Tipi di RADAR
•Rapporto con il
bersaglio
Passivo o non cooperante
PRIMARIO
Attivo o cooperante
SECONDARIO
•Tipo di bersaglio
Bersaglio di superficie
NAVALE
Bersaglio aereo
Precipitazioni temporalesche
AEREO
METEO
•Finalità del radar Scoperta e tracciamento
Punteria e tiro
SCOPERTA
•Principio di
funzionamento
del radar
Utilizza un treno di impulsi
IMPULSIVO
Utilizza l’effetto Doppler
DOPPLER
IMPULS. - DOPPLER
Utilizza entrambi
•Coordinate fornite Superficiali (2 coordinate)
Spaziali (3 coordinate)
TIRO
BIDIMENSIONALE
TRIDIMENSIONALE
Radar
impulsivo
primario
Tempo d’attesa
(Apparato RADAR
in ricezione)
Durata dell’impulso
(Apparato RADAR
in trasmissione)
t
t
TA
T
Periodo di ripetizione degli impulsi
Caratteristiche e/o difetti:
• Distanza cieca
• Discriminazione in distanza
• Discriminazione angolare
• Echi di seconda traccia
• Falsi echi
• Massima portata nominale
• Clutter (Rumore non intenzionale)
• Disturbo (intenzionale)
ATTENZIONE: i tempi
non sono in scala
(t = 1 ms; Ta = 1 ms)
Da cosa dipendono e quali
sono le possibili modifiche
da apportare per ridurre o
annullare i difetti?
Bande di frequenza RADAR
• X (X-RAY)
• S (SIERRA)
• L (LIMA)
8 Ghz – 10 Ghz Scoperta navale
2,4 Ghz – 4 Ghz Scoperta navale e aerea 3D
1 Ghz – 1,9 Ghz Scoperta aerea 2D
Legge di propagazione delle onde elettro-magnetiche
c=l*f
Velocità della luce
Lunghezza d’onda
Nota la velocità della luce e
stabilita la frequenza,
automaticamente si conosce la
Frequenza
lunghezza d’onda
300.000.000 m/s
• 8 Ghz 3,75 cm
• 2,4 Ghz 12,5 cm
• 1 Ghz 30 cm
• 9 Ghz 3,33 cm
• 3 Ghz 10 cm
• 1,5 Ghz 20 cm
• 10 Ghz 3 cm
• 4 Ghz 7,5 cm
• 1,9 Ghz 15,7 cm
X-RAY
SIERRA
LIMA
l=c/f
Equazione del radar nello spazio libero
Nell’equazione caratteristica del Radar sono presenti due Potenze, la
potenza del segnale emesso e la potenza del segnale ricevuto (che
determina la “soglia di sensibilità del ricevitore”). Considerato che
tra le due c’è una differenza enorme, dell’ordine di 1/100.000.000, il
Radar è una macchina complessa che ha le due caratteristiche
generali (trasmissione e ricezione) molto diverse fra loro.
Guadagno
d’antenna
Potenza di
trasmissione
Potenza
del segnale
ricevuto
Superficie
sferica
(ANDATA)
Pr
Pt · Ga · s · Ar
= ------------------------------
(4pR2)
Superficie
sferica
(RITORNO)
·
Superficie
equivalente
RADAR
(4pR2)
Area effettiva
ricevente
dell’antenna
Pr
Pt · Ga · s · Ar
= ------------------------------
(4pR2) · (4pR2)
Perché al denominatore della
formula c’è per DUE volte la
superficie sferica di raggio R
(distanza fra radar e bersaglio)?
Se la potenza trasmessa venisse
uniformemente irradiata nello spazio
(antenna isotropica o omnidirezionale) sul
bersaglio giungerebbe una potenza per unità
di superficie pari a “Pt / 4pR2”, in quanto la
potenza Pt deve attraversare uniformemente
una superficie sferica pari a 4pR2. Anche
l’onda di ritorno dal bersaglio deve
attraversare la stessa superficie sferica, per
questo la suddetta superficie compare DUE
volte (vedere l’sempio delle onde provocate su un
liquido dalla caduta di un oggetto sulla sua superficie)
Oggetto emerso
Punto di caduta
Pr
Pt · Ga · s · Ar
= ------------------------------
(4pR2) · (4pR2)
Il “Guadagno” d’antenna
(Ga) è un fattore numerico
superiore a 1 (1500-2500) che
compare al numeratore
L’antenna radar non è Isotropica o Omnidirezionale ma “DIRETTIVA”: infatti concentra la potenza
trasmessa in un ristretto angolo solido (quanto
minore sarà l’apertura dell’angolo solido, tanto
maggiore sarà la direttività dell’antenna. Quindi
la potenza che sarebbe irradiata da una antenna
isotropica viene “CONCENTRATA” e quindi amplificata del valore Ga.
Antenna DIRETTIVA
Massima
potenza
Lobo di
irradiazione
Esempio: una potenza di 1,5 Kwatt con un
Guadagno d’antenna pari a 1500 diventa
una potenza di 2,25 Mwatt.
Antenna ISOTROPICA
d
d = Angolo solido
Tipi di lobo di
trasmissione
LOBO A “MATITA”
La “bocca” del riflettore è perfettamente
circolare, anche il lobo presenterà una
sezione circolare ed il diagramma di
irradiazione sarà uguale sia sul piano
orizzontale che su quello verticale. Questo
tipo di lobo è utilizzato per quei radar che
hanno bisogno di concentrare maggiore
potenza in un settore ristretto come i radar
di inseguimento e del tiro (radar che non
ruotano su 360°, ma sono in stand-by, in
attesa che il radar di scoperta fornisca le
coordinate approssimative del bersaglio.
Intorno a tali coordinate i radar del tiro
effettuano una ricerca (a 8, a TV, a spirale,
ecc..) fino a che non acquisiscono il bersaglio, che verrà successivamente “inseguito” (il radar si occupa di un bersaglio alla
volta)
Se si vuole ottenere un lobo a ventaglio
(utilizzabile per i radar di scoperta), con
direttività maggiore sul piano orizzontale,
occorre utilizzare un’antenna in cui il settore
del paraboloide presenta un’apertura più
larga sul paino orizzontale e più stretta su
quello verticale. In tal caso la direttività sul
piano orizzontale è data dal rapporto x/l,
quella sul piano verticale è data dal
rapporto y/l. NOTA BENE: non è possibile
ridurre troppo la direttività sul piano
verticale in quanto si perderebbe la capacità
di scoperta in caso di rollio e beccheggio
accentuati (il radar navale NON è su un
piano sempre perfettamente orizzontale)
LOBO A “VENTAGLIO”
Pr
Pt · Ga · s · Ar
= ------------------------------
(4pR2) · (4pR2)
La “Superficie equivalente
Radar” (s) è un fattore
numerico inferiore a 1 (0,3
– 0,6) che compare al
numeratore.
L’onda trasmessa, una volta raggiunto il
bersaglio, viene in parte assorbita, in parte
attraversa il bersaglio, ed in parte viene
reirradiata (generalmente in maniera non
unforme nelle varie direzioni). La capacità di
un bersaglio di reirradiare energia
elettromagnetica è data dalla “SUPERFICIE
EQUIVALENTE RADAR”. Per diversi
bersagli è variabile a seconda del materiale di
costruzione e dalla forma dello scafo, mentre
per bersagli identici può variare in funzione
dell’orientamento di questi rispetto al radar.
In pratica la S.E.R. è la percentuale del
segnale che torna indietro dopo aver colpito il
bersaglio (30% = 0,3): è quindi un fattore
numerico.
Attraversa
Assorbito
Ritorna
Pr
Pt · Ga · s · Ar
= ------------------------------
(4pR2) · (4pR2)
L’ “Area effettiva
dell’antenna ricevente”
(Ar) è un fattore numerico
inferiore a 1 (0,3 – 0,6) che
compare al numeratore.
L’antenna ricevente, in dipendenza dalle sue
dimensioni fisiche, presenterà una minore o
maggiore capacità di raccogliere energia,
questa capacità viene indicata come “Area
effettiva dell’antenna ricevente”. In definitiva
l’antenna ricevente intercetta solo una parte
del segnale eco. In pratica è una percentuale
del fronte d’onda di ritorno che l’antenna può
ricevere (detta anche “bocca” dell’antenna).
Il valore di Ar può essere
espresso come segue:
Ar = (Ga · l2) / 4p
Pr
Pt · Ga2 · l2 · s
= ------------------------------
4p3R4
E quindi la
formula
diventa….
Dall’ultima formula della lastrina precedente è possibile ricavare la massima
portata effettiva RMAX, oltre la quale non è più possibile scoprire il bersaglio.
Alla portata RMAX pertanto corrisponde la minima potenza d’eco Pr ricevibile,
che indicheremo come minimo segnale “SMIN”.
SMIN
4
RMAX
=
Pt · Ga2 · l2 · s
= ------------------------------
4p3 · RMAX4
Pt · Ga2 · l2 · s
------------------------------
4p3 · SMIN
Nella formula sono
chiaramente evidenziati gli
effetti che le caratteristiche
del sistema radar e del
bersaglio hanno sulla RMAX
4
RMAX
Potenza del
trasmettitore
=
Guadagno di
antenna
Pt · Ga2 · l2 · s · 1/4p3 · 1/SMIN
Lunghezza
d’onda
Superficie
Costante
equivalente radar
(caratteristica del
bersaglio)
Sensibilità del
ricevitore
Quale formula ci permette di calcolare la distanza di un bersaglio dal radar?
Nella fisica tradizionale……
Distanza = Velocità · Differenza di tempo
Nel Radar……
Distanza = Velocità della Luce · Differenza di tempo
2
2d = c · Dt
c · Dt
d = ------2
Dt è la differenza di tempo fra
l’emissione e la ricezione dell’impulso
Al denominatore appare il
numero 2 perché il segnale
deve percorrere 2 volte la
distanza fra radar e bersaglio
d
(andata)
d
(ritorno)
Se il radar è in trasmissione,
l’antenna non può ricevere.
Al termine dell’emissione
dell’impulso, il radar è in
ricezione (Tempo di attesa).
Se un bersaglio è talmente
vicino che il suo eco mi
torna all’antenna quando
ancora il radar è in
trasmissione, il bersaglio non
viene rilevato.
A che distanza massima si
trova un bersaglio con queste
caratteristiche?
Distanza
cieca del
radar
Impulso t
(Minima distanza di
localizzazione)
Esempio: t = 1 msec
c · Dt
d = ------2
3·108 m/sec · 1·10-6 sec
d = ------------------------- = 150 m
Il bersaglio è ad una distanza tale che il suo eco arriva
prima che l’impulso “lasci” completamente l’antenna.
Quindi l’eco deve percorrere “in andata e ritorno” la
distanza fra le due navi in un tempo massimo uguale a t
2
Un radar con un
impulso t di 1 msec
ha una distanza cieca
di 150 metri
Tempo d’attesa
(Apparato RADAR
in ricezione)
Durata dell’impulso
(Apparato RADAR
in trasmissione)
t
t
Portata
nominale
del radar
TA
T
Periodo di ripetizione degli impulsi
Avendo prefissato un certo valore di t, quanto più
elevato sarà TA tanto maggiore sarà la distanza alla
quale potranno essere scoperti i bersagli relativi al
t (nel tempo TA, l’apparato radar è in ricezione).
Dato che il fronte dell’impulso nel tempo TA deve
compiere un doppio percorso di andata e ritorno,
la massima portata nominale è data dalla formula
d = c · Dt/2. Sostituendo a Dt il tempo TA si
ottiene….
Es. TA = 1ms (1 millisecondo)
d = c · Dt/2
d = (3·108 m/sec · 1·10-3sec)/2
d = (3 · 105 m)/2
d = (300.000 m)/2
d = 150 Km
d = 81 miglia nautiche
Il potere risolutore angolare è la misura della
capacità del radar di rilevare e rappresentare
separati tra loro sul PPI, gli echi ricevuti da
due bersagli posti alla stessa distanza ma con
differente rilevamento.
La risoluzione angolare in azimuth indica la
minima ampiezza angolare per la quale il
radar ha la capacità di separare gli echi
relativi a due bersagli posti alla stessa
distanza.
Tale
parametro
dipende
essenzialmente dall’angolo di irradiazione
dell’antenna nel piano orizzontale, oltre che
dalla qualità del tipo di rappresentazione.
Il parametro fondamentale che determina la
risoluzione angolare è la direttività
dell’emissione,
ovvero
le
dimensioni
dell’angolo solido entro cui viene emessa la
radiazione e.m., strettamente legata alle
dimensioni dell’antenna. Tutto ciò si traduce
nell’uso di una scala appropriata e di un tubo
a raggi catodici (nei vecchi radar) con
diametro, definizione e spessore dell’asse
rotante opportuni
Potere risolutore
angolare in azimuth
Con questo parametro si indica la minima distanza tra due bersagli, posti sullo stesso
rilevamento, per la quale i rispettivi echi vengono rappresentati separatamente.
Quando il fronte dell’impulso incontra il primo bersaglio, una parte di energia viene
riflessa mentre il segnale trasmesso prosegue verso il secondo bersaglio. Se i due
bersagli sono sufficientemente distanti, i due echi risulteranno separati e quindi
distinguibili. Se invece i due bersagli sono molto vicini, l’eco di ritorno del secondo
bersaglio si congiungerà a quella relativa al primo, conseguentemente il ricevitore
rileverà un unico segnale riflesso. Affinchè gli echi di due bersagli posti sullo stesso
rilevamento possano essere visti separatamente, è necessario che la distanza fra loro
sia:
Potere
discriminante
in distanza
1
d > c · t/2
Solo in tal caso il fronte d’eco del secondo bersaglio, non potrà congiungersi con la
coda della riflessione del primo bersaglio.
l=c· t
l=c· t
d
Impulso
trasmesso
d
Impulso
trasmesso
Eco 1
Eco 1
Eco 1
Eco 2
d>c·t
Eco 1
Eco unico
d<c·t
Eco 2
Eco 2
Come si fa a rendere
distinguibili i due echi?
Potere
discriminante
in distanza
2
Si modula in frequenza il
pacchetto di onde e.m.
contenuto nell’impulso t
Se l’impulso non è modulato…
fportante
Nell’eco di ritorno riesco a distinguere (due
bersagli distinti)
Se l’impulso è modulato…
fmax
fportante
Nell’eco di ritorno non riesco a distinguere
(uno o due bersagli?)
fmin
Eco del primo
bersaglio
Eco del secondo
bersaglio
È possibile separare i due echi per mezzo di appositi filtri
Eco relativa
all’impulso 1
T = Periodo di ripetizione dell’impulso
(impulso + tempo d’attesa)
Impulso 1
Impulso 2
t
t
T
Dt
T + Dt
In concomitanza del secondo impulso, l’asse dei
tempi dell’indicatore è ripartito da zero, per cui
l’eco viene rappresentata come relativa al
secondo impulso e quindi ad una distanza molto
inferiore a quella effettiva. In pratica un
bersaglio battuto dal primo impulso, situato a
distanza “ R = C·(T+Dt)/2 ” viene visto come
relativo al secondo impulso e cioè ad una
distanza “ R = C·Dt/2 ” (BERSAGLIO INESISTENTE)
Echi di 2a
traccia
La scelta di un opportuno tempo
d’attesa (cioè di una idonea
frequenza di ripetizione degli
impulsi PRF) deve essere
effettuato in modo da eliminare
le cosiddette “distanze ambigue”
o “echi di seconda traccia”. Il TA
deve essere tale da consentire la
partenza di un impulso non
prima che tutti gli echi
significativi, relativi all’impulso
precedente abbiano avuto il
tempo di pervenire al ricevitore.
Se il TA fosse troppo ridotto (PRF
troppo
elevata)
potrebbe
accadere che l’eco di un impulso
giunga all’antenna quando
ormai è stato emesso l’impulso
successivo.
Echi
multipli
1a eco (eco reale)
2a eco (eco doppio)
3a eco (eco triplo)
Due navi sufficientemente
grandi possono dar luogo ad
echi multipli quando si trovano
molto ravvicinate.
L’energia e.m., dopo la riflessione sul bersaglio, investe in
parte le strutture della nave
propria e da esse viene rinviata
nuovamente sul bersaglio per
una seconda riflessione e così
via.
3d distanza tripla
Eco del bersaglio
2d distanza doppia
Doppia eco
d distanza effettiva
Tripla eco
t
TA
t
In queste condizioni di formano due, tre o anche quattro echi
del bersaglio, tutti sullo stesso
rilevamento e a distanza
doppia, tripla, quadrupla, il che
rende tali echi perfettamente
riconoscibili.
Lobo principale 100%
Lobo principale 95%
REALE
Lobi secondari 5 %
Lobi secondari 40 %
Lobo principale 60%
ANOMALO
Sul radar il bersaglio compare con
evidenti “scie” circolari da entrambi i
lati. Nel caso il bersaglio sia molto
vicino, allora i lobi secondari
(comunque presenti) possono provocare il prolungamento della eco. Ma se
ciò si verifica in bersagli più lontani,
siamo in presenza di un difetto tecnico
del radar generato dai lobi secondari
molto più grandi del normale, in grado
di produrre delle eco laterali su
bersagli anche oltre il miglio nautico.
Un difetto secondario è sicuramente la
perdita di potenza del lobo principale
a favore di quelli secondari. Richiede
intervento tecnico
IDEALE
Lobi
secondari
Interferenza
RADAR
Un’interferenza molto comune per un radar è
quella causata da altri radar presenti nelle
vicinanze. Tra radar che hanno frequenze
portanti che differiscono di poco, può avvenire
l’interferenza. Le interferenze possono coprire
anche tutto lo schermo del PPI a prescindere
dalla direzione di puntamento dell’antenna, a
causa della vicinanza del radar interferente.
Possono influire sulla intensità dell’interferenza
anche i lobi secondari, la diffrazione delle
infrastrutture e la presenza di altre apparecchiature e.m. (emissione di armoniche o
segnali spuri nelle stesse bande di frequenza
occupate dai segnali impulsivi del radar). Se
l’interferenza è direttamente causata dalla
modulazione del segnale, si può escludere la
modulazione momentaneamente.
Radar con settore disturbato
Radar ingannato (uno solo
degli echi è quello reale)
Disturbo RADAR
Tutte le Marine Militari possiedono idonei
trasmettitori in grado di emettere un disturbo
continuo sulla stessa frequenza del radar
intercettato (DISTURBATORI) oppure di generare
falsi segnali di eco (INGANNATORI). Queste
operazioni vengono effettuate dopo che
particolari ricevitori radar (INTERCETTATORI)
sono stati in grado di apprezzare il valore della
radiofrequenza degli impulsi in arrivo ed il valore
della P.R.F. del radar da disturbare. Tutte le navi
militari inoltre possiedono sistemi di Guerra
Elettronica in grado di simulare di essere qualsiasi
nave riproducendo le caratteristiche del radar su
essa imbarcato. Se la nostra frequenza è molto
vicina a quella simulata, tutto il PPI verrebbe
oscurato.
I Radar che trasmettono su frequenze molto
elevate (banda X) sono maggiormente sensibili ai
fenomeni
meteorologici.
Nubi,
piovaschi,
stratificazioni atmosferiche, banchi di nebbia ed
altri fenomeni simili danno luogo ad echi radar.
Di solito tali echi sono abbastanza estesi, ma
meno intensi degli ehi di costa e quindi sono
facilmente riconoscibili. Solo piccole nubi e
fenomeni di piccola entità possono dare luogo ad
echi confondibili con bersagli reali.
L’onda e.m. del radar polarizzata circolarmente
viene riflessa da un bersaglio di forma cilindrica
(goccia di pioggia), come un’onda anch’essa
polarizzata circolarmente ma con senso di
rotazione opposto.
NOTA BENE
I radar “meteorologici” che hanno il
compito di trovare i piovaschi e
studiarne la tipologia, ovviamente
usano la polarizzazione per identificare
il fenomeno e non per eliminarlo
Clutter di
pioggia
Sfruttando questo fenomeno si può ridurre l’eco
delle gocce di pioggia (in quanto quasi sferiche)
e quindi distinguere un bersaglio all’interno di un
piovasco.
La polarizzazione circolare viene ottenuta grazie
all’inserimento di una particolare “LENTE
ELETTROMAGNETICA” davanti all’illuminatore
dell’antenna radar.
Pertanto se il radar irradia l’energia polarizzata
circolarmente in un certo senso, non riconoscerà i
segnali d’eco che gli giungono con polarizzazione
invertita.
Per un bersaglio all’interno del piovasco di varia
forma (nave, aereo, boa, costa, ecc….), l’eco
risultante si presenta in parte con polarizzazione
concorde (e viene visualizzato) ed in parte con
polarizzazione discorde a quella emessa.
Clutter di
Mare
Il Clutter di mare è causato dalla riflessione dell’energia e.m. sulle onde del mare in
vicinanza dell’antenna. Il gran numero di tali riflessioni genera una grande quantità di echi,
che in pratica saturano il PPI in tutta la zona circostante la posizione centrale. Le dimensioni
della zona saturata dagli echi di mare è funzione dello stato del mare e quindi della
estensione ed altezza delle onde. Normalmente tale zona risulta più estesa in corrispondenza
della direzione di provenienza delle onde. L’eco di un bersaglio all’interno della zona
soggetta a Clutter di mare, non risulterebbe più visibile (o meglio, non sarebbe
“discriminabile” rispetto al suo contorno).
Per ridurre il fenomeno in modo da poter discriminare l’eco di un bersaglio all’interno del
clutter viene utilizzato il filtro S.T.C. (Sensitivity Time Control). Il significato della sigla
(Controllo della sensibilità nel Tempo) deriva dal fatto che nel radar il “tempo” è
praticamente sinonimo di “distanza”, pertanto il significato della sigla potrebbe essere
espresso come: “Controllo della sensibilità in funzione della distanza”.
Senza S.T.C.
L’intensità del clutter di mare è elevata in prossimità del radar e decresce rapidamente con
l’aumentare della distanza, divenendo trascurabile per distanze comprese tra 1 e 5 miglia
nautiche (in funzione della frequenza, della direttività dell’antenna, della potenza emessa,
dello stato del mare, ecc…)
Con S.T.C.
Per ridurre gli effetti del “clutter di mare” con il dispositivo S.T.C.,
l’amplificazione del segnale di ingresso viene fatta variare nel tempo
con l’andamento indicato in figura, in modo da amplificare in
maniera ridotta gli echi ravvicinati ed aumentare gradualmente
l’amplificazione fino a raggiungere il valore normale di
amplificazione Ao per quelle distanze in cui il clutter di mare è
praticamente nullo.
Clutter di
Costa
Prima
Se ci si trova in presenza di echi di notevole profondità (isole, coste
caratterizzate dalla presenza di spiagge e non da scogliere, ecc..), la loro
rappresentazione radar potrebbe saturare il PPI o comunque risultare
fastidiosa per l’operatore. All’interno dell’amplificatore video (vecchi radar)
esiste un particolare circuito (F.T.C. Fast Time Costant) che ha lo scopo di
ridurre la profondità degli echi in fase di rappresentazione e quindi consente
la visualizzazione del solo fronte di salita dell’eco di ritorno. Nei radar più
moderni per risolvere lo stesso il problema è possibile ridurre la durata
dell’impulso (SHORT PULSE)
Dopo
Con il termine “angeli” si indicano tutti
gli echi che non sono dovuti a bersagli
appariscenti (costa, navi od aerei), né
sono provocati da disturbo o rumore.
Stormi di uccelli, sciami di insetti,
cetacei, bolle di aria calda (prodotte e
provenienti dal fondale). Tale tipo di
clutter (molto raro) potrebbe portare a
false interpretazioni ed errori.
Clutter degli
angeli
Altezza dell’Antenna
L’esperienza ha dimostrato che il radar fornisce le
sue migliori interpretazioni quando l’antenna è posta
ad una altezza compresa tra i 12 e I 20 metri s.l.m.
Per altezze maggiori aumenta la portata ma
aumenta pure il disturbo dovuto al clutter di mare;
per altezze minori il clutter di mare diminuisce ma
non si annulla, ma diminuisce la portata.
La scelta dell’altezza dell’antenna è frutto di un
compromesso, anche se per la maggior parte delle
volte è una scelta obbligata.
Un altro problema è dato dalla presenza di altre
antenne di altri apparati (radio, gps, etc…), che
devono trovarsi a debita distanza dall’antenna del
radar e, se possibile, al di sopra di essa, per non
causare delle interferenze.
Lo stesso discorso vale per due antenne radar di
banda differente, che si devono trovare necessariamente ad altezze diverse (antenna del radar in
banda S al di sopra dell’antenna del radar in banda X)
12m < h < 20m
GPS
Banda S
Banda X
Le sovrastrutture
Esistono delle strutture della nave che
si trovano alla stessa altezza dell’antenna
del radar. Esse possono generare dei
settori d’ombra sullo schermo del radar.
L’ampiezza dei settori dipende dalla
larghezza di tali ostacoli e dalla distanza
dagli stessi. Gli ostacoli di sezione
trasversale inferiore alla lunghezza
d’onda (determinata dalla durata
dell’impulso in trasmissione), non danno
luogo a settori veramente ciechi, essendo
superati per diffrazione, ma danno
comunque luogo ad una perdita di
nitidezza del rilevamento su quel settore.
È inoltre possibile che appaiano sullo
schermo anche dei falsi echi non
provenienti da un vero bersaglio ma da
strutture metalliche di bordo che
deflettono sull’antenna parte dell’energia
di ritorno dei vari bersagli, soprattutto da
navi vicine di grosse dimensioni.
Radar ben posizionato con poche
sovrastrutture di intralcio. L’altezza però è superiore ai 20 metri
(problema comune a molte navi
mercantili)
Tale tipo di portacontainer ha due radar di
scoperta posizionati uno a prua ed uno a poppa.
Per le basse distanze ed in mancanza di visibilità
può montare anche il radar doppler. Ci sono
evidenti problemi di sovrastrutture risolti
mettendo più di un radar
EFFETTI DELLE SOVRASTRUTTURE
La capacità di scoperta di un radar
dipende, a parità di tutti i parametri
illustrati precedentemente, dalla
scelta del luogo di installazione a
bordo. Infatti, fatta eccezione della
testa d’albero più alta, in qualsiasi
altra posizione venga messo il radar,
questo, nel suo moto di rotazione, si
troverà comunque ad illuminare
parte delle sovrastrutture. Di
conseguenza il diagramma di
copertura del radar, anziché essere
completamente circolare, presenterà
alcuni settori in cui la radiazione
risulterà più o meno attenuata. A
causa delle riflessioni multiple sulle
strutture e dei fenomeni di
diffrazione,
il
diagramma
di
copertura
spesso
si
presenta
sensibilmente frastagliato.
Le sovrastrutture
Diagramma di copertura di un radar
Le sovrastrutture
CLUTTER DOVUTO ALLE
INFRASTRUTTURE
Anche le superfici della propria unità
possono dar luogo, purché a
determinate distanze dall’antenna, ad
echi osservabili sullo schermo del radar.
Tali echi compaiono in posizione fissa
rispetto alla prora della nave.
In alcuni casi la vicinanza con una
sovrastruttura
riflettente
(erroneo
posizionamento del radar) provoca la
ripetizione dell’eco del bersaglio su un
differente rilevamento da quello di
origine, dovuta alla riflessione della
suddetta sovrastruttura.
Bersaglio
riflesso
Bersaglio
reale
bersaglio
sovrastruttura
antenna
Nella figura compare un bersaglio multiplo
generato da un oggetto posto alla stessa altezza
dell'antenna che riflette l'eco di ritorno e la fa
arrivare all'antenna da un'altra direzione
(ovviamente c’è un leggerissimo ritardo nella
visualizzazione dell’immagine riflessa)
La portata minima geometrica è determinata, in
corrispondenza ad una quota dell’antenna “h”,
dall’apertura del fascio di irradiazione (a) posto
al di sotto della linea di mira (detta anche “Asse
del fascio”). Per uno dei teoremi sui triangoli
rettangoli, derivanti dalla trigonometria piana, il
valore della portata minima strumentale
geometrica è…..
La portata minima
geometrica
sen a
dm1 = h / tg a
a
cos a
tg a = sen a / cos a
Linea di mira (Asse del fascio)
a
tg a = h / dm1
dm1 = h / tg a
h
a
Portata minima geometrica (dm1)
Esempio: se a = 20° e h = 16 m la portata minima geometrica è uguale a: 43,9 metri
La portata minima geometrica
1) CONSIDERAZIONE IMPORTANTISSIMA
La portata minima geometrica dipende dall’altezza
dell’antenna del radar. Quindi se si conoscono la
lunghezza della nave e il bordo libero, si deve scegliere la
opportuna altezza dell’antenna perché il settore
geometrico cieco sotto la prua sia adeguatamente
piccolo (bisogna tener conto che una altezza eccessiva
dell’antenna aumenta l’effetto del clutter di mare, come
descritto nelle lastrine precedenti).
2) CONSIDERAZIONE IMPORTANTISSIMA
La portata minima geometrica DEVE essere confrontata con
la “distanza cieca” detta dm2 (LASTRINA 12) che dipende
esclusivamente dalla durata dell’impulso in trasmissione (t).
La Portata minima strumentale effettiva è la MAGGIORE
tra le due distanze.
Con l’adozione di impulsi di durata inferiore a 0,2 msec e di
duplexer ad alta velocità di commutazione, dm2 risulta
inferiore ai 30 m e quindi la quota h della postazione
dell’antenna va scelta in modo che risulti
dm1< dm2
Radar di manovra
Radar di scoperta
Per durate dell’impulso pari a 1 msec le due portate minime
spesso coincidono. La scelta dell’altezza dell’antenna è, il più
delle volte, obbligata dall’altezza del cassero/ponte di
comando, per cui la portata minima strumentale
geometrica non è inferiore alla portata minima strumentale
effettiva, che genera una zona cieca sotto la prora. Volendo
migliorare la visibilità in questo importante e delicato
settore di guardia, basterà abbassare l’altezza dell’antenna,
portarla sull’estremità della prora ed impiegare un’elevata
frequenza di ripetizione dell’impulso. Ciò avviene con dei
radar particolari, le cui antenne sono montate a prora e a
poppa estrema, quasi all’altezza della coperta, e che
vengono impiegati in acque ristrette o nelle manovre di
attracco (spesso sono radar DOPPLER), quando è necessario
conoscere perfettamente cosa c’è intorno alla nave
(soprattutto in caso di Portacontainers, dove la presenza del
carico aumenta la zona d’ombra)
EFFETTI DELLA RIFRAZIONE DELL’ATMOSFERA SUL LOBO RADAR
(Obiettivo del radar: SCOPERTA BERSAGLI NAVALI)
RIFRAZIONE STANDARD
RIFRAZIONE SUB - STANDARD
RIFRAZIONE SUPER - STANDARD
RIFRAZIONE EXTRA SUPER - STANDARD
90 Km
Nell’esempio (e nelle prossime lastrine) si considera un radar in
Banda “X” posizionato ad una altezza di 20 metri
EFFETTI DELLA RIFRAZIONE DELL’ATMOSFERA SUL LOBO RADAR
(Obiettivo del radar: SCOPERTA BERSAGLI NAVALI)
RIFRAZIONE STANDARD
• Pressione 1013 Hpa
• Temperatura 15°C
• Umidità relativa 60%
EFFETTI DELLA RIFRAZIONE DELL’ATMOSFERA SUL LOBO RADAR
(Obiettivo del radar: SCOPERTA BERSAGLI NAVALI)
RIFRAZIONE SUB – STANDARD
DOVE SI VERIFICA?
• Rapido decremento della temperatura
con l’aumentare della quota
• Aumento dell’umidità relativa con la
quota
• Brezza moderata
• Aria molto umida e fredda
• Evaporazione nulla
• Fattore critico: differenza di
temperatura terra/mare (mare
relativamente caldo e terre fredde)
• Regioni polari
• Grand Banks, con la Corrente del Golfo
associata a venti settentrionali
• Mari ad Est del Giappone in Inverno
• Mare Mediterraneo in Inverno
DI SOLITO È ASSOCIATA A CONDIZIONI
DI CATTIVO TEMPO, IN ZONE DI
BASSA PRESSIONE: PROPRIO
QUANDO IL RADAR SERVE!!!!
Diminuzione della portata massima, circa
l’80% di quella standard
EFFETTI DELLA RIFRAZIONE DELL’ATMOSFERA SUL LOBO RADAR
(Obiettivo del radar: SCOPERTA BERSAGLI NAVALI)
RIFRAZIONE SUPER – STANDARD
DOVE SI VERIFICA?
• Rapido aumento della temperatura
con l’aumentare della quota
• Rapido decremento dell’umidità
relativa con la quota
• Brezza moderata
• Aria calda e secca
• Evaporazione
• Mare relativamente freddo (rispetto
alla terra)
•
•
•
•
•
Aumento della portata massima (circa il
40% in più di quella standard)
Tutti i mari delle rotte commerciali
Mari Tropicali
Mar Rosso
Golfo Persico
Mare Mediterraneo in Estate
EFFETTI DELLA RIFRAZIONE DELL’ATMOSFERA SUL LOBO RADAR
(Obiettivo del radar: SCOPERTA BERSAGLI NAVALI)
RIFRAZIONE EXTRA SUPER – STANDARD
DOVE SI VERIFICA?
• Presenza di un’inversione della temperatura
atmosferica (strato di aria fedda sotto strato
di aria più umida e secca) ad un’altezza di
circa 30 metri sul mare
• Umidità relativa in forte diminuzione con la
quota
PROVOCA LA CONCENTRAZIONE DI ENERGIA
A GRANDE DISTANZA CHE, IN ALTRE
SITUAZIONI, ANDREBBE DISPERSA
• Mar Rosso
• Golfo Persico
• Mare Mediterraneo in Estate con venti
meridionali
• West Africa in prossimità delle Canarie
Aumento notevole della portata
massima dovuto ad un effetto di tipo
“guida d’onda”
PRESENZA DI ECHI DI SECONDA TRACCIA!!
90 Km