PRINCIPIOS

Reflexión

Las ondas electromagnéticas se dispersan cuando hay cambios significativos en las constantes dieléctricas o diamagnéticas. Esto significa que un objeto sólido en el aire o en el vacío (es decir, un cambio en la densidad atómica entre el objeto y su entorno) producirá dispersión de las ondas de radio, como las del radar. Esto ocurre particularmente en el caso de los materiales conductores como el metal y la fibra de carbono, lo que hace que el radar sea especialmente indicado para la detección de aeronaves. En ocasiones los aviones militares utilizan materiales con sustancias resistivas y magnéticas que absorben las ondas del radar, reduciendo así el nivel de reflexión. Estableciendo una analogía entre las ondas del radar y el espectro visible, La reflexión de las ondas del radar varía en función de su longitud de onda y de la forma del blanco:

• Si la longitud de onda es mucho menor que el tamaño del blanco, la onda rebotará del mismo modo que la luz contra un espejo.
• Si la longitud de onda es mucho más grande que el tamaño del blanco, lo que ocurre es que éste se polariza (separación física de las cargas positivas y negativas) como en un dipolo (véase: Dispersión de Rayleigh).
• Cuando las dos escalas son similares pueden darse efectos de resonancia.

Ecuación radar

La potencia Pr reflejada a la antena de recepción está dada por la ecuación radar:

Donde:
• Pt = potencia transmitida
• Gt = ganancia de la antena de transmisión
• Ar = apertura efectiva (área) de la antena de recepción
• σ = sección transversal del radar, o coeficiente de decaimiento del objetivo
• F = factor de propagación del patrón
• Rt = distancia del transmisor al objetivo
• Rr = distancia del objetivo al receptor.
En el caso común donde el transmisor y el receptor están en el mismo lugar, Rt = Rr y el término Rt² Rr² puede ser reemplazado por R4, donde R es la distancia. Esto resulta en:

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 pequeña.

La ecuación anterior con F = 1 es una simplificación para el vacío sin interferencia. El factor de propagación engloba los efectos de la propagación multicamino y del shadowing, y depende del entorno en el que se estén propagando las ondas. En una situación real los efectos de atenuación en el recorrido deben ser considerados.

Otros desarrollos matemáticos en procesamiento de señales de radar incluyen análisis de tiempo-frecuencia (Weyl Heisenberg o wavelet), así como la transformada chirplet que se basa en el hecho de que los ecos devueltos por blancos móviles varían su frecuencia en función del tiempo, como lo hace el sonido de un ave o un murciélago.

Polarización

El campo eléctrico de la señal que emite un radar es perpendicular a la dirección de propagación. La dirección de dicho campo determina la polarización de la onda. En función de la aplicación, los radares usan:

• Polarización horizontal.
• Polarización vertical.
• Polarización lineal: Permite detectar superficies de metal.
• Polarización circular: Adecuada para minimizar la interferencia causada por la lluvia (pero debe evitarse para radares meteorológicos que lo que buscan es cuantificar las precipitaciones).
• Polarización aleatoria: Adecuada para detectar superficies irregulares como rocas (se usa en radares de navegación).

Interferencias

Los sistemas radar deben hacer frente a la presencia de diferentes tipos de señales indeseadas y conseguir centrarse en el blanco que realmente interesa. Fuentes posibles de interferencias:

• Internas
• Externas
• De naturaleza pasiva: Ejemplos: agua salada (afecta a la conductividad y puede contribuir a una degradación de la señal), tierra conductora.
• De naturaleza activa (o interferencia eléctrica o ruido):Ejemplos: circuitos de los semáforos, comunicaciones de radio, torres microondas, televisión por cable, transmisión de datos de uso general, sistemas de seguridad, líneas de alto voltaje y líneas telefónicas.

Ruido

El ruido es una fuente interna de variaciones aleatorias de la señal, generado en mayor o menor medida por todos los componentes electrónicos. Típicamente se manifiesta en variaciones aleatorias superpuestas a la señal de eco recibida en el radar.

Cuanta menor sea la potencia con que llega la señal de interés, más difícil será diferenciarla del fondo de ruido. Por tanto, la más importante fuente de ruido aparece en el receptor, por lo que debe dedicarse un gran esfuerzo a tratar de minimizar estos factores.

El ruido también puede estar causado por fuentes externas al sistema, siendo sobre todo de gran impacto la radiación térmica natural del entorno que rodea al blanco que se desea detectar

Clutter

El término clutter hace referencia a todos aquellos ecos (señales de RF) recibidos por el radar que son no deseados.

Causas

•Pueden estar causados por objetos del entorno, tales como: el mar, precipitaciones (lluvia, nieve o granizo), tormentas de arena, animales (especialmente pájaros), turbulencias atmosféricas y otros efectos atmosféricos como reflexiones ionosféricas y estelas de meteoritos. También debido a objetos fabricados por el hombre, sin intención de engañar al radar (edificios) o con ella ("chaffs"). O por una longitud excesiva de la guía de onda que conecta el transceptor del radar y la antena.
•Puede estar originado por la multitrayectoria de la señal de eco de un objetivo válido.
Los factores que pueden causar estos caminos múltiples son la reflexión terrestre y las refracciones atmosférica e ionosférica. Este clutter es especialmente molesto, ya que parece moverse y se comporta como si fuera un blanco de interés real, de modo que el radar detecta un objetivo "fantasma" que en realidad no existe.

Jamming

Se conoce como jamming a aquellas señales externas al sistema radar emitidas en las frecuencias de funcionamiento del mismo y que por tanto enmascaran los objetivos de interés. Puede ser intencionado para funcionar como contramedida electrónica o fortuito (por ejemplo, fuerzas amigas cuyos sistemas de comunicaciones usan la misma banda). El jamming está considerado como una fuente activa de interferencias, ya que está originado fuera del sistema radar y en general se trata de señales sin relación alguna con este.