (Noise Figure, en ingls) es una medida de degradacin de la relacin de seal a ruido (SNR), causada por componentes en cadena de la seal de RF. La figura de ruido es la relacin de la potencia de ruido de salida de un dispositivo, hacia la parte de la misma debida al ruido trrmico en la terminacin de entrada, a una temperatura de ruido standard T0 (generalmente 290 K). La figura de ruido es etonces la relacin del verdadero ruido de salida, al cual nos referimos si el dispositivo mismo no aadira ruido. Es un nmero por el cual se puede

9

especificar el rendimiento de un receptor de radio. El ruido tambin es generado por fuentes externas, siendo la ms importante la radiacin trmica natural del entorno de fondo que rodea al objetivo de inters. En los sistemas de radar modernos, debido al alto rendimiento de los receptores, el ruido interno es casi igual o menor al ruido externo del entorno. Una excepcin a esto es si el radar apunta hacia arriba en el cielo despejado, en donde el panorama es tan fro que genera muy poco ruido trmico.

Perturbacin electrnica (Clutter) El eco perturbador, o Perturbacin electrnica, o comunmente clutter, se refiere a los ecos de frecuencia de radio existentes (RF) que regresan de los objetivos, los cuales por definicin no son interesantes para los operadores del radar en general. Tales objetivos, incluyen mayoritariamente a objetos naturales como el suelo, mar, precipitaciones (lluvia, nieve o granizo), tormentas de arena, animales (en especial pjaros), turbulencias atmosfricas, y otros efectos de la atmsfera (como reflexiones de la ionosfera y trayectorias de meteoros). El clutter tambin puede retornar de objetos hechos por el hombre como edificios, y sin querer, por medidas para contrarestrar el radar como el chaff.

Parte del clutter puede ser causado de una gua de onda extensa entre el transceptor del radar y la antena. En un tpico radar Indicador de posicin de plano (IPP) con una antena rotatoria, este se ver como un sol o destello solar en el centro de la visualizacin mientras que el receptor responde a los ecos de las partculas de polvo y del transceptor RF en la gua de onda. Regulando el tiempo entre que el transmisor enva un pulso y que el estado del receptor est listo, se reducir el destello solar sin afectar la precisin del alcance, ya que la mayora de los destellos solares son ocasionados por transmisiones de pulsos difusos que se reflejan antes de alcanzar la antena.

Mientras que ciertas fuentes del eco perturbador son indeseables para algunos usos de radar (como nubes de tormentas para los radares de defensa area), se pueden desear por radares meteorolgicos en este

10

Objetivo Real

Fantasma

ejemplo. Al eco perturbador se lo considera una fuente de interferencia pasiva, ya que slo aparece en respuesta a las seales de radar enviadas por este mismo.

Hay varios mtodos de deteccin y neutralizacin del eco perturbador. Muchos de ellos se basan en el hecho que, el eco tiende a parecer esttico entre los exploradores de radares. Por lo tanto, cuando se comparan ecos exploradores posteriores, los blancos deseados pareceran estar en movimiento y eliminando todos los ecos inmviles. Al eco perturbador martimo se lo disminuye usando la polarizacin horizontal, mientras que a la lluvia se la disminuye con la polarizacin circular (hay que destacar que los radares meteorolgicos esperan el efecto contrario, por consiguiente al usar la polarizacin lineal les resulta mejor para detectar las precipitaciones). Existen tambin otros mtodos cuyo objetivo es mejorar la relacin de seal a eco perturbador.

La sigla CFAR, que significa una tasa de falsa alarma constante (una forma de AGC, Control Automtico de Ganancia) es un mtodo basado en que los ecos perturbadores retornan un eco excesivo de nmeros desde los objetivos que son del inters. La ganancia del receptor se ajusta automticamente para mantener un nivel constante del total del eco perturbador visible. Mientras que esto no ayuda a detectar objetivos enmascarados por ecos perturbadores que los rodean, s lo hace ayudando a distinguir fuentes de objetivos fuertes. En el pasado, el radar AGC era controlado de modo electrnico, afectando la ganancia de todo el receptor del radar. A medida que los radares evolucionaron, el AGC pas a estar controlado por un software de computadora, afectando a la ganancia con mayor granulosidad, en la deteccin de clulas especficas.

El eco perturbador tambin es originado por ecos de trayectoria mltiple desde objetivos vlidos a causa de la reflexin del suelo, conducto atmosfrico o la reflexin o refraccin en la ionosfera. Este tipo especfico de eco perturbador es particularmente molesto, ya que pareciera moverse y comportarse como otro objetivo de inters normal (un punto), creando as un fantasma. En un escenario tpico, un eco de avin es un reflejo de trayectoria mltiple que viene del suelo, aparecindose delante del receptor como un objetivo idntico por debajo del verdadero. El radar puede intentar unir los objetivos, informando al objetivo a una altura incorrecta; o, peor aun, eliminndolo a causa de inestabilidad o imposibilidad fsica. Estos problemas se pueden solucionar incorporando un mapa conectado con la tierra de los alrededores del radar, y eliminando todos los ecos que parezcan provenir de debajo de la tierra o por encima de determinada altura .

En la electrnica y las telecomunicaciones, la fluctuacin o jitter es un cambio abrupto y no deseado de una o ms caractersticas de la seal, tales como los intervalos entre pulsos consecutivos, la amplitud de ciclos consecutivos, o la frecuencia o fase de ciclos sucesivos. La fluctuacin es un factor muy importante en el diseo de todos los enlaces de comunicaciones (por ejemplo USB, PCI-e, SATA).

11

La fluctuacin se puede aplicar a una cantidad de categoras de la seal (tales como amplitud, fase, ancho de pulso, o posicin de pulso), y se puede cuantificar de la misma forma que se hace con todas las seales que varan en el tiempo (por ejemplo, RMS, o el desplazamiento pico a pico). Tambin como otras seales de variacin en el tiempo, la fluctuacin se puede expresar en trminos de densidad espectral (contenido de frecuencia). Generalmente, una fluctuacin de frecuencia muy baja no es de inters en los sistemas de diseo, y la frecuencia de corte baja para la fluctuacin se especifica en 1 Hz.

Interferencia (Jamming) El Jamming de un radar alude a las seales RF que se originan en fuentes que se encuentran fuera del radar, que transmiten en la frecuencia del radar y por lo tanto enmascaran el objetivo de inters. El Jamming puede ser intencional (como una tctica de armamento electrnico anti-radar), o sin intencin (por ejemplo, por fuerzas amigas que usan equipamiento que transmiten usando el mismo rango de frecuencia). Se considera al jamming como una fuente de interferencia activa, ya que se inicia en elementos externos al radar, y por lo general no relacionados con las seales del mismo.

El Jamming es parte de un contador de contramedidas electrnico (ECCM, Electronic counter-countermeasures) que describe una variedad de ejercicios que pretenden reducir o eliminar los efectos de las contramedidas electrnicas (ECM) en sensores electrnicos en los vehculos, barcos, aviones y armas como misiles. El ECCM es tambin conocido como EPM (Electronic Protective Measures, medidas de proteccin electrnica), sobre todo en Europa. En la prctica EPM significa resistencia al Jamming.

El Jamming es problemtico para el radar ya que la seal de Jamming slo necesita viajar un tramo (desde el perturbador de seal hasta el receptor del radar), mientras que el eco del radar recorre dos caminos (radar-objetivo-radar), por lo tanto tiene menor potencia para cuando regresa al receptor. Los perturbadores de seal (o equipo de interferencia), entonces suelen tener mucha menos potencia que los radares con jamming, y aun as es posible de cubrir blancos en forma eficaz dentro de la lnea de mira desde el perturbador hasta el radar(Jamming del lbulo principal). Los perturbadores tienen otro efecto adicional que afecta a los radares a lo largo de la lnea de mira, debido a los lbulo laterales del receptor del radar (Side lobe Jamming).

El lbulo principal del jamming se puede reducir estrechando el ngulo slido del lbulo principal, y nunca se lo puede eliminar completamente cuando se encuentra directamente frente a un perturbador que usa la misma frecuencia y polarizacin que el radar. El lbulo lateral del jamming se puede sobrellevar reduciendo la recepcin de lbulos laterales en el diseo de la antena del radar, y tambin usando una antena omnidireccional para detectar y descartar seales de los lbulono principales. Otras tcnicas anti-jamming son el salto de frecuencia y la polarizacin.

12

4. Procesamiento de seales de radar

Medicin de distancia Una forma de medir la distancia a un objeto es transmitiendo un pulso corto de seal de radio (radiacin electromagntica), y medir el tiempo que le lleva a la reflexin en volver. La distancia es la mitad del producto en el tiempo de propagacin en ambos sentidos (ya que la seal tiene que viajar hasta el objetivo y luego regresar al receptor) y la velocidad de la seal. Puesto que las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz (300.000.000 metros por segundo), para lograr una medicin exacta de la distancia se necesita equipos de electrnica de alto desempeo.

En la mayora de los casos, el receptor no detecta el regreso mientras se est enviando la seal. Mediante el uso de un dispositivo llamado diplexer, el radar conmuta entre transmitir y recibir en con una tasa predeterminada. El alcance mnimo se calcula midiendo la longitud del pulso multiplicada por la velocidad de la luz, dividido dos. Para la deteccin de objetivos ms cercanos se deben usar pulsos de menor longitud.

Un efecto similar impone tambin un alcance mximo. Si el retorno desde el objetivo se presenta cuando la se est enviando siguiente pulsacin, una vez ms el receptor no puede notar la diferencia. Para maximizar el alcance, se desea utilizar tiempos ms extensos entre pulsos, el tiempo inter-pulsos.

Estos dos efectos tienden a oponerse entre s, y no es fcil combinar un buen alcance corto y un buen alcance largo en un solo radar. Esto es porque los pulsos cortos se necesita para una buena emisin de alcance mnimo, y tienen menor potencia total, haciendo que los retornos sean mucho ms cortos y que el objetivo sea ms difcil de detectar. Esto se puede compensar usando ms pulsos, pero as se acortara nuevamente el alcance mximo. Entonces, cada radar usa un tipo de seal particular. Los radares de alto alcance suelen usar pulsos extensos con retardos largos entre ellos, y los de alcance corto usan pulsos ms cortos con menos tiempo entre s. Esta caracterstica de los pulsos, y las pausas es conocida como PRF (Frecuencia de repeticin de pulso) y es una de las principales formas de caracterizar a un radar. Como la electrnica ha mejorado, son muchos los radares que ahora pueden cambian su PRF y cambiando as su alcance.

13

La resolucin de la distancia y las caractersticas de la seal recibida se la compara con el ruido, que depende en gran medida en la forma del pulso. El pulso es en general modulado para as obtener un mejor rendimiento gracias a tcnicas como compresin de pulsos.

El siguiente diagrama muestra las caractersticas de la seal transmitida en el dominio del tiempo.

Portadora La portadora es una seal RF, en general frecuencias de microondas, que generalmente (pero no siempre) es modulada para permitirle al sistema capturar la informacin necesaria. En los radares de alineacin simple, la portadora va a ser modulado por pulsos, y en sistemas de Ondas Continuas, como el radar Doppler, esta modulacin no es necesaria. La mayora de los sistemas usan modulacin por pulsos, ya sea con o sin seales de modulacin suplementaria. Note que con la modulacin por pulsos, la portadora simplemente se enciende y apaga en sincronizacin con los pulsos; la forma de onda que se modula no existe en realidad en las seales transmitidas y la envolvente de la forma de onda de pulso se extrae de la portadora demodulada en el receptor. Si bien es obvio al describirse, por lo general este punto se pierde cuando las transmisiones de pulso se estudian primero, generando as malos entendidos acerca de la naturaleza de la seal.

Ancho de Pulso El ancho de pulso ( ) de la seal transmitida determina la zona muerta. Mientras que el transmisor del radar est activo, la entrada de datos del receptor est cerrada para evitar que los amplificadores se saturen o se daen, que es los que ocurre con mayor frecuencia. Un clculo simple demuestra que un eco de radar tomar aproximadamente 10,8 us en regresar del objetivo Standard 1 a una milla de distancia (contando desde el flanco ascendente de pulso (T0), a veces conocido como seal (o impulso) inicial del transmisor). Para facilitar la lectura, estas cifras tambin se expresan en unidades de 1 milla nutica en 12,4us o 1 kilmetro en 6,7us. (Para que sea ms fcil, todo lo tratado aqu en adelante utilizar cifras mtricas). Si el ancho del pulso del radar es 1us, entonces no se podrn detectar objetivos ms cercanos que a 150 m, ya que el receptor estar cerrado.

Frecuencia de repeticin de pulso (PRF) Con el fin de crear un eco discernible, la mayora de los sistemas de radar emiten pulsos continuamente y la tasa de repeticin de estos pulsos se determina por el rol del sistema. Un eco proveniente de un objetivo, por ende, ser pintado en la pantalla o integrado dentro del procesador de seales cada vez que se transmita un nuevo pulso, reforzando el retorno, y haciendo

14

ms fcil la deteccin. A medida que el PRF que se usa es ms alto, el objetivo ser ms pintado aun, y as los diseadores de radar usan PRF lo ms alto posible, en funcin de los otros factores que limitan al radar como ser descrito ms adelante.

Alcance inequvoco En sistemas simples, los ecos de los objetivos deben detectarse y ser procesados antes que se genere la prxima pulsacin del transmisor para evitar alcances ambiguos. El alcance ambiguo sucede cuando el tiempo tomado para que un eco retorne del objetivo sea mayor al perodo de repeticin de pulso (T). Estos segundos ecos apareceran en la pantalla como objetivos que se encontraran ms cercanos que en la realidad. Consideremos el siguiente ejemplo. Si la antena de radar est ubicada alrededor de 15 m por encima del nivel del mar, entonces la distancia hacia el horizonte es muy pequea, (tal vez 15 km). Los objetivos de tierra no se podrn detectar ms all de este alcance, entonces el PRF puede ser bastante alto. Un radar con un PRF de 7,5 kHz devolver ecos ambiguos desde los objetivos ubicados a 20km, o sobre el horizonte. Pero si, sin embargo, se duplica el PRF a 15 kHz, entonces el alcance ambiguo se reduce a 10km y los blancos detrs de este alcance slo apareceran en la pantalla despus que el transmisor ya haya emitido otra pulsacin. Un objetivo a 12 km parecera estar a 2 km de distancia, si bien la fuerza del eco sera mucho menor que eso desde un alcance real a 2 km. El mximo alcance inequvoco vara inversamente con el PRF, y viene dado por:

Si con este sistema simple, se necesita un gran alcance entonces se necesitan PRF bajo. Hace algunos aos atrs era muy normal buscar radares que tengan PRF menores que 1 kHz, obteniendo alcances inequvocos de 150 km. Sin embargo, PRF bajos significan otros problemas, incluyendo un pobre delineamiento del objetivo, y ambigedad de velocidad en los sistemas de Pulso-Doppler; por ende los radares modernos suelen usar PRF en los cientos de kilohertz, y alternan los intervalos entre pulsos para poder corregir el alcance a delimitar. Con un PRF escalonado, se transmite un paquete de pulsaciones, donde cada pulsa tiene intervalos levemente diferentes del anterior (o si se ve desde otro punto de vista, cantidades variables retardadas desde el disparo de referencia). Al final del paquete, el tiempo retorna al valor original, sincronizado junto con eldisparador. Este quiere decir que los ecos siguientes y subsecuentes aparecern en los circuitos de procesamiento del

15

receptor en tiempos ligeramente distintos, relativo al transmisor de pulso actual. Estos ecos pueden ser correlacionados con el pulso T0 asociado en el paquete a construir con un valor de alcance real. Los ecos desde otros disparos T0, como los ecos fantasmas, van a alejarse de la pantalla, o se cancelarn en el procesador de seales, dejando slo los ecos verdaderos con lo que despus se podr calcular el alcance.

Parmetros tpicos del sistema Si se tienen en cuenta todas las caractersticas mencionadas anteriormente, significa que se depositan ciertas restricciones en el diseador del radar. Por ejemplo, un sistema con una portadora de 3GHZ de frecuencia de portadora, y un pulso de 1us de ancho, tendr un perodo de portadora de 10ns aproximadamente. Cada pulsacin transmitida contendr alrededor de 3000 ciclos de portadora, y la ambigedad de velocidad y alcance para este sistema ser:

PRF Velocidad ambigua Alcance ambiguo Baja (2kHz) 30m/s 75km Mediana (12kHz)

180m/s 12.5km

Alta (200kHz) 3000m/s 750m

Medicin de la velocidad

La velocidad es el cambio de la distancia hacia un objeto con respecto al tiempo. Por lo tanto, el sistema que existe para medir la distancia, combinado con una capacidad de memoria para ver dnde se encontraba antes el objetivo, alcanza para medir la velocidad. En un momento la memoria consista de un usuario haciendo marcas con lpices de cera en la pantalla del radar, y despus calculaba la velocidad usando una regla de clculo. Hoy, los sistemas de radar modernos realizan la operacin equivalente de un modo ms rpido y preciso utilizando computadoras.

Sin embargo, si la salida del transmisor es coherente (sincronizada en fase), hay otro efecto que se puede usar para medir la velocidad de modo casi inmediato (sin necesidad de memoria), y es el efecto Doppler. La mayora de los sistemas de radar usan este principio en el sistema de radar de pulsaciones-Doppler. Las seales que regresan de los objetivos cambian de rumbo desde esta base de frecuencia mediante el efecto Doppler, permitiendo as calcular la velocidad de un objeto allegado al radar. El efecto Doppler slo puede determinar la velocidad relativa del blanco a lo largo de la lnea de mira desde el radar hacia el blanco. Cualquier componente perpendicular de la velocidad objetivo a la lnea de mira no se puede determinar por Doppler solo rastreando el acimut del objetivo, se debe usar un sobre tiempo.

Tambin se puede hacer un radar sin ninguna pulsacin, conocido como un radar de onda-continua (radar OC o del ingls CW), emitiendo una seal pura de una frecuencia conocida. El radar CW es ideal para determinar

16

componentes radiales de la velocidad del objetivo, pero no puede determinar el alcance del mismo. El radar CW es muy usado por los encargados del control del trnsito para medir la velocidad de los vehculos, en forma inmediata y precisa, mientras que el alcance no es importante.

Reduccin de efectos de interferencia

Se usa el procesamiento de seales en los sistemas de radar con el fin de reducir los efectos de interferencia. Las tcnicas de procesamiento de seales incluyen al indicacin de blancos mviles (MTI, Moving Target Indicator), el pulso Doppler, procesadores de deteccin del blanco en movimiento (MTD, en ingls), correlacin con blancos de radar de vigilancia secundaria (SSR, en ingls) y el procedimiento adaptativo de espacio-tiempo (STAP, en ingls) tambin se usan el CFAR o frecuencia constante de falsa alarma, y el modelo de terreno digital (DTM) en entornos con clutter.

Bandas de frecuencia

Los nombres de bandas tradicionales se originaron como nombres-cdigo durante la Segunda Guerra Mundial, y todava estn dentro del uso del ejrcito y aviacin en todo el mundo. Se adoptaron en los Estados Unidos por el IEEE (Instituto de Ingenieros Elctricos y Electrnicos), e internacionalmente por la UIT. La mayora de los pases tienen reglas adicionales para controlar qu partes de cada banda estn disponibles para el uso civil o militar.

Otros usuarios del espectro radioelctrico, tales como las industrias de transmisin electrnicas y transmisin, reemplazaron las designaciones tradicionales del ejrcito con sus propios sistemas.

17

5. Lista de bandas de frecuencia

Nombre de Banda

Gama de Frecuencias

Gama de Onda de Longitud Notas

HF 3-30MHz 10-100m Sistemas de radar costeros, radares sobre-el-horizonte (OTH, en ingls; alta frecuencia

P < 300 MHz 1 m+ 'P' por 'previo', usado retrospectivamente para los primeros sistemas de radar

VHF 50-330MHz 0.9-6m Muy alto alcance, penetra el suelo; frecuencia muy alta

UHF 300-1000MHz

0.3-1m Muy alto alcance (ej. Sistema de alerta avanzado contra misiles), penetra el suelo, penetra el follaje; frecuencia ultra alta

L 1-2GHz 15-30cm Alto alcance de control de trfico de aire y vigilancia; 'L' por 'largo'

S 2-4GHz 7.5-15cm Control de trfico de aire de terminal, alto alcance de intertemperie, radar marino 'S' de 'short' (corto en ingls)

C 4-8GHz 3.75-7.5cm Transpondedores satelitales; un compromiso (de aqu 'C') entre las bandas X y S; intertemperie

X 8-12GHz 2.5-3.75cm Gua de misiles, radar marino, intertemperie, traza mapas de media resolucin y de vigilancia terrestre; en E.E.U.U. se usa el alcance angosto 10.525 GHz 25 MHz para el radar del aeropuerto. Se llama banda X porque la frecuencia fue secreta durante la II G.M

Ku 12-18GHz 1.67-2.5cm Traza mapas de alta resolucin, altmetro de satlite; la frecuencia est justo por debajo de la banda K (de aqu 'u', under en ingls)

K 18-27GHz 1.11-1.67cm

De kurz en alemn, significa 'corto'; su uso limitado es la causa de la absorcin por medio de vapor de agua, entonces se usan Ku y Ka en lugar para vigilancia. A la banda-K la usan meteorlogos para detectar nubes, y por la polica para detectar conductores que exceden la velocidad. Las armas de radar de banda-K funcionan a 24.150 0.100 GHz.

Ka 27-40GHz 0.75-1.11cm

Traza mapas, de corto alcance, vigilancia en aeropuertos; la frecuencia est justo encima de la banda-K. Foto radar, se usa para detonar cmaras que fotografan patentes de los autos que cruzan en luz roja, funcionan a 34.300 0.100 GHz.

mm 40-300GHz 7.5-1mm Banda milimtrica, subdividida como abajo. Aparentemente los designadores de letras las escogen al azar y los lmites de frecuencia dependen del tamao de gua de onda. Varias letras son destinadas a estas bandas por diferentes grupos. Estos son de Baytron, una empresa que hizo pruebas de equipamiento y que ahora ya no existe ms.

18

Nombre de Banda

Gama de Frecuencias

Gama de Onda de Longitud Notas

Q 40-60GHz 7.5-5mm Se utiliza para comunicacin militar.

V 50-75GHz 6.0-4mm Fuertemente absorvido por la atmsfera.

E 60-90GHz 6.0-3.33mm

W 75-110GHz 2.7 - 4.0 mm

Se usa como un sensor visual para vehiculos autonomos experimentales, observacin meteorolgica de alta-resolucin, y refleja.

19

6. Componentes del sistema de Radar

Principios del Radar

Todos los objetos reflejan las ondas de radio del mismo modo como lo hacen con la luz. De hecho, y desde el punto de vista fsico, las ondas de radio y la luz son lo mismo: un flujo de energa electromagntica. La diferencia entre los dos es su frecuencia. La frecuencia de la luz es mucho ms alta que la de las ondas de radio. La energa reflejada se dispersa en muchas direcciones, pero la parte detectable en general se encuentra en la misma direccin pero sentido contrario de la radiacin original emitida.

Los sistemas de radar detectan ondas de radio reflejadas de objetos (objetivos), tales como barcos y vehculos. Por lo tanto, es posible detectar objetos tanto de da como de noche, sin interesar las condiciones de luz, ni tampoco si hay neblina, niebla o nubes.

En su forma ms simple, el radar consiste de cinco elementos: el transmisor de radio, el receptor de radio sintonizado a la frecuencia del transmisor, dos antennnas y una pantalla. Para detectar la presencia de un objeto u objetivo, el transmisor genera una onda de radio, que es irradiada por una de las antenas. El receptor recoge el eco del objetivo. Una vez detectado el objetivo, se pone en la pantalla un punto de indicacin luminoso.

En la prctica, el transmisor y el receptor generalmente comparten una antena comn. Para evitar interferencia en el transmisor con la recepcin, las ondas de radio en general se transmiten en pulsos. Desde el punto de vista terico, durante la transmisin se apaga el receptor, por lo tanto protegido de los pulsos transmitidos de alta potencia as como del aumento de su sensibilidad. El radar puede detectar objetivos en direcciones diferentes y objetivos en un gran alcance.

Para realzar la selectividad de la seleccin de direccin, se concentra la energa irradiada en un haz estrecho. A fin de encontrar un objetivo, se barre el haz a lo largo de toda la regin en la cual se espera que aparezcan los objetivos. La regin tambin es llamada espacio del objetivo, y a veces llamada volumen o marco. Llamamos modelo de exploracin o barrido de bsqueda a la trayectoria del haz.

La duracin del tiempo de barrido del haz se llama tiempo del haz. En el mundo del radar, el trmino "objetivo" se usa ampliamente para referirse a casi todo lo que uno desea detectar: un avin, un barco, un vehculo, una estructura artificial en tierra, edificios, lluvia (radar meteorolgico) y nubes.

Como la luz, las ondas de radio de alta frecuencia usadas en la mayor parte de los sistemas de radar viajan en lnea recta. Para que un radar pueda detectar un objetivo, ste debe estar dentro de la lnea de vista (tambin llamada lnea de mira o lnea visual o campo visual). El eco debe ser lo suficientemente fuerte como para ser discriminado por encima del ruido de fondo que est intrnsecamente presente en la salida del receptor.

Adems, a veces la tierra reflejar el eco, que incluso podra llegar a ser ms fuerte que el eco generado por el objetivo. La fuerza del eco del objetivo es inversamente proporcional a la cuarta potencia del alcance.

20

Por consiguiente, a medida que el objetivo se acerca al radar, la fuerza del eco es mayor. El alcance en el cual el eco se hace lo suficientemente fuerte como para detectarse depende de varios factores. Los ms importantes son:

La potencia de las ondas transmitidas

El tamao de la antena.

Las caractersticas de reflexin y forma del objetivo

El tiempo que el objetivo est en el haz de la antena durante el barrido de bsqueda

La cantidad de barridos de bsqueda en las cuales aparece el objetivo

La longitud de onda de las ondas de radio

La fuerza del ruido de fondo o Clutter (ruido de los ecos o reflexiones)

La fluctuacin de la seal reflejada debido al movimiento del objetivo Debido a la fluctuacin y ruidos de fondo aleatorios, la onda reflejada de un objetivo puede variar. Sin embargo, la probabilidad de que esta se detecte dentro del mismo alcance se puede predecir con muchos criterios matemticos. Componentes del radar de la prctica

El sistema de radar est compuesto de las siguientes partes principales:

1. Alimentacin 2. Sistema mvil 3. Antena 4. Duplexor 5. Transmisor 6. Receptor 7. Procesador de seales 8. Visor

El elemento de suministro de energa de un sistema de radar es un componente esencial del sistema aunque este no participe directamente en ninguna de las funciones de radar. Este prove de energa a todos los componentes del radar. El sistema mvil hace girar la antena del radar. En un Radar de seguimiento clsico, una antena mvil hace girar los elementos de transmisin y recepcin, e informa su posicin angular. Este est formado por dos elementos principales: un motor elctrico y un controlador de amlificador de servomecanismo. El amplificador de servomecanismo traduce seales de control elctricas a alta tensin y corriente para controlar el motor elctrico a la posicin deseada. El amplificador de servomecanismo debe ser un sistema muy exacto ya que la posicin fsica de la antena indica la verdadera ubicacin del objetivo en el espacio. Adems, la calidad de las seales de amplificador de servomecanismo es importante para eliminar la vibracin mecnica de la antena mvil.

21

Esta vibracin podra producir ruido no deseado, que puede llegar a causar detecciones falsas de objetivos, o peor aun, ruido que enmascarar al verdadero objetivo, o tambin causar una deteccin falsa de la ubicacin del objetivo. La antena es el elemento ms importante del sistema. Esta emite la energa del radar, y recibe el eco reflejado del objetivo. En los sistemas ms modernos de radar, la antena es una antena reflectora parablica, a pesar de que haya varios tipos de antenas que se usan en sistemas de radar, como la antena Yagi para seales de onda largas y la antena de arreglo de fase para sistemas de radar de rastreo y bsqueda modernos. El tamao de la antena tiene una relacin directa con la calidad de las seales recibidas. Sin embargo, el tamao de la antena reflectora es un compromiso de la velocidad de la antena rotatoria y el alcance de deteccin del sistema. Cuanto ms grande es la antena, ms lenta es la velocidad angular. As se reducir la capacidad del sistema para detectar objetivos en el espacio de barrido. Esto es especialmente importante para sistemas de control del trfico areo. La forma de la antena no slo se usa para detectar el azimut, tambin se puede usar para detectar la altitud de un objetivo usando varias bocinas de antena. Cada bocina detectar el objetivo dentro de una rebanada de altitud. El duplexor sirve como un conmutador para la seal entre la antena, el transmisor y el receptor, cuando la antena se usa tanto para transmisin como para recepcin. En otras palabras, el duplexor es un dispositivo que combina dos o ms seales en un canal comn para aumentar la eficacia de transmisin en un sistema de radar. Este dispositivo tambin asla al receptor de la seal de transmisin permitindoles compartir una antena comn. El transmisor es la unidad que produce la radiacin del sistema de radar, que puede ser microonda, onda de radio y propagacin de onda ultrasnica. La onda irradiada desde el transmisor es reflejada desde el objeto para ser detectado en el espacio. En un radar comn de bsqueda de barrido, la transmisin de energa se encuentra en la forma de pulsos. El excitador produce estos pulsos de transmisin, que son dirigidos al transmisor (xmtr) y al receptor. En el receptor, estos pulsos (temporizacin) se usan para bloquear al receptor y medir la distancia. En el transmisor, estos pulsos se usan para modular las seales que se emiten de radiofrecuencia. Los pulsos de transmisin son pulsos de modulacin de baja frecuencia hasta algunos Khz, que son producidos por el excitador. El XMTR es el generador de alta potencia de seales de radiofrecuencia o microondas para luego sern transmitidas. Esta es una fuente de una transportadora de frecuencia exacta, que es modulado por los pulsos producidos por el excitador. La energa media tpica del xmtr se encuentra entre algunos cientos de watts hasta varios kilowatts. Sin embargo, el valor pico de estos pulsos puede ser cien veces el valor medio o ms.

22

El receptor recoge la onda reflejada del objeto en el espacio. Este convierte la seal recibida en una onda envolvente elctrica. Esta onda entonces se compara en el dominio del tiempo con la seal transmitida para medir el tiempo de retardo entre las seales transmitidas y recibidas. As, podemos determinar la distancia del objeto en el espacio desde el tiempo de retardo calculado. El receptor consta de cinco unidades bsicas: el dispositivo de proteccin del receptor, el preamplificador, el amplificador de ganancia, y el amplificador controlado por tiempo. La seal de eco reflejada pasa por dos amplificadores de ganancia fija. La primera etapa es un preamplificador. Esto se usa principalmente para almacenar y emparejar la seal de eco reflejada. La segunda etapa es un amplificador de alta ganancia fijo. Estas dos etapas traen las seales de eco a un nivel tal que sea apto para pasar a una ganancia de control de tiempo. Por lo general este tipo del amplificador puede aadir algo de ruido a la seal; por lo tanto, la seal de entrada tiene que estar a un nivel apropiado para no disminuir la relacin seal/ruido. Para determinar la distancia del objetivo, tenemos que medir el tiempo de retardo entre la seal transmitida y la seal reflejada. Por lo tanto, tenemos que recuperar la envolvente de la seal recibida y desechar la frecuencia portadora. La tarjeta de entrenamiento de radar EB-172, usa una tcnica de detector de envolvente directa. Para conseguir esto usamos un filtro de detector de envolvente que comprende dos filtros amplificadores y un buffer. La primera etapa es un filtro pasa bajo que tiene una frecuencia de corte por encima de la frecuencia portadora. La segunda etapa es un filtro pasa alto que tiene una frecuencia de corte por debajo de la frecuencia portadora. La distancia entre los dos filtros en el campo de las frecuencias es nuestro ancho de banda. Estas etapas comprenden un filtro pasa banda. Sin embargo, en un radar en el mundo real que usa seales de radio o microondas, ser difcil conseguir un pasabanda estrecho. Por lo tanto se usan la tcnica superheterodina. La tercera etapa es un comparator y un buffer que convierten la seal analgica a un tren de pulsos lgicos, que se alimenta al procesador de seal digital. El procesador de seal amplifica y quita la interferencia de la seal recibida, y tambin elimina los ecos perturbadores (falsas detecciones). Este bloque recibe los pulsos detectados de la seal reflejada recibida y calcula el tiempo de retardo de las seales transmitidas y recibidas. A fin de simplificar el sistema de sincronizacin, el bloque procesador de seal genera la envolvente de la senal transmitida, la cual permite enviar a la PC una muestra de tiempo de retardo calculado para para mostrar en la pantalla la distancia calculada. El procesador de seal digital filtra la seal del receptor para quitar el ruido y el clutter no deseado.

23

La unidad de visualizacin correlaciona la informacin objetivo recibida con la posicin angular de la antena de radar. As, presenta esta informacin en un modo visual, de modo que el usuario pueda determinar la posicin exacta del objetivo en el espacio. El visor consta de cinco unidades bsicas: un procesador de datos y una unidad de visualizacin fsica como un monitor CRT. El procesador de datos combina la informacin recibida del procesador de seal digital y el sistema motriz para producir una representacin visual del espacio explorado en el monitor. Este es una pantalla visual de la distancia y el azimut de un objetivo. Los sistemas modernos de radar suministran informacin adicional, tal como la identificacin de la altitud del objetivo, tipo de objetivo, tipo de avin y nmero de vuelo. El tipo de objetivo se identifica por la firma del eco, que se relaciona al tamao fsico del objetivo y su velocidad. En aplicaciones de control del trfico areo, tambin se muestra el nmero de vuelo. Esto se hace interrogando al objetivo por medio de un sistema de comunicacin bidireccional.

Hay varios tipos de pantallas que normalmente se usan en sistemas de radar. El ms ampliamente usado es el Posicin en el Plano (PPI). Este tipo de la pantallas es ideal para una cobertura de azimut de 360.

24

El sector de la pantalla PPI da una imagenno deformado de la regin explorada en el azimut. Se usa comnmente para fines de cartografa del sector. La pantalla del Mapa de trayectoria indica en un mapa, el alcance del objetivo y su posicin fsica. Hay tres tipos de pantallas que normalmente se usaban. Debido a que hace 40 los sistemas de computadoras eran muy limitados.

25

La pantalla 'A' traza la amplitud de la salida recibida en funcin del alcance en una lnea vertical horizontal. Tambin es llamado el trazo del alcance, ya que este no muestra el azimut.

En la pantalla 'B', se muestra el objetivo como un trazo rectangular del alcance en funcin del azimut. Esto era muy usado para el control de tiro de ametralladora y de misiles guiados.

26

La pantalla 'C' muestra la posicin del objetivo del ngulo de elevacin en funcin del azimut. Esto era til en aviones de guerra para simular lo que un piloto puede ver por el parabrisas.

27

EB-172 1-1

Leccin No. 1: Uso del entrenador de radar con el software de operacin

OBJETIVOS

Tras finalizar estas actividades de laboratorio estar capacitado para:

Operar la tarjeta EB-172 y el software de control.

Observar las formas de onda de las seales de control de radar y de realimentacin.

DISCUSIN Un sistema de radar est compuesto de las siguientes partes principales:

9. Sistema mvil 10. Transmisor 11. Receptor 12. Procesador de seales 13. Visor

El sistema mvil gira el sistema. En un Radar de seguimiento clsico, un sistema mvil hace girar los elementos de transmisin y recepcin, e informa su posicin angular. El transmisor es la unidad que produce la radiacin del sistema de radar, que puede ser microonda, onda de radio y propagacin de onda ultrasnica. La onda irradiada desde el transmisor es reflejada desde el objeto para ser detectado en el espacio. El receptor recoge la onda reflejada del objeto en el espacio. Este convierte la seal recibida en una onda envolvente elctrica. Esta onda entonces se compara en el dominio del tiempo con la seal transmitida para medir el tiempo de retardo entre las seales transmitidas y recibidas. As, podemos determinar la distancia del objeto en el espacio desde el tiempo de retardo calculado. El procesador de seal amplifica y quita la interferencia de la seal recibida, y tambin elimina los ecos perturbadores (falsas detecciones).

EB-172 1-2 La unidad de visualizacin correlaciona la informacin objetivo recibida con la posicin angular de la antena de radar. As, presenta esta informacin en un modo visual, de modo que el usuario pueda determinar la posicin exacta del objetivo en el espacio. El sistema de entrenamiento de radar est compuesto por una tarjeta de hardware que contiene el transmisor, el receptor, el sistema de movimiento y la unidad de procesamiento de la seal. El resto del procesamiento lo realiza la computadora (PC) La PC presenta la posicin y la distancia del objetivo en una pantalla similar a un Indicador de Posicin en el Plano (PPI). El corazn del sistema es el software de la PC, ya que controla la tarjeta de hardware, y produce la presentacin visual de la informacin recibida. En este experimento, se presentar al software, y el estudiante aprender a operar la unidad de radar, configurar los distintos parmetros de control y observar su efecto en la operacin de radar. AUTOPRUEBA

Cul de los siguientes forma parte del sistema de entrenamiento de radar?

Transmisor / receptor. Sistema de control de posicin Procesador de seales Visor Todas las anteriores.

EB-172 1-3

EQUIPAMIENTO

Para este experimento, necesitar el siguiente equipo:

* Puesto de trabajo EB-2000

* Plaqueta de circuito impreso EB-172

* Osciloscopio

* Un conjunto de cables de conexin DL-2 o DL-20

* Computadora personal

* Cable USB suministrado con el sistema de entrenamiento

PROCEDIMIENTO

1. Verifique que la PC est ubicada a la izquierda del Puesto de trabajo EB-2000, y que haya por lo menos una distancia de 1 metro desde el borde derecho de la mesa de trabajo.

2. Coloque la tarjeta EB-172 en las guas de tarjeta e insertela en el conector de la unidad PU-2000 o PUZ-2000.

3. Conecte el cable USB desde la tarjeta a la computadora.

4. Encienda la fuente de alimentacin.

5. Verifique en la tarjeta que el LED rojo est encendido, y el LED verde parpadea.

6. Coloque la caja azul, de empaque de la tarjeta, 60 cm a la derecha del sistema de entrenamiento. El lado ancho de la caja debe estar perpendicular al brazo del radar. La longitud de la caja debe estar en el plano vertical

7. Ejecute en la PC el programa RadarView.

8. Observe que la ventana de estado "Connected" en la esquina superior derecha debajo de "Degem" est en rojo. Note que hay un icono ms grande en la esquina superior izquierda que est coloreado de verde.

9. Pulse en el icono verde "Connect".

10. Observe que el LED verde en la tarjeta est encendido en forma continua, y el brazo del radar rastrea un arco de 210, y se detiene en el lmite derecho.

EB-172 1-4 11. Observe que en la pantalla de la computadora el icono "Connect"

ahora debe estar etiquetado en "Disconnect", y el ventanillo "Connected" cambia a verde

12. Pulse en el icono "Options" en la parte inferior izquierda de la pantalla.

13. Verifique que el valor de RX est definido a 100 sec. De ser as, saltee el siguiente paso.

14. Defina el valor de RX a 100, y pulse en la derecha el botn "Update".

15. Verifique que el "Range" (alcance) est definido a 1 metro. De ser as, saltee el siguiente paso.

16. Configure el alcance a 1.0 metro, y pulse el botn "Update".

17. Asegrese que haya una marca verde ancha al lado de Auto Clear Target Right to Left. Si no es as, mrquela ahora poniendo la flecha sobre la caja, y pulse con el mouse.

18. Para salir de la ventana "Option", pulse en el botn "Exit" en la esquina inferior derecha.

19. Observe que se muestre el Range: 0.34 1.0 meter en la esquina superior izquierda de la pantalla de la computadora.

20. Ponga la flecha sobre el icono amarillo "Scan" y pulse con el mouse.

21. Observe que el icono amarillo "Scan" en la pantalla de la computadora se convierta en el icono "Stop".

22. Observe que el estado de las cajas "Motor" y "Transmit" estn en verde, y la "Antenna" (brazo del radar) comienza a rotar.

23. Observe que en la pantalla de la computadora se muestran los objetivos como marcas rojas.

24. Note que las marcas rojas se borran cuando el haz del radar

llega a la parte derecha de la pantalla. 25. Note que todas las marcas se borran cuando pulsa en el icono

"Clear Targets". 26. Pulse otra vez en el icono "Options", y configure el alcance a

1,5 metros. Luego pulse en "Update" y en "Exit".

EB-172 1-5 27. Pulse otra vez en el icono "Options", y pulse en la caja a la

izquierda de Auto Clear Targets Left to Right. Luego pulse en "Update" y en "Exit".

Filtrado

28. Pulse en el icono "Options", y configure "Valid RX Width" a 200sec. Luego pulse en "Update" y en "Exit".

29. Observe que el nmero de marcas rojas disminuye considerablemente.

30. Pulse en el icono "Options", y configure "Valid RX Width" a 150sec. Luego pulse en "Update" y en "Exit".

31. Observe que el nmero de marcas rojas aumenta considerablemente.

32. Repita la configuracin para un valor de 180 sec.

33. Note que al aumentar el ancho del pulso vlido disminuye la sensibilidad. Se detectarn slo objetos ms grandes. Al disminuir el ancho del pulso vlido, se detectarn objetos ms pequeos, pero tambin hay ms ruido y deteccin falsa.

34. Note tambin que al aumentar la distancia aumentan las detecciones falsas. Esto se debe al aumento de la sensibilidad en funcin de la distancia, debido al aumento de la ganancia de amplificacin hasta que se recibe el pulso de retorno.

35. Otro mtodo de filtrar ruido es limitar el alcance de deteccin. Entre a la pantalla "Options" y reduzca el "Range" a 1.0 metro. Inhiba Auto Clear Left to Right. Pulse en "Update" y en "Exit".

36. Note que el rastro del radar tiene mucho menos detecciones falsas.

37. Ahora en la pantalla del radar detecte la posicin del objetivo (caja azul).

EB-172 1-6 38. Para verificar que de hecho este es el objetivo correcto, muevalo

15 cm ms cerca a la unidad de radar.

39. Para detener el motor del radar, pulse en el icono con la mano roja de detencin en la caja del motor.

40. Verifique esto por su cuenta. Note que la pequea ventana verde al lado del icono con la mano roja de detencin cambi a rojo, y parpadea para indicar que el motor se ha detenido.

41. Para iniciar otra vez el motor pulse en el botn de inicio verde del motor desde la caja "Motor". Note que la pequea ventana roja que parpadea cambi a verde.

42. Pulse en el icono con la mano roja de detencin de la caja "Transmit" para detener la transmisin del radar. Note que la pequea ventana verde cambi a rojo, y que en la tarjeta se apaguen el LED SCANNING

43. Para iniciarla transmisin del radar pulse en el botn de inicio verde desde la caja " Transmit ". Note que la pequea ventana roja cambi a verde, y que en la tarjeta se encendi el LED SCANNING

44. Pulse en el icono amarillo Stop en la parte superior de la pantalla.

45. Observe que tanto la ventana "Motor" y "Transmit" cambiaron a rojo.

46. El brazo se detendr en el lugar que se encuentra al momento de pulsar en el icono "Stop".

47. Antes de comenzar cualquier nueva exploracin, y el brazo no est en la posicin ms a la derecha, tenemos que pulsar en "Home Position" en la parte superior de la pantalla.

48. Antes de apagar la tarjeta, pulse en el icono "Disconnect". La pequea ventana del icono "Connected" se cambia a rojo, y el LED verde de SYSTEM OK parpadea.

49. Si ya finaliz el trabajo del da, apague la fuente de alimentacin, y desconecte el cable USB. Se aconseja quitar la tarjeta de la estacin de trabajo EB-2000.

50. Salga del programa RADARVIEW.

EB-172 1-7

PREGUNTAS DE OBSERVACIN

Observ en este experimento el efecto del ancho del pulso de recepcin (RX) vlido, y su alcance en el desempeo del radar. 1. Cul es la mejor configuracin para detectar pequeos objetos

que se encuentran cerca del radar? Un ancho del pulso de RX pequeo y un corto alcance Un ancho del pulso de RX pequeo y un gran alcance Un ancho del pulso de RX grande y un corto alcance Un ancho del pulso de RX grande y un gran alcance

2. Cul es la mejor configuracin para detectar objetos grandes que se encuentran lejos del radar? Un ancho del pulso de RX pequeo y un corto alcance Un ancho del pulso de RX pequeo y un gran alcance Un ancho del pulso de RX grande y un corto alcance Un ancho del pulso de RX grande y un gran alcance

3. Suponga que el radar est ubicado cerca de una pared, que es el

borde del rea de rastreo. Qu se puede hacer? Seleccione "Clear Target" pulsando en el icono "Clear Target" Reducir el ancho del pulso de RX.

Aumentar el alcance para eliminar el objeto de obstruccin Disminuir el alcance para eliminar el objeto de obstruccin

EB-172 2-1

LECCIN 2: Familiarizarse con el hardware de control del radar

OBJETIVOS


Identificar los componentes en la tarjeta de radar EB-172

Observar las formas de onda de las seales de realimentacin y control de radar en su trayectoria.

Observar el procesamiento de la seal para cada estado en el

hardware del radar.

DISCUSIN El hardware del sistema de radar est compuesto de las siguientes partes principales:

1. Alimentacin 2. Sistema mvil 3. Transmisor 4. Receptor 5. Procesador de seales

Los sistemas de radar para funcionar necesitan una alimentacin externa, y diferentes tensiones que son producidas internamente. La tarjeta de radar EB-172 opera con 12 VCC, suministrada desde el PU-2000/PUZ-2000, o bien desde una fuente de alimentacin externa independiente. La circuitera de radar requiere 12 VCC, 9 VCC y 3.3 VCC que se generan en la tarjeta. Los 12 Volts pasan directamente a los circuitos de movimiento. El sistema ultrasnico requiere 9 Volts, que se generan en un regulador lineal. El sistema lgico necesita 3.3 V, generados por un regulador de conmutacin de alta eficacia. El sistema mvil gira el sistema. En un Radar de seguimiento clsico, un sistema mvil hace girar los elementos de transmisin y recepcin, e informa su posicin angular. El sistema mvil consiste de un controlador de movimiento, un motor a pasos cuya funcin es girar al brazo del radar en un arco de 210 en pasos de 18' (0.3), y dos sensores limitadores para limitar el desplazamiento angular del brazo del radar. El controlador de movimiento incluye un microcontrolador (MCU), y un accionador de motor.

EB-172 2-2 El MCU recibe desde un programa de la PC, descripto en el experimento anterior, las ordenes de movimiento. El accionador de motor convierte dichas ordenes en seales elctricas necesarias para producir el movimiento angular. El accionador de motor protege al sistema de condiciones anormales, tales como un cortocircuito. Dos sensores de efecto Hall, que sensan el imn que est montado debajo del engranaje principal para limitar los viajes del brazo del radar. En este experimento, trazaremos el procesamiento de la seal por los distintos estados en la tarjeta de radar usando un multmetro digital DMM y un osciloscopio. El conocimiento que aqu obtendremos le ayudar a entender mejor el papel y la operacin de la fuente de alimentacin y de los sistemas de control de movimiento, y le ser til en los ejercicios de Localizacin de fallas en una leccin posterior. AUTOPRUEBA

Para qu se usan los interruptores de efecto Hall? Detectar seales reflejadas Eliminar el ruido no deseado Limitar el viaje del brazo del radar Invertir la direccin del brazo del radar EQUIPAMIENTO



* Circuito impreso EB-172

* DMM

* Osciloscopio




EB-172 2-3 PROCEDIMIENTO






6. Coloque la caja azul de empaque de la tarjeta 60 cm a la derecha del sistema de entrenamiento. El lado ms ancho de la caja debe estar perpendicular al brazo del radar que est de pie en su ancho. La longitud de la caja debe estar en el plano vertical


8. Con la experiencia adquirida en la leccin 1, configure el rango a 1 metro, y el ancho de RX vlido a 150 sec.

9. Ajuste los parmetros del sistema para obtener una muestra de radar limpia, tal como lo hizo en la leccin 1.

10. Alimentacin

11. Use el DMM para medir los +12 V de alimentacin. V1 = ________VCC

12. Use el DMM para medir los +9 V de alimentacin. V2 = ________VCC

13. Use el DMM para medir los +3,3 V de alimentacin. V3 = ________VCC

14. Sistema mvil

15. Configure el osciloscopio de la siguiente manera:

16. CH1 1 V/div, CH2 2 V/div, barrido 5 mseg/div, disparo CH1.

17. Conecte el CH1 al punto de prueba STEP, y el CH2 al DIR, que se encuentra al lado del bloque del motor de la tarjeta.

EB-172 2-4

18. Mueva en sentido horario y antihorario, y observe los cambios de nivel de tensin en el CH2.

19. Vhorario =__________V Vantihorario = _________V

20. Mueva la prueba de CH2 a ENABLE

21. Venable = ______________V.

22. Pulse en el icono STOP para detener el motor. Mida el nivel de tensin. Venable = ______________V.

23. Inicie el motor, y verifique que el nivel de tensin vuelva a su valor original.

24. Conecte CH2 a LEFT LIMIT.

25. Detenga el rastreo y pulse el icono "Home Position".

26. Mida el nivel de tensin en la posicin inicial. Vizq = _________V.

27. Pulse en el icono "Scan"para iniciar el movimiento del el motor.

28. Repita las mediciones de Vizq cuando se mueve el radar. Vizq = _________V.

29. Mueva el CH2 al RIGHT LIMIT, y observe el nivel de tensin mientras se mueve y pasa a travs de la posicin del lmite derecho.

30. Conecte CH2 a SENSE1, que es la corriente de una fase del motor a pasos.

31. Ajuste el osciloscopio para mostrar a la forma de ondas en forma apropiada.

32. Mida la tensin. Vsense1 =_______________Vpp. Registre la forma de onda en un papel grfico.

Vsense1

EB-172 2-5 34. Repita para la segunda fase del motor a pasos conectando el

CH2 a SENSE2. Vsense2 =_______________Vpp. Registre la forma de onda en un papel grfico.

Vsense2 PREGUNTAS DE OBSERVACIN En el experimento midi los niveles de tensin de los sensores de Efecto Hall de la derecha e izquierda. Cul de las siguientes afirmaciones es verdad? En la posicin inicial la tensin es menor. La tensin es mayor entre las dos posiciones lmites. Ambas son correctas. La tensin vara linealmente con el desplazamiento angular del brazo del radar. Las dos tensiones medidas Vsense1 y Vsense2, son la cada de tensin a travs de las resistencias en serie para cada una de las dos bobinas del motor a pasos. Se puede calcular la corriente pico de cada bobina, dividiendo la tensin pico por las resistencias en serie de 0.5 . Cul de las siguientes afirmaciones es verdad? La corriente pico de Vsense1 es mayor que Vsense2. La corriente pico de Vsense1 es menor que Vsense2. La corriente pico de Vsense1 es casi igual a la de Vsense2.

EB-172 3-1

LECCIN 3: Familiarizarse con el hardware de transmisin y recepcin del radar

OBJETIVOS


1. Identificar los componentes de transmisin y recepcin de la tarjeta de radar EB-172.

2. Observar las formas de onda del radar de las seales de realimentacin

de cada estado de transmisin y recepcin en su trayectoria. 3. Observar el procesamiento de la seal para cada estado de transmisin

y recepcin.

DISCUSIN El transmisor en una unidad de radar de exploracin convencional que produce un tren de pulso de baja frecuencia que se transporta a una frecuencia de microonda alta u onda de radio. En el sistema de entrenamiento de radar, el mismo tren de pulso se produce y modula en una onda ultrasnica que se transmite por un transductor ultrasnico que emula una antena en un sistema de radar convencional. Estos pulsos se transmiten, y la reflexin se recibe por la misma antena/transductor. La seal portadora para el sistema de radar es aproximadamente de 125 kHz, y es generada por el bloque EXCITADOR. Esta seal portadora luego se modula en el bloque XMTR por la seal que proviene del bloque de procesamiento digital. El tren de pulso que modula la portadora tiene un ancho de 0,4 milisegundos, y el perodo de repeticin es de 33 milisegundos. Luego se alimenta la seal en el DUPLEXER, que alimenta la antena/transductor. El receptor recoge la onda ultrasnica reflejada del objeto en el espacio de la antena/transductor. Esta seal se alimenta en el DUPLEXER que separa la seal recibida de la seal transmitida. La seal recibida, que tiene una amplitud de unos millivolts, pasa por un circuito de proteccin que lo asla de seales de transmisin fuerte, que tiene una amplitud de 20Vpp. Luego se alimenta la seal en un preamplificador que proporciona una ganancia inicial de aproximadamente 1,5, y se almacena en un buffer. La seal se amplifica con un amplificador de ganancia fija de aproximadamente 32. El siguiente paso es un amplificador con una ganancia variable entre 1 a 58 en 32 pasos. La ganancia se aumenta segn

EB-172 3-2 el tiempo transcurrido desde la distancia que la antena transductor transmite a la onda.

A medida que la distancia del objetivo aumenta el tiempo de la realimentacin reflejada para alcanzar el receptor es mayor. Tambin, a medida que la distancia del objetivo aumenta, la amplitud de la seal de realimentacin reflejada en el receptor disminuye en forma invrsamente proporcional al cuadrado de la distancia. Esta vez - la ganancia variable dependiente compensa la reduccin de la potencia de seal a medida que aumenta la distancia del objetivo. Para determinar la distancia del objetivo, tenemos que medir el tiempo de retardo entre la seal transmitida y la seal reflejada. Por lo tanto, tenemos que recuperar la envolvente de la seal recibida y desechar la frecuencia portadora. Para conseguir esto usamos un filtro de detector de envolvente que comprende dos filtros amplificadores y un buffer. La primera etapa es un filtro pasa bajo que tiene una frecuencia de corte en aproximadamente 126 kHz. La segunda etapa es un filtro pasa alto que tiene una frecuencia de corte en aproximadamente 124 kHz. Estas etapas comprenden un filtro pasabanda de aproximadamente 125 kHz, con un ancho de banda de aproximadamente 2 kHz. La tercera etapa es un comparator y un buffer que convierten la seal analgica a un tren de pulso lgico, que es alimentado al procesador de seal digital. El bloque de procesador de seal recibe la envolvente detectada de la seal reflejada recibida y calcula el tiempo de retardo de las seales transmitidas y recibidas. A fin de simplificar los tiempos, el bloque procesador de seal genera la envolvente de la senal transmitida, la cual permite enviar a la PC una muestra de tiempo de retardo calculado para el para mostrar en la pantalla. El bloque de procesamiento de la seal es parte del MCU incorporado. El MCU tambin genera el control de las seales de temporizacin para el sistema de movimiento, dando una indicacin directa de la posicin angular del objetivo. En otras palabras, el MCU sabe la posicin angular del brazo de radar as como el objetivo calculado desde el tiempo de retardo. Estos dos datos se envan a la PC para cada paso de 18del brazo del radar. AUTOPRUEBA Qu etapa elimina la interferencia no deseada para quitar la transportadora de 125 kHz de la seal envolvente? El procesador de seal digital. El filtro y detector de envolvente El preamplificaor El Duplexador

EB-172 3-3 EQUIPAMIENTO




* Osciloscopio




PROCEDIMIENTO






6. Coloque la caja azul de empaque de la tarjeta 60 cm a la derecha del sistema de entrenamiento. El lado ms ancho de la caja debe estar perpendicular al brazo del radar que est de pie en su ancho. La longitud de la caja debe estar en el plano vertical


Transmisor

1. Conecte el comn del CH1 a la tierra de XMTR, y la prueba de CH1 al TP7. Ajuste el tiempo de barrido a 5 mseg. Ponga el CH2 a 1 V/div.

2. Conecte el CH2 al TP5, y la tierra al punto de prueba comn. Ponga el CH2 a 1 V/div.

EB-172 3-4 3. En un papel grfico dibuje la forma de onda obtenida del CH2. Mida

el perodo. T = ________seg.

4. Calcule la frecuencia usando f = 1 /T. f = ________kHz.

5. Conecte el CH2 al TP6. Registre la forma de onda en un papel grfico.


7. Vtp9 = __________________Vp-p


9. Vtp10 = __________________Vp-p

Receptor

10. Conecte el CH1 al TP7. Esto es la envolvente de la transmisora.

11. Conecte el CH2 al TP10. Esta es la seal del transductor.

12. Conecte las puntas de tierra de las pruebas a la masa adyacente. Ponga el CH2 para CA acoplada.

13. Observe que la seal transmitida es ms amplia que la seal envolvente. Este se debe a las causas mecnicas propias del transductor, que sigue oscilando despus de quitar la excitacin. Esto es verdad slo para transductores ultrasnicos. Ponga el barrido horizontal a 0,5 miliseg.

14. Ponga la caja a unos 40 cm del transductor del radar. Note que despus de casi 2,5 mseg despus de la seal de transductor fuerte, hay una seal ms dbil. Esta seal es reflejada del objetivo. Esto se estudiar ms detalladamente en la leccin 5.

15. Mueva el objetivo a una posicin de 50 cm del sensor del radar. Observe qu le pasa a la onda reflejada.

Tiene una menor amplitud, y mayor retardo Tiene una menor amplitud, y menor retardo Tiene una mayor amplitud, y menor retardo Tiene una mayor amplitud, y mayor retardo

16. Repita para una distancia de 30 cm.

17. Mueva el CH2 al TP11 (salida de proteccin de la recepcin). Retorne el objetivo a 40 cm.

EB-172 3-5 18. Qu le pasa a la seal TX?

Aumenta Se mantiene igual Disminuye

19. Repita para 30, 50 cm.

20. Mueva el CH2 al TP12 (salidad del preamplificador). Retorne el objetivo a 40 cm. Ponga CH2 a 50 mV/div. Qu le pasa a la seal reflejada? Se atena No cambia Se amplifica


22. Mueva el CH2 al TP13 (salida del amplificador de ganancia fija). Retorne el objetivo a 40 cm. Ponga el CH2 a 200 mV/div. Qu le pasa a la seal reflejada? Se atena No cambia Se amplifica


Mueva el CH2 al TP14 (salida del Control de ganancia de tiempo, TCG). Retorne el objetivo a 40 cm. Ponga el CH2 a 200 mV/div. Qu le pasa a la seal? Se atena No cambia Se amplifica

24. Repita para 30 y 50 cm. Note que las seales reflejadas recibidas ms dbiles, a distancias ms grandes se amplifican ms que las seales recibidas a distancias ms cercanas. La ganancia del amplificador TCG compensa para seales reflejadas desde distancias ms grandes.

25. Mueva el CH2 al TP12 (salidad del filtro pasabajo). Note que se quit un poco del ruido en la seal reflejada recibida.

26. Mueva el CH2 al TP13 (salidad del filtro pasa alto). Observe la seal.

27. Mueva el CH2 al TP4 (salidad del detector de envolvente). Observe la seal.

28. Repita para 30 y 50 cm.

EB-172 3-6 PREGUNTAS DE OBSERVACIN En la etapa final del receptor, la seal envolvente reflejada se convierte a un pulso. Cul de las siguientes afirmaciones es verdad?

El retardo de tiempo entre el pulso transmitido y el pulso recibido aumenta a medida que el objetivo se aleja del transmisor.

Se quita la mayor parte del ruido no deseado.

La amplitud de la seal reflejada tiene muy poco efecto en el retardo de tiempo de la seal recibida.

Todas las anteriores.

EB-172 4-1 LECCIN 4: Medicin de la velocidad del sonido.

OBJETIVOS


1. Medir la velocidad del sonido 2. Observar los cambios de las formas de onda de realimentacin segn

el cambio del alcance del objetivo. DISCUSIN La velocidad del sonido es de 344 m/s al nivel del mar y 20C. Este fenmeno se usa para medir distancias de corto alcance (hasta 20 m). Un radar de rastreo usa la onda de radio o microonda para medir la distancia de diferentes objetos. Las ondas de radio o microonda viajan a la velocidad de la luz. La velocidad de luz es de 3108 m/s, por lo tanto las ondas de radio o microondas se usan para medir la distancia de objetos que se encuentran relativamente lejos, hasta cientos de kilmetros. El comportamiento de las ondas de snido y las ondas de radio desde muchos puntos de vista son similares, por lo tanto en este sistema de entrenamiento usaremos la onda de sonido para demostrar la idea de radar. Las ecuaciones se cambiaron para adaptarlas a la velocidad de sonido. La distancia que medimos es el camino del radar al objeto y del objeto al radar, por lo tanto cuando medimos el retardo de tiempo entre el pulso transmitido y la realimetacin de eco tenemos que dividir por dos, y esto nos dar el tiempo real que es proporcional al alcance del objetivo. Observe que el alcance es la verdadera distancia del objetivo en relacin al punto de emisin en el espacio. En otras palabras la distancia es dos veces el alcance al objetivo. En este experimento calcular la velocidad midiendo el tiempo a un alcance conocido del objetivo. El objetivo ser la caja azul de empaque de la tarjeta de experimento. La ecuacin es: V=L/T Donde: V= Es la velocidad del sonido. L = Es la distancia al objetivo. T = Es el tiempo de retardo del eco. Note que L es dos veces el alcance del objetivo al transductor.

EB-172 4-2

En la segunda parte de este experimento medir la distancia del objetivo conociendo el tiempo de retardo de un pulso de realimentacin de eco. Asumiendo la velocidad del sonido fija, podemos averiguar el alcance de un objeto en el espacio midiendo el tiempo de retardo. Tal como dijimos antes, la velocidad del sonido es 344 m/s al nivel del mar, por lo tanto el alcance del objetivo es:

R=(Tretardo*Vsonido)/2

Donde: Tretardo es igual al retardo de tiempo del pulso de eco en

segundos. Vsonido es igual a la velocidad del sonido de 344 m/s. R es igual al alcance del objetivo en metros. Note que el alcance del objetivo depende del punto de inicio del retardo de tiempo. En el radar de bsqueda que usa ondas de radio o microonda el punto de inicio del retardo de tiempo se encuentra en el flanco ascendente del pulso de transmisin. Sin embargo en este sistema de entrenamiento se usan ondas ultrasnicas producidas por vibracin mecnica. Esta vibracin produce un retardo en el tiempo adicional en el pulso, que hace que el transductor siga vibrando. Por lo tanto el punto de inicio del sistema ultrasnico se encuentra en la mitad del pulso de transmisin. Adems, el ancho del pulso de transmisin real es ms amplio que el pulso transmitido producido por el sistema lgico del circuito. La razn de estos fenmenos se debe a la inercia de la vibracin producida por la onda ultrasnica. En otras palabras, debido a su inercia mecnica, tras la finalizacin del pulso la plata de vibracin contina vibrando. Esta parte del fenmeno no afecta la medicin de la distancia. AUTOPRUEBA Cul es la distancia y el alcance de un objeto que est localizado a 80 cm del transductor? La distancia es igual a 80 cm y el alcance es igual a 80 cm. La distancia es igual a 1,6 m y el alcance es igual a 1,6 m. La distancia es igual a 1,6 m y el alcance es igual a 0,8 m La distancia es igual a 0,8 m y el alcance es igual a 1,6 m.

EB-172 4-3 Cul ser el tiempo de retardo de un objetivo localizado a 85 cm de un transductor ultrasnico sabiendo que el pulso de transmisin es de 0.4 mseg? 4.94 mseg 4.74 mseg 5.34 mseg 5.14 mseg EQUIPAMIENTO




* Osciloscopio




PROCEDIMIENTO

1. Verifique que la PC est ubicada a la izquierda del Puesto de trabajo EB-2000, y que ha

Estacion de Trabajo EB-172

Documents

Transcript of Estacion de Trabajo EB-172