Radar marítimo en bandas X y S

Modelo, supuestos y simplificaciones del simulador. Para preparar la clase y saber hasta dónde fiarse de los números.

Una sola escena (barco propio parado en el centro, proa arriba, rumbo norte) vista de tres formas: la explicación física con las dos bandas lado a lado, la pantalla del operador con práctica de marcar blancos y la escena en 3D.

Instalación (valores por defecto y márgenes)

Banda X: 9,41 GHz, λ 3,2 cm. Banda S: 3,05 GHz, λ 9,8 cm.
Antena de 1,2 m en las dos bandas (X de 0,6 a 2,4 m; S de 1,2 a 3,9 m). Potencia de pico 6 kW (2 a 30). Altura de antena 6 m (3 a 30).
Antena de guía ranurada: haz horizontal θ = 70·λ/D grados, haz vertical 22°, ganancia G = 26000/(θh·θv). Con 1,2 m: 1,9° y 28,0 dB en X; 5,7° y 23,1 dB en S.
Impulsos: corto 0,08 µs a 2100 Hz, medio 0,3 µs a 1200 Hz, largo 0,8 µs a 600 Hz. Resolución en distancia c·τ/2 (12, 45 y 120 m). Distancia mínima c·τ/2 + 20 m.
Antena a 24 rpm. Escalas de 0,75 a 24 NM.

Modelo físico

Rejilla de 900 demoras por 256 distancias, recalculada con cada vuelta de antena.
Ecuación radar: Pr = Pt·G²·λ²·σ / ((4π)³·R⁴·L), con L = 6 dB. El eco se ensancha en demora con el diagrama del haz y en distancia con c·τ/2, y fluctúa de una vuelta a otra.
Ruido: N = k·T·B·F, con B = 1,2/τ y F = 5 dB (−97, −103 y −107 dBm según el impulso).
Horizonte: 2,21·(√h antena + √h blanco) millas. Pasado el horizonte el eco cae 40 dB en un 10 % más de distancia.
Retorno de mar: σ⁰ de −42 dB (X) y −50 dB (S) con marejada y 1° de incidencia; +5 dB por grado Douglas; proporcional al ángulo de incidencia; ±4 dB (X) o ±3 dB (S) entre barlovento y sotavento; caída rápida a partir de R = 12·h antena·h ola/λ. Superficie iluminada R·θ·c·τ/2. Los valores están ajustados para que el comportamiento se parezca al real, no para predecir medidas.
Lluvia: η = π⁵·0,93·200·r^1,6/λ⁴ (Marshall-Palmer) por el volumen del impulso, con lluvia hasta 3000 m. Atenuación k = a·r^b dB/km: a = 0,010 y b = 1,27 en X; a = 0,00014 y b = 1,23 en S. A igual volumen, el eco de lluvia en X es unas 91 veces (19,6 dB) el de S.
Costa: eco proporcional a la superficie iluminada (σ⁰ de −18 dB en X y −21 dB en S), más fuerte en el frente. La altura del terreno crece hacia el interior y solo se pinta lo que queda sobre el horizonte, de modo que una costa baja aparece más lejos de lo que está.
Receptor: filtro de mar de 0,8·mando dB a 50 m que disminuye 40 dB por década; filtro de lluvia que resta la media de las celdas anteriores en la misma demora; umbral 6 dB sobre el ruido con la ganancia en 60 y 0,5 dB por punto; margen de pantalla de 25 dB.

Blancos (sección radar y altura)

Boya con reflector: 10 m² en X y 1,05 m² en S (triedro, σ = 4π·a⁴/(3·λ²)), 3 m.
Boya sin reflector: 1 m², 2 m. Bote de madera de 5 m: 0,8 m², 1 m.
Pesquero de 12 m: 30 m², 4 m. Atunero de 26 m: 200 m², 9 m. Mercante de 150 m: 10 000 m², 25 m, repartido en cinco puntos.
Bandada de pájaros: 0,3 m², 20 m, cambia de sitio en cada vuelta.
Racon: 1 W, responde en las dos bandas con la letra K y calla dos vueltas de cada seis. Señal de solo ida (1/R²).
SART: 0,4 W, solo en banda X, doce puntos cada 0,64 NM que se abren en arcos a menos de una milla.

Situaciones predefinidas

Calma: mar rizada, todos los blancos, costa al norte con racon en la punta.
Mar gruesa: Douglas 5 con viento del W; los blancos pequeños quedan dentro del retorno de mar.
Chubasco: 25 mm/h al 125° y a 3,4 NM, con un atunero y un pesquero dentro y un mercante detrás.
Bote pequeño cerca: fuerte marejada, escala de 1,5 NM, un bote auxiliar a 65 m (solo visible con impulso corto).
Recalada: costa baja con montes detrás a unas 15 NM, racon en la entrada, impulso largo y escala de 24 NM.
SART: respondedor al 285° y a 4,2 NM.

Diagnóstico de la práctica

Para cada blanco se compara su eco medio con el fondo (mar, lluvia y ruido) después de los filtros y la ganancia: claro, dudoso o no se ve, con el motivo (bajo el horizonte, dentro de la distancia mínima, tapado por el mar o la lluvia, borrado por un filtro, bajo el umbral o pantalla saturada). Las marcas que no caen sobre un blanco se clasifican como costa, lluvia, retorno de mar o ruido.

Escena en 3D

Las distancias van a escala; los barcos y las alturas están exagerados para que se vean. El haz tiene su ancho real en cada banda, y cuando pasa por un blanco que el radar detecta sale un destello y un punto de luz vuelve a la antena.

Lo que no se modela

Reflexión en la superficie del mar (lóbulos verticales), conductos atmosféricos, lóbulos laterales, ecos falsos e indirectos, interferencias de otros radares, polarización circular, movimiento de los blancos y del barco propio, ARPA.