Radar
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Radar
STORIA:
Il termine radar, usato per la prima volta dagli Alleati durante la seconda guerra mondiale, deriva dall'espressione inglese Radio Detection And Ranging (rivelazione e misurazione di distanza per mezzo di onde radio).è un sistema elettronico che è in grado di localizzare oggetti e determinare distanza, velocità,,forma e dimensioni , sfruttando le proprietà di propagazione delle onde radio.
Nato come dispositivo bellico, oggi il radar trova innumerevoli impieghi in ambiti civili, nella navigazione, nel controllo del traffico aereo, in meteorologia e nel campo dell'esplorazione spaziale, nel controllo della velocità degli autoveicoli e nel telerilevamento della superficie terrestre.
Tutti i sistemi radar impiegano un radiotrasmettitore ad alta frequenza che emette fasci di onde elettromagnetiche di lunghezza d'onda compresa tra pochi centimetri e 1 m circa. Le onde prodotte si propagano fino a colpire l'oggetto, da cui vengono parzialmente riflesse. Il fascio di onde riflesse ripercorre il cammino di andata e raggiunge la stazione, dove viene rivelato e misurato. Il funzionamento del radar si basa sulle leggi della riflessione della radiazione elettromagnetica, ovvero sulle equazioni che regolano il comportamento delle onde, enunciate nel 1864 da James Clerk Maxwell e confermate nel 1886 dagli esperimenti di Heinrich Hertz. Fu l'ingegnere tedesco Christian Hülsmeyer il primo a proporre l'uso degli echi radio per evitare collisioni nella navigazione marittima, mettendo a punto un radiolocalizzatore che brevettò nel 1904; in seguito, un dispositivo basato sul principio della localizzazione a mezzo di onde corte venne suggerito da Guglielmo Marconi nel 1922. Il primo esperimento riuscito di radiorilevamento a distanza venne effettuato due anni dopo, nel 1924, quando Edward Victor Appleton usò echi radio per determinare l'altitudine della ionosfera, lo strato ionizzato dell'alta atmosfera che riflette le radioonde più lunghe. L'anno seguente gli statunitensi Gregory Breit e Merle Antony Tuve misurarono, indipendentemente l'uno dall'altro, l'altitudine della ionosfera, e ottennero gli stessi valori sfruttando la tecnica a impulsi radio che successivamente sarebbe stata adottata nella maggior parte dei sistemi radar.
Nel 1935 il fisico britannico Robert Watson-Watt, del Dipartimento Radio del National physical laboratory. realizzò il primo sistema radar in grado di localizzare aerei nemici. Il sistema basato su impulsi radio, venne subito adottato e fu il primo sistema di difesa antiaerea britannico. Anche presso il Naval research laboratory degli Stati Uniti si procedeva a studi su sistemi di rivelazione aerea a mezzo di onde radio. Nel 1939, due scienziati britannici, il fisico Henry Boot e il biofisico John T. Randall, furono artefici del più importante progresso raggiunto nella tecnologia del radar durante la seconda guerra mondiale, con l'invenzione del tubo elettronico detto "magnetron a cavità risonante".
Il dispositivo, capace di generare potentissimi impulsi radio ad alta frequenza, permise lo sviluppo del radar a microonde, che opera con onde di lunghezza d'onda inferiore a 1 cm, prodotte da strumenti laser. Il radar a microonde, chiamato anche "lidar" (Light Detection And Ranging, rivelazione e misurazione di distanza per mezzo di luce), è oggi usato per le comunicazioni e per la misurazione dell'inquinamento atmosferico.
Gli avanzati sistemi radar realizzati dai britannici negli anni Trenta svolsero un ruolo fondamentale nel corso della seconda guerra mondiale, in particolare nella battaglia d'Inghilterra, protrattasi dall'agosto all'ottobre del 1940. Gli inglesi avevano già dotato sia le loro navi che le coste dell'isola di numerosi sistemi radar antiaerei, che impedirono all'aviazione di Adolf Hitler di conquistare il controllo dei cieli inglesi. I belligeranti ricorsero spesso anche al sabotaggio dei sistemi radar nemici, attraverso interferenze appositamente prodotte. Il cosiddetto disturbo (jamming) del radar nemico veniva provocato essenzialmente per due vie: per via elettronica, ovvero attraverso la trasmissione su frequenze che interferivano con i ricevitori del nemico, o per via meccanica, attraverso la dispersione di oggetti come ad esempio foglietti d'alluminio (windows) lche producevano echi interferendo con la localizzazione dei bersagli strategici.
FUNZIONAMENTO:
Un apparecchio radar è formato da un trasmettitore, un'antenna, un ricevitore e un indicatore. Il trasmettitore invia le radioonde per mezzo di un'antenna direzionale, che le concentra in un fascio puntato nella direzione desiderata. Quando il fascio colpisce un oggetto, viene riflesso sotto forma di eco; il fascio riflesso ripercorre il cammino di andata in direzione del trasmettitore e viene rivelato dall'antenna del ricevitore. Mediante un procedimento di amplificazione ed elaborazione computerizzata dell'eco, il ricevitore radar produce infine un segnale visivo su uno schermo. Detto t il tempo misurato tra l'istante di emissione del segnale e la ricezione dell'eco e v la velocità di propagazione delle onde (come tutte le componenti dello spettro elettromagnetico, la velocità delle radioonde nel vuoto è di circa 300.000 km/s), la distanza d tra l'oggetto e la stazione radar è d = vt/2.
Un trasmettitore radar deve essere in grado di emettere fasci di notevole intensità, affinché gli effetti di assorbimento che hanno luogo durante la propagazione e al momento della riflessione non riducano l'intensità del segnale a livelli non rivelabile. In generale, l'intensità dell'eco può scendere a un miliardesimo di miliardesimo di quella del segnale trasmesso. Il rilevamento di un'eco così tenue, in presenza del fortissimo segnale di ricerca, pone un problema tecnico solitamente risolto con il sistema a impulsi. Il trasmettitore emette le radioonde a impulsi della durata variabile fra 0,1 e 5 microsecondi, intervallati da periodi di alcune centinaia o migliaia di microsecondi di "silenzio". Per evitare interferenze tra il segnale trasmesso e l'eco, durante l'emissione dell'impulso viene isolato il ricevitore e, tra un impulso e l'altro, viene scollegato il trasmettitore.
IL RADAR DOPPLER:
E’ un radar a onde persistenti che sfrutta l'effetto Doppler per misurare la velocità di oggetti in movimento. Dal trasmettitore partono radioonde di frequenza nota, che l'oggetto in movimento riflette a frequenza diversa. Dal confronto tra la frequenza dell'eco e quella del segnale trasmesso, è possibile risalire alla velocità del corpo rispetto alla stazione di rilevamento. Per rilevare solo gli oggetti in movimento, il ricevitore radar viene regolato in modo da respingere gli echi che hanno la medesima frequenza del trasmettitore e amplificare quelli di frequenza diversa. Apparecchi di questo tipo consentono, ad esempio, di individuare veicoli in movimento nell'oscurità, e scopo sono impiegati dalla polizia stradale per misurare la velocità delle autovetture.
I RADAR A MODULAZIONE DI FREQUENZA (FM):
Sono più precisi di quelli a impulsi ma di portata minore (la portata indica la distanza massima a cui il radar è in grado di rilevare un corpo), trasmettono un segnale continuo di frequenza uniformemente variabile. Nel lasso di tempo necessario perché un segnale venga trasmesso, riflesso e ricevuto, la frequenza di trasmissione cambia. La differenza tra la frequenza dell'eco e quella del trasmettitore nell'istante della ricezione viene poi misurata e convertita nella distanza fra oggetto e trasmettitore.
IL RADIOFARO:
Il radiofaro, chiamato anche radar radiogoniometrico o transponder, è un radar secondario che emette un impulso ogniqualvolta ne riceve uno emesso da un trasmettitore estraneo, detto interrogatore. Ha una portata di gran lunga maggiore rispetto ai sistemi primari, perché l'impulso trasmesso, anche se poco potente, è sempre molto più intenso dell'eco. Il tipo più semplice di radiofaro emette quasi istantaneamente un singolo impulso della stessa frequenza di quello ricevuto, agendo così come una forte eco. In altri casi il radiofaro può rispondere su una frequenza differente, oppure con un ritardo calibrato, in modo da sembrare più lontano dall'interrogatore di quanto sia realmente. Un tale ritardo viene introdoto appositamente nei sistemi di atterraggio strumentale, per essere in grado di valutare direttamente la distanza dalla pista anziché dal radiofaro stesso. Il radiofaro può essere progettato in modo da rispondere solo ad impulsi di una banda di frequenza molto stretta, o di larghezza limitata, o in modo da rimandare una risposta codificata, comprensibile soltanto al navigatore.
IMMAGINE RADAR DA SATELLITE E RADAR METEO:
le immagini radar fornite dai satelliti sono strumenti preziosi per i meteorologi , che ne traggono preziose informazioni sulla situazione atmosferica su larga scala.
Il radar meteorologico rappresenta l'ultimissima tecnologia, oltre alle immagini satellitari, e a mappe di previsione di tutti i tipi, gli esperti meteo da pochi anni hanno a loro disposizione anche questo nuovo strumento, che in parole povere ci permette di valutare lo spostamento di una perturbazione e sopratutto ci permette una valutazione abbastanza fedele, dei suoi effetti in termini precipitativi.
E’ uno strumento di misura delle idrometeore presenti in atmosfera. Il radar esegue il campionamento dei bersagli meteorologici utilizzando l’energia riflessa delle onde elettromagnetiche emesse periodicamente da un trasmettitore. Operativamente un radar realizza il monitoraggio di un volume atmosferico fino a 250 km di distanza e 10 km di altezza dal suolo in pochi minuti.L’analisi della riflettività vicino al suolo consente di effettuare la stima della precipitazione su un’area di circa 100 km di raggio, con risoluzioni areali dell’ordine di 1 kmq. Sono costruite su una base geografica in cui i toni di grigio rappresentano altezze diverse del terreno (toni chiari corrispondono ad altitudini maggiori. Ai valori di riflettività si sono associare valori approssimati di intensità di precipitazione (mm/hr).
LE ANTENNE:
Le antenne dei radar sono costituite generalmente da ampie superfici paraboliche che possono ruotare in direzione della porzione di cielo o di mare da esplorare. Una caratteristica necessaria al buon funzionamento di un'antenna radar è la direzionalità, vale a dire la capacità di emettere fasci stretti e molto ben collimati. La larghezza del fascio prodotto è direttamente proporzionale alla lunghezza d'onda della radiazione e inversamente proporzionale all'ampiezza dell'antenna, il che implica che le antenne migliori sono quelle di grandi dimensioni. Nelle unità radar mobili, l'impossibilità di adoperare antenne di grandi dimensioni favorisce l'adozione dei radar a microonde, che sono caratterizzati tra l'altro da una minore suscettibilità al rumore e da una migliore risoluzione. Il movimento del fascio radar si ottiene con un movimento periodico dell'antenna, detto scansione; la forma più semplice di scansione comporta la rotazione lenta e continua dell'antenna.
I RICEVITORI:
Un ricevitore ideale deve poter amplificare e misurare segnali estremamente deboli ad altissima frequenza (dell'ordine dei 1000 MHz). Dal momento che non è stato ancora inventato un amplificatore mobile che possa svolgere in modo soddisfacente questa funzione, prima di essere amplificato, il segnale captato dall'antenna viene convertito a una frequenza minore, di circa 30 MHz. L'altissima frequenza del segnale radar richiede inoltre un oscillatore e un miscelatore molto più precisi di quelli usati nei comuni radioricevitori: per questo sono stati ideati circuiti speciali, che impiegano come oscillatori potentissimi tubi a microonde chiamati klystron. Il segnale così amplificato viene quindi inviato a un computer.
I VISUALIZZATORI:
I visualizzatori radar più semplici sono costituiti da tubi a raggi catodici, in cui il segnale viene rappresentato con un punto luminoso mobile sullo schermo. Se l'antenna è fissa, il punto luminoso si muove rettilineamente; se l'antenna ruota a 360° con velocità costante, la traccia luminosa, con regolarità, descrive un cerchio sullo schermo che indica la regione entro la quale è possible individuare gli oggetti. I moderni visualizzatori radar assomigliano alla presentazione grafica di un complesso videogioco: localizzazione, velocità e posizione del bersaglio vengono visualizzati su carte geografiche dettagliate. Alcuni radar spaziali e aerei, rilevando gli echi prodotti dal suolo, permettono tra l'altro di ottenere mappe molto precise della morfologia del terreno.
CAMPI DI APPLICAZIONE:
Il radar è utilizzato dalla navigazione aerea a da quella marittima, è largamente usato per il controllo del traffico aereo in prossimità degli aeroporti e per il controllo dell’avvicinamento a terra degli aerei. A bordo sono utilizzati radioaltimetri, che determinano l’altezza dell’aereo,e radar meteorologici per segnalare ai piloti gravi perturbazioni atmosferiche.
Sulle navi il radar è usato per la navigazione con scarsa visibilità o con cattivo tempo, mentre la rilevazione di uragani e la sorveglianza della navigazione a grandi distanze sono affidate a radar installati lungo le coste.
L’uso dei radar a effetto doppler da parte della Polizia Stradale per la misurazione della velocità dei veicoli.
In campo militare il radar è usato per la sorveglianza di potenziali bersagli nemici e i radar installati su missili.
L’utilizzazione del radar in campo scientifico ha aumentato notevolmente la conoscenze meteorologiche, permettendo lo studio del vento ad alta quota e la determinazione delle zone di precipitazione.
L’ utilizzo del radar nell’esplorazione del sistema solare ha ottenuto straordinari risultati nella definizione di una carta topografica di Venere e nella guida delle sonde interplanetarie.
Le tecniche di rilevamento topografico con radar a visione laterale permettono riprese il cui risultato è costituito da immagini dettagliatissime.
Relazione di Matteucci Enrico
Bibliografia:
Enciclopedia Rizzoli Larousse
Enciclopedia Encarta
Enciclopedia Omnia
Enciclopedia cartacea DeAgostini
Fonte: http://82.104.121.96/nobel/radar.doc
Autore del testo: Matteucci Enrico
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