E.M.PINTO & LUCAS URBANSKI
A ORIGEM DO RADAR
A SEGUNDA GRANDE GUERRA
Durante os estágios iniciais da Segunda Guerra Mundial, a Alemanha liderou o desenvolvimento de tecnologia radar, empregando sistemas em solo e em aeronaves para se defender contra os bombardeios aliados. No entanto, sua confiança excessiva na iminente conclusão da guerra levou-os a interromper o desenvolvimento radar em 1940.
Enquanto isso, os EUA e a Grã-Bretanha aceleraram seus esforços, impulsionados pelo desenvolvimento do magnétron de cavidade em 1939. Esse dispositivo, inventado por físicos britânicos, foi crucial para o trabalho no Laboratório de Radiação do MIT, nos EUA. O magnétron possibilitou o sucesso do radar de micro-ondas, como o SCR-584, que desempenhou um papel crucial na direção da artilharia antiaérea durante os combates em Anzio, em 1944.
Essa transição para micro-ondas resolveu desafios dos sistemas anteriores, como larguras de feixe amplas e sensibilidade a ruídos atmosféricos. O período da Segunda Guerra Mundial foi marcado por avanços significativos no desenvolvimento do radar, impulsionado pela urgência militar e colaboração internacional, estabelecendo as bases para futuras inovações pacíficas.
PÓS GUERRA
Após o término da Segunda Guerra Mundial, houve uma desaceleração significativa no progresso da tecnologia de radar. Os esforços da segunda metade da década de 1940 foram predominantemente direcionados ao desenvolvimento das inovações iniciadas durante o conflito, como o radar de rastreamento monopulso e o radar de indicação de alvos móveis (MTI). Levar essas técnicas de radar à sua capacidade total demandou vários anos adicionais de refinamento e aprimoramento.
No entanto, a década de 1950 testemunhou o surgimento de novos e avançados sistemas de radar. Entre eles, destacou-se o radar de rastreamento monopulso AN/FPS-16, conhecido por sua precisão angular excepcional de cerca de 0,1 milirradiano. Paralelamente, surgiram radares de grande porte e alta potência, projetados para operar em frequências de 220 MHz (VHF) e 450 MHz (UHF). Equipados com imponentes antenas rotativas mecânicas, esses sistemas eram capazes de detectar aeronaves a longas distâncias de forma confiável.
Outro avanço notável foi o desenvolvimento do amplificador klystron, que proporcionava uma fonte estável de alta potência para radares de alcance muito longo. Além disso, o conceito de radar de abertura sintética foi introduzido, embora tenha levado quase três décadas para alcançar um alto grau de desenvolvimento com a introdução do processamento digital e outras inovações.
No campo da exploração espacial, sistemas de radar de imagem aprimorados foram transportados por sondas espaciais para obter imagens tridimensionais de alta resolução da superfície de Vênus, rompendo pela primeira vez sua cobertura de nuvens opacas. Além disso, os primeiros radares de defesa contra mísseis balísticos, concebidos nas décadas de 1950 e 1960, foram aprimorados e implantados para proteger centros populacionais e outros alvos estratégicos. No final da década de 1990, os Estados Unidos introduziram sistemas de radar de defesa contra mísseis balísticos mais avançados, impulsionando novos desenvolvimentos nessas capacidades.
No século XXI, a inovação na tecnologia de radar continua a se destacar. O avanço da eletrônica de estado sólido, combinado com computação avançada, possibilitou o desenvolvimento de radares mais sofisticados e versáteis. Os radares multimodo se tornaram comuns, permitindo que um único sistema execute várias funções, como detecção, rastreamento, imagem e comunicação.
Destaca-se o desenvolvimento de radares de matriz de fases e sistemas de radar de feixe eletrônico adaptável, que oferecem agilidade, precisão e resistência a interferências. Esses sistemas são altamente procurados tanto em aplicações militares quanto civis devido às suas capacidades avançadas.
Além disso, os avanços na tecnologia de radar de ondas milimétricas e terahertz estão expandindo os limites do que é possível com o radar, permitindo resolução ainda maior e a capacidade de penetrar em materiais que anteriormente eram opacos às frequências mais baixas. Esses avanços prometem uma nova era de aplicações e descobertas no campo do radar.
FUNCIONAMENTO
O funcionamento de um radar é essencialmente baseado na emissão e recepção de sinais eletromagnéticos para detectar a presença e determinar a localização de objetos no espaço. Composto por diversos componentes interconectados, o radar opera de forma coordenada para realizar suas funções.
A construção física de um radar inclui uma antena transceptora, uma linha de transmissão ou guia de onda, um transmissor de alta potência e frequência, um sistema de recepção, decodificação, processamento e visualização das informações coletadas, além de uma interface para interação com o operador.
O sistema de transmissão do radar é composto por três elementos principais: o oscilador, o modulador e o próprio transmissor. O oscilador é responsável por gerar a frequência do sinal radar, crucial para a precisão das medições, enquanto o modulador ajusta o sinal em amplitude ou frequência conforme necessário. O transmissor amplifica o sinal gerado pelo oscilador e modulado pelo modulador, enviando-o para a antena.
A antena desempenha um papel central no sistema de radar, recebendo o sinal amplificado do transmissor e emitindo-o em direção ao alvo. Em muitos casos, a antena adota uma forma parabólica, refletindo as ondas eletromagnéticas em direção ao alvo. Geralmente, as antenas são giratórias para permitir varreduras na área de interesse.
O sistema de recepção do radar detecta e amplifica os ecos produzidos quando as ondas refletem nos alvos. Normalmente, a mesma antena é usada tanto para transmitir quanto para receber sinais, principalmente em radares pulsados.
Esses componentes trabalham de forma integrada para garantir o funcionamento eficiente do radar, permitindo a detecção de objetos e a coleta de informações relevantes para diversas aplicações, desde vigilância aérea até monitoramento meteorológico e militar. O radar, portanto, representa uma tecnologia fundamental em uma variedade de contextos, impulsionando avanços significativos em diversas áreas.
SISTEMA DE RECEPÇÃO
O sistema de recepção em um radar desempenha um papel crucial na detecção e interpretação dos sinais refletidos pelos objetos alvos. Geralmente, a antena responsável pela transmissão também é utilizada para receber os ecos dos sinais, especialmente em radares pulsados.
O funcionamento desse sistema ocorre da seguinte forma: inicialmente, o pulso gerado pelo radar é emitido pela antena em direção ao espaço. Quando esse pulso encontra um objeto alvo, é refletido de volta para a antena receptora. É importante notar que durante esse processo, o transmissor está desligado para evitar interferências que poderiam prejudicar a recepção do sinal refletido.
Para gerenciar o momento de transmissão e recepção, é utilizado um dispositivo conhecido como comutador. Esse componente determina quando a antena está conectada ao transmissor ou ao receptor. Assim, o sinal refletido pelo alvo é captado pela antena receptora e amplificado.
Após a amplificação, o sinal é submetido a uma série de processamentos. Isso inclui a demodulação para extrair as informações relevantes, a integração para compilar os dados recebidos e, por fim, o envio para o monitor, onde é visualizado pelo operador do radar.
A antena desempenha um papel fundamental nesse processo, recebendo o eco radioelétrico do sinal emitido e refletido pelo alvo. Por ser parabólica, a antena reflete a radiofrequência em direção ao seu foco, onde o sinal é captado por um dispositivo localizado nesse ponto focal. Esse dispositivo pode ser um dipolo ou um pré-amplificador de baixo ruído em uma cavidade ressonante.
O comutador, ou duplexador, é responsável por permitir que o sistema de radar emita e receba sinais pela mesma antena, atuando como um relê entre a antena e o conjunto transmissor/receptor. Esse componente evita sobrecargas no receptor ao desconectar o transmissor entre pulsos e conectar o receptor à antena para receber os sinais refletidos.
Por fim, o receptor desempenha um papel crucial na interpretação dos sinais recebidos. Muitos radares modernos utilizam equipamentos digitais, que requerem um conversor analógico-digital para transitar entre diferentes formas de sinal. O receptor executa diversas funções, incluindo o filtro Doppler para diferenciar alvos múltiplos, maximizar a força do sinal de retorno e eliminar ruídos e interferências indesejadas, garantindo assim a precisão e confiabilidade das informações obtidas pelo radar.
VISOR
O visor representa o estágio final do processo de conversão do sinal recebido pelo radar em informações compreensíveis e úteis para o operador. Em sistemas de radar mais antigos, a modulação em amplitude era comumente usada, onde a intensidade do sinal refletia a distância do objeto em relação à antena. Nesses sistemas, um ponto de sinal intenso aparecia na tela para representar um alvo distante.
Atualmente, o visor mais comum e avançado é o Plano de Indicação Posicional (PPI). O PPI não apenas mostra a direção do alvo em relação ao radar, geralmente indicando a direção do norte na tela, mas também representa a distância do alvo até o centro do visor. Essa representação permite que o operador localize e avalie a posição dos alvos de forma mais precisa.
Em alguns sistemas de radar que utilizam o PPI, é possível visualizar a amplitude real do sinal, o que proporciona informações adicionais sobre a intensidade do eco do alvo. Outros sistemas processam o sinal antes de exibi-lo no visor, mostrando os alvos em potencial na forma de símbolos ou ícones para facilitar a identificação.
Além disso, alguns sistemas de radar mais simples utilizam sinais de áudio, como um beep, para notificar o controlador sobre a presença de um objeto. Esses sistemas são úteis para alertar sobre a detecção de alvos sem fornecer informações detalhadas sobre sua velocidade ou distância.
Em suma, o visor desempenha um papel crucial na interpretação das informações fornecidas pelo radar, permitindo que o operador tome decisões informadas com base nos dados apresentados.
TIPOS DE RADAR
Radar de pulso simples
Os radares de pulso simples operam com um funcionamento direto. Um transmissor emite vários pulsos de rádio, e o receptor detecta as reflexões do sinal entre a emissão de dois pulsos. Para evitar interferências entre o transmissor e o receptor, são necessários contadores precisos em seu alternador. Normalmente, a antena desses radares pode ser giratória, o que amplia a área de rastreamento. Embora eficazes na localização de alvos, esses radares apresentam limitações na medição de sua velocidade.
Radar de pulso contínuo (CW)
Os radares de pulso contínuo emitem um sinal de rádio constante. Para evitar interferências, esses radares requerem duas antenas distintas: uma para o transmissor e outra para o receptor. A emissão contínua permite distinguir entre objetos em movimento e parados, por meio da análise do efeito Doppler. No entanto, não são ideais para determinar a posição exata do alvo.
Radar de abertura sintética
Os radares SAR (Synthetic Aperture Radar) são montados em aeronaves ou satélites e têm como objetivo localizar alvos terrestres. Eles utilizam o movimento da aeronave ou satélite para simular uma antena maior do que realmente é. A capacidade desses radares de distinguir entre dois objetos próximos depende da largura do sinal emitido, que está relacionada ao tamanho da antena. Embora as antenas sejam relativamente pequenas, o movimento da aeronave permite leituras sucessivas de vários pontos, o que resulta em uma resolução capaz de distinguir objetos pequenos, como automóveis.
Radar de fase array
Os radares de fase array utilizam várias antenas fixas que recebem sinais de diferentes direções e os combinam eletronicamente para obter uma direção específica. Esses radares podem alterar a direção do sinal de forma eletrônica e muito mais rápida do que os radares convencionais, que dependem de movimentos mecânicos.
Radares secundários
Os radares secundários leem sinais de resposta emitidos por transponders instalados em veículos, aeronaves ou embarcações, em vez de sinais refletidos por objetos. Esses dispositivos respondem a sinais chamados interrogadores emitidos pelo transmissor do radar secundário, enviando sinais de resposta que podem conter informações codificadas, como identificação e altitude da aeronave. Essenciais para o controle do tráfego aéreo, os radares secundários contornam algumas limitações dos radares convencionais, como baixa refletividade e falta de posicionamento vertical.
Afinal o que é uma banda de frequência:
A região espectral na qual os equipamentos de radar operam possibilita a transmissão de ondas eletromagnéticas na atmosfera, independentemente da iluminação solar ou das condições atmosféricas. Isso significa que esses equipamentos podem gerar imagens mesmo em condições adversas. Além disso, a capacidade de penetração das ondas eletromagnéticas permite a obtenção de imagens de superfícies ou áreas que não são observáveis no espectro da luz visível, como aquelas cobertas por vegetação densa.
A capacidade de transmissão das ondas eletromagnéticas por um meio está diretamente relacionada ao comprimento de onda. Quanto menor a frequência do radar, maior é a sua capacidade de penetração. A profundidade da penetração depende de fatores como umidade, densidade da vegetação e comprimento de onda. Assim, comprimentos de onda menores interagem mais com as camadas superficiais da vegetação, enquanto comprimentos de onda mais longos atingem camadas mais profundas, podendo até mesmo interagir com o solo ou o subsolo em alguns casos.
Combinar imagens de radar com imagens do espectro óptico possibilita uma compreensão mais abrangente dos alvos, pois isso permite inferir diferentes propriedades dos mesmos. Essa combinação de dados contribui para uma análise mais completa e precisa das características dos objetos observados.
É o termo empregado para designar a faixa de frequência utilizada em um determinado sinal de transmissão. Neste quadro é apresnetada as classificação das rádios frequências dividias no espectro. As bandas de frequência que iremos abordar a seguir pertencem as faixas VHF, UHF e SHF.
Esta representação, demonstra as Bandas de frequência de uma forma macro . Iremos trazer mais a frente em novos posts de forma mais detalhada, as frequências de Uplink e Downlink utilizadas em cada banda, e características específicas de cada uma delas.
Bandas de frequência de radar | |||
Banda | Alcance de frequência | Comprimento de onda | Notas |
HF | 3–30 MHz | 10–100 metros | Sistemas de radar costeiro, radares além do horizonte (OTH); ‘alta frequência’ |
VHF | 30–300 MHz | 1–10 metros | Alcance muito longo, penetração no solo; ‘frequência muito alta’. Os primeiros sistemas de radar geralmente operavam em VHF, pois a eletrônica adequada já havia sido desenvolvida para transmissão de rádio. Hoje esta banda está fortemente congestionada e não é mais adequada para radar devido a interferências. |
P | < 300 MHz | > 1 metro | ‘P’ para ‘anterior’, aplicado retrospectivamente aos primeiros sistemas de radar; essencialmente HF + VHF. Frequentemente usado para sensoriamento remoto devido à boa penetração na vegetação. |
UHF | 300–1000 MHz | 0,3–1m | Alcance muito longo (por exemplo, alerta precoce de mísseis balísticos ), penetração no solo, penetração na folhagem; ‘frequência ultra-alta’. Produzidos e recebidos com eficiência em níveis de energia muito elevados, e também reduz os efeitos do apagão nuclear , tornando-os úteis na função de detecção de mísseis. |
L | 1–2 GHz | 15–30 cm | Controle e vigilância do tráfego aéreo de longo alcance ; ‘L’ para ‘longo’. Amplamente utilizados para radares de alerta precoce de longo alcance , pois combinam boas qualidades de recepção com resolução razoável. |
S | 2–4 GHz | 7,5–15cm | Vigilância de alcance moderado, controle de tráfego aéreo terminal, clima de longo alcance, radar marítimo; ‘S’ de ‘sentimétrico’, seu codinome durante a Segunda Guerra Mundial. Menos eficientes que L, mas oferecendo maior resolução, tornando-os especialmente adequados para tarefas de interceptação terrestre controlada de longo alcance . |
C | 4–8 GHz | 3,75–7,5cm | Transponders de satélite; um compromisso (daí ‘C’) entre as bandas X e S; clima; rastreamento de longo alcance |
X | 8–12 GHz | 2,5–3,75 centímetros | Orientação de mísseis , radar marítimo , meteorologia, mapeamento de média resolução e vigilância terrestre; nos Estados Unidos, a faixa estreita de 10,525 GHz ±25 MHz é usada para radares de aeroportos ; rastreamento de curto alcance. Chamada de banda X porque a frequência era um segredo durante a 2ª Guerra Mundial. A difração das gotas de chuva durante chuvas fortes limita o alcance na função de detecção e torna-a adequada apenas para funções de curto alcance ou aquelas que detectam chuva deliberadamente. |
Ku | 12–18 GHz | 1,67–2,5cm | Alta resolução, também usada para transponders de satélite, frequência na banda K (daí ‘u’) |
K | 18–24 GHz | 1,11–1,67cm | Do alemão kurz , que significa ‘curto’. Uso limitado devido à absorção pelo vapor de água em 22 GHz, então Ku e K a em ambos os lados são usados para vigilância. A banda K é usada para detectar nuvens por meteorologistas e pela polícia para detectar motoristas em alta velocidade. Os canhões de radar da banda K operam a 24,150 ± 0,100 GHz. |
Ka | 24–40 GHz | 0,75–1,11cm | Mapeamento, curto alcance, vigilância aeroportuária; frequência logo acima da banda K (daí ‘a’) O radar fotográfico, usado para acionar câmeras que tiram fotos de placas de carros passando no sinal vermelho, opera a 34.300 ± 0,100 GHz. |
mm | 40–300 GHz | 1,0–7,5mm | Banda milimétrica , subdividida conforme abaixo. O oxigênio no ar é um atenuador extremamente eficaz em torno de 60 GHz, assim como outras moléculas em outras frequências, levando à chamada janela de propagação em 94 GHz. Mesmo nesta janela a atenuação é maior do que a causada pela água em 22,2 GHz. Isso torna essas frequências geralmente úteis apenas para radares altamente específicos de curto alcance, como sistemas para evitar linhas de energia para helicópteros ou uso no espaço onde a atenuação não é um problema. Várias letras são atribuídas a essas bandas por grupos diferentes. Estes são da Baytron, uma empresa extinta que fabricava equipamentos de teste. |
EM | 40–75 GHz | 4,0–7,5mm | Muito fortemente absorvido pelo oxigênio atmosférico, que ressoa a 60 GHz. |
EM | 75–110 GHz | 2,7–4,0 mm | Usado como sensor visual para veículos autônomos experimentais, observação meteorológica de alta resolução e imagens. |
SISTEMAS DE RADAR E SUA FUNÇÃO
Os sistemas de radar desempenham um papel crucial em diversos contextos, desde o controle de tráfego aéreo até a orientação de navios e aeronaves. Eles são capazes de detectar, rastrear e medir distâncias, velocidades e ângulos relativos de posicionamento, independentemente das condições meteorológicas. Esses sistemas podem ser classificados de acordo com suas funções específicas:
Radar de Busca de Superfície:Este radar é projetado para detectar e determinar a distância e a localização precisa de alvos na superfície, como embarcações no mar ou aeronaves voando em baixa altitude. Além disso, pode fornecer informações de navegação e ser utilizado em cenários militares terrestres para localização de alvos.
Radar de Busca Aérea:Com a capacidade de realizar uma busca de 360° ao redor do emissor, esse tipo de radar é usado para detectar e rastrear alvos aéreos em altitudes médias e elevadas a longas distâncias. Sua alta potência permite a detecção de alvos pequenos, fornecendo alarme antecipado e tempo de reação adequado.
Radar de Busca Combinada:Este radar pode alternar entre funções de busca de superfície e busca aérea, adaptando-se às necessidades operacionais.
Radar Determinador de Altitude (Radar 3-D):Esse tipo de radar é usado para determinar precisamente a distância, a localização e a altitude de alvos aéreos detectados por radares de busca aérea. Também é útil para controladores aéreos determinarem o vetor de deslocamento de aeronaves.
Radar de Direção e Controle de Tiro:Responsável por adquirir alvos detectados previamente e determinar sua localização com alta precisão, este radar é utilizado para direcionar armas, como canhões ou mísseis.
Radar de Aproximação de Aeronaves:Instalado em aeroportos, este radar auxilia no pouso de aeronaves, especialmente em condições de visibilidade reduzida. Possui curto alcance e é utilizado para orientação em um setor específico.
Radar de Navegação:Utilizado para obter linhas de posição e determinar a posição de uma embarcação durante a navegação, além de detectar e medir distâncias para evitar colisões no mar.
Radar de Alerta (RWR):Este sistema identifica a presença de radares inimigos e alerta para possíveis ameaças. Operando de forma passiva, é essencial para a defesa, principalmente em aeronaves.
Outros Tipos de Radar: Existem outros tipos de radar, como o radar de alerta aéreo antecipado, utilizado em aeronaves AEW, e os radares utilizados em intercepção militar, que combinam busca e direção de tiro para detectar e destruir alvos inimigos.
Em resumo, os sistemas de radar desempenham uma variedade de funções essenciais em diferentes contextos, desde a segurança do tráfego aéreo até operações militares e navegação marítima. Cada tipo de radar é projetado para atender a necessidades específicas, contribuindo para uma operação mais segura e eficiente.
CATEGORIAS DE RADARES MILITARES
As categorias de radares militares podem variar dependendo da classificação específica adotada por diferentes organizações ou especialistas em radar. No entanto, geralmente, os radares militares podem ser classificados nas seguintes categorias apresentadas no quadro a seguir.
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CONCLUSÃO
Nos campos militar e civil, os radares desempenham funções cruciais que abrangem desde a defesa aérea e antimíssil até o controle de tráfego aéreo, monitoramento meteorológico e sensoriamento remoto. No âmbito militar, os radares são essenciais para a vigilância aérea, detecção de alvos de superfície e rastreamento de mísseis, contribuindo diretamente para a segurança nacional e a defesa contra ameaças aéreas e balísticas. Por outro lado, aplicações civis incluem o monitoramento do tráfego aéreo para garantir a segurança das viagens, previsão meteorológica para proteção contra desastres naturais, e sensoriamento remoto para mapeamento de terrenos e monitoramento ambiental.
Desde seus primórdios como uma curiosidade científica no final do século XIX, o radar passou por uma evolução impressionante para se tornar uma tecnologia indispensável na vida moderna. Seja protegendo fronteiras, facilitando a navegação aérea ou fornecendo informações precisas para tomada de decisões, o radar está profundamente enraizado em nossa sociedade contemporânea. Com os avanços contínuos na tecnologia de radar, é esperado que seu impacto cresça ainda mais nas próximas décadas, influenciando significativamente tanto os aspectos militares quanto civis do nosso futuro.
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