Designación del radar norteamericano y principios básicos

Designación del radar militar norteamericano

En la Escuela de Especialistas del Ejército del Aire me especialicé en "radar y visores". En aquel entonces pude estudiar la retícula de disparo del Sabre F-86, los principios básicos del radar y cosa por el estilo. Cuando me incorporé al Ala 46 pude conocer de primera mano el Radar Thomson CSF-Cirano IV del Mirage F-1 y cuando trabajé con el F-18 estudié como operaba el, por aquel entonces, modernísimo AN/APG-65, como el que se ve en la foto que abre el artículo. 

Casi todos a los que les gusta este mundillo hablan de que si AN/APG-65 era mejor en muchos aspectos que el AN/APG-73 o que, si el AN/ALQ 99 supuso un avance con respecto a otros modelos parecidos y cosas por el estilo, ¿qué significan esas siglas? Un poco de historia para entender las cosas desde su origen. Todo comenzó con el desarrollo de los sistemas electrónicos militares. Durante la IGM se utilizaron muchas radios y varios sistemas eléctricos/electrónicos en la marina (Navy) y el ejército estadounidense (Army). Los norteamericanos, que son eminentemente prácticos pronto empezaron a catalogar de alguna manera todos los productos eléctricos y electrónicos que tuvieran utilidad militar. 

En la foto que acompaña estas líneas se puede ver Una estación de transmisión de radio portátil del Ejército de EE. UU. En Alemania, 1919. Crédito: Ejército de EE. UU.

Las dos ramas hicieron cada una por separado un sistema distinto de catalogación según sus necesidades. Ya durante la IIGM los norteamericanos se dieron cuenta de que estos sistemas de catalogación designaban cosa parecidas en la Navy y en el Army, por lo que se decidió en 1942 aunar ambos sistemas en uno solo. De ahí viene precisamente eso del AN (Army/Navy). Aunque la rama aérea del ejército se separó en 1947 para crear la USAF, se siguió denominando sistema de catalogación AN a todo lo que utilizara la USAF y cualquier otra rama de las fuerzas armadas creada posteriormente. Por lo tanto, el Ejército y la Marina de los Estados Unidos introdujeron el nuevo "Sistema Conjunto de Nomenclatura Ejército-Marina", también conocido como en inglés como "Joint Communications-Electronics Nomenclature System" o sistema conjunto de nomenclatura para las Comunicaciones y la Electrónica, o "Sistema AN".

El énfasis inicial se centró en los equipos de radio y radar aéreo, pero el sistema fue diseñado para ser extensible y pronto se amplió para incluir otros tipos de equipos. En 1957, el sistema se formalizó en un estándar denominado MIL-STD-196 «Joint Electronics Type Designation System" o sistema de designación conjunto de tipos de electrónica (JETDS). Desde entonces, el sistema ha sido ligeramente revisado y adaptado a los requisitos modernos, y la versión actual es la MIL-STD-196E, lanzada el 17 de febrero de 1998. 

De una manera similar a los sistemas más antiguos desarrollados por el Ejército y la Marina, el JETDS distingue entre sistemas completos y componentes. El ejército de los EE.UU. Usa definiciones detalladas de "Niveles de artículo" y de "Partes" individuales para completar los llamados "Sistemas". Ahora vamos a explicar precisamente eso con un ejemplo. El AN/APG-65. AN es la nomenclatura para designaciones de equipos antes descrita. Las designaciones AN se componen de tres partes, a saber: 

• Plataforma/Instalación - A: Aviones pilotados
• Tipo de Equipo - P: Radar
• Propósito - G: Control de disparo 

El AN/APG-65 por tanto es un modelo militar norteamericano de radar embarcado en aviones con capacidad de control de disparo. Debajo se puede ver un listado para otros elementos. El lector puede ahora saber lo que es un sistema ALQ, ALR o ALE.

----Ubicación o plataforma----

A - Piloted Aircraft

B - Underwater, Mobile (submarine)

C - Cryptographic Equipment (C - Air Transportable; this installation indicator has been re-moved from the system)

D - Pilotless Carrier (missile, drone, UAV)

F - Ground, Fixed

G - Ground, General (multiple types of ground installation)

K - Amphibious

M - Ground, Mobile 

P - Portable (by man)

S - Surface Ship

T - Ground, Transportable 

U - General Utility or Combination 

V - Ground, Vehicle 

W - Water Surface/Underwater Combination

Z - Piloted/Pilotless Airborne Combination

----Tipo de equipo----

A - Invisible Light, Heat Radiation (i.e. infrared)

B - Comsec (secure communications) (B - Pigeon; this type indicator has been removed from the system)

C - Carrier (electronic wave or signal)

D - Radiac (Radioactivity Detection, Identification, and Computation)

E - Laser (E - NUPAC (Nuclear Protection & Control); this type indicator has been removed from the system)

F - Fiber Optics (F - Photographic; this type indicator has been removed from the system)

G - Telegraph or Teletype

I - Interphone and Public Address

J - Electromechanical

K - Telemetering

L - Countermeasures

M - Meteorological

N - Sound in Air

P - Radar

Q - Sonar and Underwater Sound

R - Radio

S - Special or Combination

T - Telephone (Wire)

V - Visual, Visible Light

W - Armament (only used, if no other letter applies)

X - Fax or Television

Y - Data Processing

Z – Communications

----Propósito del equipo----

A - Auxiliary Assembly

B - Bombing

C - Communications

D - Direction Finding, Reconnaissance and Surveillance

E - Ejection and/or Release

G - Fire Control or Searchlight Directing

H - Recording and/or Reproducing

K - Computing

(L - Searchlight Control; this purpose indicator has been removed from the system; purpose now covered by "G")

M - Maintenance or Test

N - Navigation Aid

(P - Reproducing; this purpose indicator has been removed from the system; purpose now covered by "H")

Q - Special or Combination

R - Receiving or Passive Detecting

S - Detecting, Range and Bearing, Search

T - Transmitting

W - Automatic Flight or Remote Control

X - Identification or Recognition

Y - Surveillance (target detecting and tracking) and Control (fire control and/or air control)

Z - Secure 

Ejercicio: ¿Que son esos equipos que lleva instalados el F/A-18 C? 

Principios básicos del radar

El término RADAR proviene de la frase "detección y distancia por radio" y aunque los usos del radar son mucho mayores que los considerados originalmente, el término se ha mantenido en uso.

Distancia y rumbo gracias a los pulsos electromagnéticos

La distancia de un objeto desde la posición de un radar se puede calcular midiendo el tiempo que tarda un pulso de energía de radio en viajar hasta el objeto y regresar nuevamente. La energía de radio viaja a una velocidad de aproximadamente 300 X 10^6 metros por segundo o 300 metros por microsegundo. La dirección se puede medir observando la dirección de la antena cuando se recibe un eco del pulso del radar. (TX: aparato transmisor; RX: aparato receptor). Debajo se muestra gráficamente cómo se hace el cálculo.

Definiciones de radar

1. LONGITUD DEL PULSO (Pulse leght) también conocido como ancho de pulso. Es la duración del pulso en microsegundos.
2. FRECUENCIA DE REPETICIÓN DE PULSOS es el número de pulsos transmitidos por segundo. Este término es también conocido como la PRF frecuencia de recurrencia de pulso
3. INTERVALO DE REPETICIÓN DE PULSOS (PRI) es el intervalo de tiempo desde el inicio de un pulso hasta el inicio del siguiente. El intervalo de repetición de pulso (o recurrencia) es el recíproco de la frecuencia de repetición de pulso. PRI=1/PRF
4. ANCHO DE HAZ describe la dimensión angular del patrón de radiación. La mayoría de los radares modernos utilizan antenas que concentran la energía en un haz estrecho.

Sistema básico de un radar

Durante un breve período de tiempo, generalmente entre 2 y 30 millonésimas de segundo, el transmisor irradia energía de alta frecuencia. Esta serie de pulsos de energía se entregan a la antena. Es común que se use la misma antena para recibir los ecos de los pulsos, pero el receptor al ser muy sensible, debe protegerse cuando se transmiten pulsos de alta energía. Esto se logra mediante el interruptor de transmisión-recepción (T/R) que aísla al receptor cuando se producen transmisiones. La coordinación entre el magnetrón (unidad transmisora), el interruptor T/R y la pantalla se lleva a cabo por el temporizador maestro. Los circuitos del receptor del radar amplifican los débiles ecos de retorno.

Un radar transmite una breve ráfaga (pulsos) de energía electromagnética. La distancia al objetivo se determina midiendo el tiempo transcurrido mientras el pulso viaja y regresa del objetivo. Si medimos en millas náuticas debemos tener en cuenta que, debido a que se trata de un viaje de ida y vuelta, transcurrirá un tiempo total de 12.36 microsegundos por milla náutica entre el inicio del pulso desde la antena y su regreso a la antena desde un objetivo. Por eso, este intervalo de tiempo de 12.36 microsegundos a veces se denomina MILLA RADAR, MILLA NAUTICA RADAR o MILLA RADAR NAUTICA. El cálculo es sencillo. Si un avión detecta un objetivo después de 620 microsegundos entonces el objetivo se encuentra a 50 millas. 

El ciclo del radar

Cada ciclo del radar comienza con un pulso de energía que sale del transmisor durante unos microsegundos. Aunque este es un período de tiempo muy corto, el pulso contendrá muchos miles de ciclos de radiofrecuencia. El pulso del radar en realidad tiene una dimensión física de cientos de metros. El borde delantero del pulso ya está lejos del transmisor cuando este deja de transmitir. Después del pulso, el interruptor T/R, tras un período de recuperación, cambia y permite que la antena y el receptor estén listos para el eco del pulso que luego regresará. 

El eco del objetivo puede recibirse durante el período de escucha que finaliza cuando el interruptor T/R vuelve a cambiar y prepara la antena para lanzar otro pulso al comienzo del siguiente ciclo. Cabe señalar, que la duración del pulso (longitud del pulso) es muy corta en comparación con el intervalo de recurrencia del pulso. Curiosamente, un radar pasa más tiempo escuchando que trasmitiendo. Debajo se puede apreciar la duración de los ciclos y que el radar pasa la mayor parte del tiempo escuchando ecos de sus propias transmisiones.

El efecto de la potencia en el alcance máximo

El alcance máximo de un radar depende de muchos factores, como el tamaño del objetivo, las características de la antena y la ganancia del receptor (amplificación). La potencia transmitida se extiende sobre un área progresivamente mayor a medida que se aleja del transmisor y la densidad de potencia se reduce de acuerdo con la ley del cuadrado inverso. Del mismo modo, la pequeña cantidad de potencia contenida en el eco del objetivo se atenuará (de acuerdo con la ley del cuadrado inverso) a medida que este regrese hacia la antena. El resultado es una reducción de la potencia en el retorno a la antena proporcional a la raíz cuarta. Por transposición se puede demostrar que:

De ello se deduce que duplicar el alcance de un radar requeriría 16 veces la potencia del transmisor original y duplicar la potencia solo aumentaría el alcance en un 19%.

Efecto del PRF en el alcance máximo

La energía recibida por la antena del radar ha viajado dos veces la distancia entre el transmisor y el objetivo. Este viaje de ida y vuelta debe completarse dentro del intervalo de recurrencia de pulso (1/PRF) del radar. 

Distancia = velocidad x tiempo

Si la PRF son 400 pulsos/Segundo y la velocidad de las ondas de radio 300 x 10^6 m/seg, entonces:

Muchos radares usan un PRF más bajo cuando buscan objetivos a largo alcance y un PRF más alto para objetivos más cercanos.

El efecto de la longitud del pulso en el alcance mínimo

El alcance mínimo de un radar está determinado por el período entre el comienzo de la transmisión del pulso y el momento más temprano en que se puede registrar el eco. Igno-rando el tiempo de recuperación, el alcance mínimo depende de la mitad de la duración del pulso. Por ejemplo, un radar con una longitud de pulso de 2 microsegundos no podría detectar objetivos a menos de 300 metros.

Distancia = velocidad x tiempo;

Longitud del pulso = (300 x 106) x (2 x10-6) = 600 metres; por lo tanto, 

Alcance mínimo = 300 metros

El efecto de la longitud del pulso en la resolución

El término "resolución" se refiere a la capacidad del radar para detectar y mostrar objetivos cercanos por separado. En la distancia, la resolución se ve afectada por la longitud del pulso, de modo que los objetivos que están más cerca de la mitad de la longitud del pulso se fusionan y aparecen como uno solo. Esto ocurre cuando el borde anterior del pulso ha regresado del objetivo más lejano antes de que el borde posterior del pulso haya regresado del objetivo más cercano.

El efecto del ancho del haz en la resolución azimutal

La resolución azimutal se refiere a la capacidad del radar para separar objetivos que están a la misma distancia, pero con rumbos diferentes. Esto depende en gran medida del ancho del haz, ya que, si el espacio entre los objetivos es insuficiente, el haz del radar detectará el segundo objetivo antes de abandonar el primero.

El ancho del haz depende de las características de las antenas. Las antiguas antenas parabólicas tenían gran ancho, pero hoy en día se utilizan las antenas planas que generan un haz tan estrecho que se conoce como "pencil beam". La longitud de onda y el diámetro del haz aumenta con el alcance.

El efecto del ancho del haz en la resolución azimutal

La resolución azimutal se refiere a la capacidad del radar para separar objetivos que están en el mismo rango, pero con rumbos diferentes. Esto depende en gran medida del ancho del haz, ya que, si el espacio entre los objetivos es insuficiente, el haz del radar detectará el segundo objetivo antes de abandonar el primero. El ancho del haz depende de las características aéreas y la longitud de onda, y el diámetro del haz aumenta con el alcance. A continuación, se muestra una tabla con los datos de un radar meteorológico:

El efecto de la longitud de onda en la atenuación del radar

Cuando las ondas de radio atraviesan la atmósfera, se produce una pérdida de energía. Esto ocurre porque los gases del medio absorben parte de esa energía. También puede ocurrir por la precipitación, o por el bloqueo físico o la dispersión de la energía. Si la energía del radar está bloqueada por fuertes precipitaciones, por ejemplo, los objetivos de mayor alcance pueden quedar enmascarados. Estos efectos dependen de la longitud de onda.

La elección de la longitud de onda depende del propósito del radar. Un radar con una longitud de onda larga tendría transmisiones que no se verían afectadas por las nubes y la precipitación y esto sería indeseable para los equipos diseñados para detectar tormentas, pero muy útil para aviones que quieran detector a otros aviones o para el radar de control de tráfico ATC, donde el efecto de enmascaramiento de los ecos de lluvia podría evitar la detección de las aeronaves. La regla: una longitud de onda más corta da como resultado una atenuación de radar mayor.