Fundamentos Radar

Radar de diversidad de frecuencia

Para resolver parcialmente el problema de la fluctuación del tamaño del objetivo, muchos radares utilizan dos (o más) frecuencias de iluminación. La diversidad de frecuencias se consigue habitualmente utilizando dos transmisores que funcionan en tándem para iluminar el objetivo con dos señales de frecuencia diferentes, como se muestra en la figura siguiente.

Las señales reflejadas pueden procesarse por separado en el receptor para garantizar la coherencia. Además de la ganancia de 3 dB derivada del uso de dos transmisores en paralelo, el funcionamiento en dos frecuencias distintas mejora el rendimiento del radar (normalmente en unos 2,8 dB).

Gracias a la transmisión multifrecuencia, es posible ampliar considerablemente el alcance de la detección, con una probabilidad de detección y una tasa de falsas alarmas constantes. Es decir, si se consideran dos equipos de radar que se benefician de la misma probabilidad de detección y de una tasa idéntica de falsas alarmas, el sistema que tenga la capacidad de emitir en varias frecuencias tendrá el mayor alcance máximo. La base física de este fenómeno es el „suavizado” de las complejas fluctuaciones de la sección transversal de los ecos del radar. Dado que los valores extremos (mínimos y máximos) no aparecen al mismo tiempo en las diferentes frecuencias transmitidas (es decir, en una „ubicación” diferente en cada patrón radiado), las fluctuaciones de fase opuestas se anulan entre sí.

Cuando la señal devuelta en la primera frecuencia alcanza un máximo, la de la otra frecuencia suele estar en un mínimo. La suma de las dos señales no degrada el valor medio de la amplitud de cada señal; permite obtener una señal „suavizada”, con variaciones de amplitud reducidas. El tratamiento independiente de cada frecuencia en el extremo receptor permite, según el mismo principio, mejorar la relación „señal-ruido”. Si el nivel mínimo de energía reflejada para detectar un objetivo sólo se alcanza (y se supera) en una de las frecuencias, la correlación de las dos señales recibidas permitirá validar la presencia del objetivo, mientras que el nivel medio de ruido, limitado por las cancelaciones de desplazamiento de fase, no aumentará en las mismas proporciones que la señal útil. Por lo tanto, el alcance de la detección aumenta. El inconveniente de esta técnica es que, desde el punto de vista militar, las dos señales generan espectros diferentes y, por tanto, aumentan el riesgo de detección del radar por parte de los equipos de interceptación del enemigo.

La emisión multifrecuencia es utilizada por los radares mediante el uso de una de las siguientes técnicas:

1. Emisión simultánea de varios pulsos de diferentes frecuencias, que puede lograrse en su forma más simple mediante el uso de varios transmisores (cada uno con su receptor asociado) que operan en concierto pero en diferentes frecuencias.
    
2. La transmisión de una serie de señales sucesivas, cada una con su propia frecuencia. La frecuencia portadora de la señal transmitida puede entonces variar:
   • de un pulso a otro (por ejemplo, la agilidad de la frecuencia),
   • dentro de un pulso formado por „subpulsos” pegados entre sí (por ejemplo, diversidad de frecuencias),
   • de un grupo de pulsos a otro (lo que sólo es posible a altas tasas de repetición de pulsos).
   También se utilizan combinaciones de varios métodos.

Por ejemplo, el radar de control del tráfico aéreo ASR-910 genera una señal multifrecuencia en forma de dos pulsos (uno en cada frecuencia) que se suceden en un tiempo muy corto (diversidad de frecuencia). El radar de defensa aérea RRP-117 también genera dos frecuencias diferentes y utiliza la compresión de pulsos. (Sin embargo, dado que los espectros de las frecuencias transmitidas se solapan en la compresión de impulsos, hay que tener en cuenta otras reglas).

La transmisión sucesiva de varias señales tiene las siguientes ventajas sobre la transmisión simultánea:

• las señales transmitidas no interfieren entre sí,
• las condiciones de gestión de la potencia de la señal son más favorables y sólo se puede utilizar un transmisor,
• la construcción de los transmisores y la antena es relativamente sencilla.

Una ventaja importante de la transmisión multifrecuencia simultánea (diversidad) es su gran resistencia a las interferencias. Esto se debe al tratamiento „individual” de cada señal (es decir, de cada frecuencia) en un canal de recepción específico. La adición lineal de los componentes de la señal aumenta la probabilidad de detección del objetivo y, en menor medida, la resistencia a las interferencias. La solución de la multiplicación de la amplitud permite aumentar la capacidad antiinterferente en lugar de aumentar la probabilidad de detección.

La razón más común que se aduce para justificar la necesidad de trabajar en dos frecuencias diferentes con dos transmisores (caso del ASR-910) es la redundancia („En el peor de los casos, cuando uno de mis transmisores falla, ¡todavía tengo el otro!”). El alcance máximo de detección se reduce entonces al 70%[1] del alcance máximo del sistema cuando ambos transmisores están funcionando. El fenómeno suele ser percibido inmediatamente por el controlador aéreo, aunque en algunos casos su origen es de otra naturaleza…

1. Cuarta raíz de las pérdidas de 3dB (la mitad de la potencia transmitida) más 2 a 2,8 dB de pérdidas adicionales por problemas de fluctuación de objetivos.