Componentes básicos de los sistemas de radar y sus principios
I. Configuración del sistema de radar
Con el continuo desarrollo de la tecnología moderna, no dejan de surgir nuevos instrumentos y equipos de navegación basados en plataformas informáticas. Estos nuevos equipos permiten la integración de datos y el intercambio de información con los radares de navegación. Los sistemas electrónicos de determinación de la posición (Electronic Position Fixing System, EPFS), que suelen utilizar GPS, Beidou o GLONASS, proporcionan al radar datos de referencia sobre la posición del buque y la hora. Los equipos de medición de la velocidad y la distancia recorrida (Speed and Distance Measuring Equipment, SDME), que suelen ser contadores de millas, proporcionan al radar la velocidad del buque. El AIS proporciona al radar información de identificación de objetivos, incluyendo datos de identificación de buques, datos dinámicos y datos de balizas, entre otros. Los dispositivos de transmisión del rumbo (Transmitting Heading Devices, THD), como los giroscopios, proporcionan al radar el rumbo del buque. Las cartas náuticas electrónicas (Electronic Navigational Chart, ENC) u otros sistemas de cartas náuticas vectoriales proporcionan al radar los datos cartográficos. El radar envía las imágenes y los datos de seguimiento de los objetivos al registrador de datos de travesía (Voyage Data Recorder, VDR) para su almacenamiento y registro. Otros sensores, como el sistema de alarma de guardia del puente de mando, también pueden conectarse al radar, formando conjuntamente un sistema de información de navegación multifuncional, multitarea y de alta precisión.
Según su configuración, los equipos de radar básicos se pueden clasificar en radares de montaje bajo el mástil (conocidos comúnmente como «de tres unidades») y radares de montaje sobre el mástil (conocidos comúnmente como «de dos unidades»). El cuerpo principal de los radares de montaje bajo el mástil se divide en tres cajas: la antena, el transceptor y el monitor. De ellos, la antena se instala en el mástil principal o en el mástil del radar, el monitor se instala en la cabina de mando y el transceptor suele instalarse en la sala de cartas o en un compartimento de equipos cercano a la cabina de mando. Si el transceptor y la base de la antena forman una sola unidad y se instalan en el mástil, se denomina radar de mástil. El radar de montaje bajo el mástil facilita el mantenimiento y se utiliza con mayor frecuencia en buques de gran tamaño, además de que su potencia de emisión suele ser mayor. Los buques de tamaño pequeño y mediano suelen emplear la configuración de montaje sobre el mástil; esta configuración presenta una potencia de emisión más baja y un menor coste de equipamiento, pero su mantenimiento resulta relativamente más complicado.
La estructura de un sistema de radar marítimo es bastante compleja y puede dividirse en las siguientes partes: unidad de antena, unidad de transmisión y recepción, unidad de procesamiento, unidad de visualización, unidad de control y fuente de alimentación, entre otras. Desde el punto de vista funcional, la unidad de transmisión y recepción puede subdividirse en cuatro partes: temporizador, sistema de transmisión, sistema de recepción y duplexor. La figura 1-1-1 muestra la composición del sistema de un modelo de radar de Furuno.
Figura 1-1-1: Estructura del sistema de un modelo de radar de Furuno
II. Temporizador y sistema de emisión del radar
(1) Temporizador
El temporizador, también conocido como generador de impulsos de disparo, tiene la función de generar impulsos de disparo y coordinar el funcionamiento de los distintos componentes del radar. El circuito de disparo genera los distintos tipos de señales de sincronización que necesita el transceptor. Los radares modernos utilizan un oscilador de cristal de alta estabilidad como fuente de oscilación; tras el divisor de frecuencia, se emiten impulsos de nivel TTL con una frecuencia comprendida entre 0,5 y 4 kHz, cuyo flanco ascendente sirve como señal de tiempo de referencia para el funcionamiento del radar. La frecuencia de repetición de los impulsos de emisión del radar viene determinada por la frecuencia de repetición de los impulsos de disparo. El circuito de disparo emite múltiples señales de disparo que se envían respectivamente a los componentes del radar, como el sistema de transmisión, el monitor y el monitor de rendimiento. Cuando se conectan al radar dispositivos como el ECDIS o el VDR, los impulsos de disparo también se envían a dichos dispositivos como señales de sincronización.
Una vez que el operador haya conectado la alimentación del radar, deberá encender el interruptor de encendido situado en el panel del monitor. Tras un precalentamiento de 3 minutos, el operador pulsará el botón de control de emisión y el sistema de emisión del radar comenzará a funcionar. En ese momento, el magnetrón generará pulsos de microondas de ultraalta frecuencia, que se transmitirán a través de la guía de ondas hasta la antena, desde donde se irradiarán.
(II) Sistema de lanzamiento
Bajo el control de un pulso de activación, el sistema de emisión genera pulsos rectangulares de radiofrecuencia de alta potencia con una anchura y amplitud específicas; estos pulsos se transmiten a la antena a través de una línea de transmisión de microondas y se irradian al espacio. El sistema de emisión del radar está compuesto principalmente por un modulador, un magnetrón y circuitos auxiliares. El sistema de emisión del radar Furuno FAR-2827 se encuentra en la parte inferior de su unidad de transmisión y recepción, tal y como se muestra en la figura 1-1-2. Dicho sistema de emisión está compuesto por un magnetrón, una placa de circuitos de modulación (placa de circuitos MD) y un transformador de impulsos.
Figura 1-1-2: Esquema del sistema de emisión del radar FAR-2827 de Furuno
El circuito de modulación genera un pulso negativo de alta tensión que se utiliza para accionar el magnetrón y controlar su emisión. El momento de inicio del pulso de modulación viene determinado por el flanco ascendente del pulso de disparo, mientras que la anchura del pulso se controla mediante los botones de selección de alcance o de anchura de pulso situados en el panel del radar. La amplitud del pulso de modulación está relacionada con la tensión ultraalta y la potencia de emisión: cuanto mayor es la amplitud, mayor es la tensión ultraalta necesaria y mayor también es la potencia de emisión. Por lo general, la amplitud del pulso de modulación se sitúa en el rango de 10 a 18 kV, aunque puede variar considerablemente entre los distintos moduladores.
En los últimos años, aunque la tecnología de los radares ha experimentado cambios continuos, los radares embarcados siguen utilizando ampliamente los magnetrones tanto en el ámbito militar como en el civil. En la actualidad, los magnetrones para uso naval disponibles en el mercado abarcan un amplio rango de potencias, que van desde unos pocos kilovatios hasta varias decenas de kilovatios. Por ejemplo, los adecuados para radares de banda S son de 10 kW, 30 kW y 60 kW, entre otros; los adecuados para radares de banda X son de 2 kW, 4 kW, 6 kW, 10 kW, 12,5 kW, 25 kW, 30 kW, 50 kW y 60 kW, entre otros. Los magnetrones navales que cumplan los requisitos deben superar pruebas relativas a la temperatura, la salinidad, la humedad, las vibraciones dinámicas y la vida útil, entre otros aspectos.
1. Estructura y características de funcionamiento del oscilador de magnetrón
El magnetrón es un dispositivo electrónico de vacío de alta potencia para la generación de microondas, con una estructura especial. En su exterior cuenta con un imán permanente de alto campo magnético, mientras que en su interior dispone de un cátodo y un ánodo. Existen diferencias significativas en el aspecto de los distintos modelos de magnetrones; el aspecto del magnetrón para radar marítimo MG5223F de Furuno se muestra en la figura 1-1-3. Este magnetrón presenta un diseño compacto y ofrece un rendimiento excelente. En condiciones normales de funcionamiento, el magnetrón necesita tensión de filamento para calentar el cátodo, el ánodo va a tierra y se aplica al cátodo una señal de alta tensión modulada de polaridad negativa. En ese momento, se genera en el interior del magnetrón una oscilación de microondas de amplitud constante. Su potencia de salida viene determinada principalmente por el valor de la alta tensión modulada, mientras que la frecuencia de oscilación depende principalmente de la propia estructura del magnetrón.
Figura 1-1-3: Magnetrón MG5223F de Furuno
La vida útil de un magnetrón viene determinada por la capacidad de la cátodo para emitir electrones, y suele oscilar entre 4 000 y 20 000 horas. Según las normas de rendimiento de los radares de la Organización Marítima Internacional (OMI), el magnetrón debe someterse a un precalentamiento de 3 minutos antes de comenzar a emitir con normalidad. Gracias al precalentamiento, el cátodo se calienta lo suficiente, lo que mejora la capacidad de emisión de electrones y permite que el magnetrón alcance un estado de funcionamiento con alta intensidad de corriente, prolongando así su vida útil.
La corriente del magnetrón es un parámetro clave que refleja el estado de funcionamiento del sistema de emisión del radar; se trata del valor medio de la corriente durante el ciclo de funcionamiento del transmisor del radar. En el caso de los nuevos modelos de radar, el operador puede consultar la corriente del magnetrón en los resultados de la autoprueba del sistema y compararla con los valores estándar proporcionados por el equipo de radar o en el manual de instrucciones. Si el valor de la corriente del magnetrón se encuentra dentro del rango normal, ello indica que el sistema de emisión del radar funciona correctamente; si el valor de la corriente es demasiado bajo o no hay corriente, y al mismo tiempo se observa una señal de eco débil o ausente, se debe considerar la posibilidad de que el magnetrón esté desgastado o de que exista una avería en el sistema de emisión. Para conocer el método de comprobación de la corriente del magnetrón, consulte la sección cuarta de este capítulo: “I. Localización y resolución de averías del radar — (IV) Otros métodos de resolución de averías — 1. Autocomprobación del sistema”.
Al realizar el mantenimiento del sistema de emisión o al sustituir el magnetrón, el personal operativo deberá cumplir estrictamente las siguientes normas de funcionamiento:
(1) Seguridad personal
El radar genera alta tensión durante su funcionamiento. Al realizar tareas de mantenimiento del equipo, el personal operativo deberá, en primer lugar, desconectar la alimentación eléctrica y descargar los componentes de alta tensión antes de proceder a la reparación. Si es necesario trabajar con el equipo bajo tensión, se deben adoptar medidas de protección previas para prevenir accidentes por descarga eléctrica de alta tensión y evitar daños por radiación electromagnética. Debido a la presencia de un campo magnético intenso alrededor del magnetrón, el personal de mantenimiento debe mantener alejados del magnetrón objetos como relojes, teléfonos móviles y materiales ferromagnéticos mientras realiza las tareas.
(2) Seguridad de los equipos
Para prolongar la vida útil del magnetrón, es imprescindible realizar un precalentamiento completo de al menos 3 minutos al encender el equipo. En particular, cuando el buque está atracado en puerto y el radar no se utiliza durante un periodo prolongado, o en condiciones climáticas frías y húmedas, se debe prolongar adecuadamente el tiempo de precalentamiento. Para proteger las características del campo magnético de los imanes permanentes, está estrictamente prohibido acercar objetos ferromagnéticos al magnetrón; al desmontarlo, deben utilizarse herramientas no ferromagnéticas. Por lo general, las piezas de recambio del magnetrón vienen en una caja de embalaje especial; al utilizarlas, hay que asegurarse de que el magnetrón se mantenga a una distancia de al menos 10 cm de cualquier otro material ferromagnético y de que la distancia entre dos piezas de recambio sea superior a 20 cm.
(3) Sustitución del magnetrón y manejo “experto”
Al sustituir piezas de recambio del magnetrón, es necesario realizar primero una operación de “acondicionamiento” del nuevo magnetrón, con el fin de aumentar el grado de vacío en su interior y evitar que se produzcan descargas eléctricas durante el funcionamiento que puedan dañar el cátodo. El procedimiento concreto de “acondicionamiento” consiste en: poner el radar en modo de espera (Standby) y mantenerlo así durante al menos media hora; a continuación, realizar una emisión de más de 10 minutos. Durante este proceso, el operador debe observar las variaciones de la corriente del magnetrón, prestar atención a lo que se muestra en la pantalla y escuchar el sonido que emite el tubo durante su funcionamiento. Si la aguja del amperímetro se mantiene estable sin oscilaciones, el barrido de la pantalla es uniforme y no se oyen ruidos de descarga durante el funcionamiento del tubo, se puede apagar el equipo, ajustar la alta tensión a su valor normal y poner el radar en emisión. Una vez confirmada la estabilidad de la corriente del magnetrón, el barrido uniforme y la ausencia de ruidos anómalos durante la emisión, se da por concluida la “puesta a punto”. De lo contrario, será necesario prolongar el tiempo de precalentamiento del radar en estado de espera. Si las condiciones lo permiten, es recomendable utilizar el magnetrón de reserva de forma rotativa cada seis meses.
(3) Principales parámetros técnicos del sistema de lanzamiento
1. Banda de trabajo
Los radares utilizados en los buques mercantes tienen dos longitudes de onda: 3 cm y 10 cm. El rango de frecuencias del radar de 3 cm de longitud de onda es de 2,9 a 3,1 GHz, mientras que el del radar de 10 cm de longitud de onda es de 9,3 a 9,5 GHz. A medida que aumenta el tiempo de uso del radar, se producen desviaciones en su frecuencia de emisión. En el caso de los radares de banda X, el rango de deriva de frecuencia suele estar dentro de los ±55 MHz.
2. Ancho del pulso
En cada ciclo de emisión del radar, la duración de la oscilación del pulso de radiofrecuencia se denomina «anchura de pulso» y se suele representar con la letra τ. Para satisfacer las necesidades de observación del radar, la anchura del pulso de emisión varía en función del alcance seleccionado. Un radar suele disponer de varias anchuras de pulso, cuyo rango se sitúa generalmente entre 0,04 y 1,2 μs.
3. Frecuencia de repetición de impulsos
El número de impulsos que emite un radar por segundo se denomina frecuencia de repetición de impulsos y puede expresarse como fr, PRF (Pulse Repetition Frequency) o PPS (Pulses Per Second); su inverso es el periodo de repetición de impulsos T. Por lo general, la frecuencia de repetición de impulsos de un radar oscila entre 400 y 4000 Hz.
4. Potencia de emisión
Los radares que utilizan un sistema de impulsos suelen tener una potencia de emisión máxima de entre 4 y 30 kW.
III. Duplexor de radar
El duplexor también se conoce como conmutador de transmisión y recepción. Dado que el radar utiliza una antena común para la transmisión y la recepción, si los pulsos de alta potencia emitidos se filtraran al sistema de recepción, podrían quemar los circuitos de la parte frontal de este último. Cuando el sistema de transmisión está en funcionamiento, el duplexor conecta la antena al sistema de transmisión; una vez finalizada la transmisión, el duplexor desconecta automáticamente la conexión entre la antena y el sistema de transmisión, y restablece la conexión entre la antena y el sistema de recepción, lo que permite que la antena realice funciones tanto de transmisión como de recepción. Por lo tanto, el duplexor evita que los pulsos de transmisión entren en el sistema de recepción, protegiendo así los circuitos de recepción. En la actualidad, los duplexores utilizan principalmente circuladores de ferrita (Ferrite Circulator).
El circulador de tres puertos tipo T cuenta con un ferrita cilíndrica o prismática en su interior, a la que se aplica un campo magnético constante en la dirección axial del cilindro de ferrita, tal y como se muestra en la figura 1-1-4. La ferrita magnetizada produce un efecto de desplazamiento de campo en las ondas de radar que la atraviesan. Cuando la onda de radar entra por el puerto 1 (sistema de emisión), se transmite únicamente hacia el puerto 2 (antena); las ondas electromagnéticas que entran por el puerto 2 (antena) se desvían únicamente hacia el puerto 3 (sistema de recepción) y no llegan al puerto 1 (sistema de emisión), lo que confiere al dispositivo la característica de transmisión direccional de ondas electromagnéticas y le permite desempeñar la función de duplexor. La figura 1-1-5 muestra el aspecto real de un circulador de guía de ondas.
Figura 1-1-4: Estructura de un circulador de tres puertos tipo T
Figura 1-1-5: Imagen real de un circulador de guía de ondas
En la práctica, parte de la energía de emisión se filtra en sentido inverso hacia el sistema receptor a través del circulador, al tiempo que también entran en dicho sistema pulsos de eco intensos. Para proteger los circuitos de la etapa frontal del sistema receptor y evitar que se quemen, suele instalarse un limitador de microondas entre el circulador y el sistema receptor. El limitador suele estar compuesto por un diodo de microondas; cuando se produce un pulso de fuga de alta potencia, este activa la conducción inversa del limitador, lo que lo hace entrar en estado de limitación. Una vez finalizado el pulso de fuga, el diodo limitador vuelve al estado de corte, permitiendo que el eco entre en la rama del sistema receptor. El tiempo de recuperación de los circuitos necesario para todo el proceso no supera los 0,2 μs; este tiempo se denomina tiempo de conmutación de transmisión-recepción de la antena de radar.
Figura 1-1-6: Sistema de transmisión por microondas y de antenas del FAR-2328W de Furuno
IV. Transmisión por microondas y sistemas de antenas
(1) Sistemas de transmisión por microondas
La función del sistema de transmisión de microondas es transmitir señales de microondas entre el transceptor del radar y la antena. En el caso de los radares montados bajo el mástil, los de la banda de 3 cm suelen utilizar guías de ondas para la transmisión de microondas, mientras que los de 10 cm suelen emplear cables coaxiales. No obstante, algunos radares de 10 cm, debido a la corta distancia entre la antena y el transceptor, también utilizan guías de onda para transmitir las ondas de radar. La unidad de antena del radar y el resto de componentes del sistema se conectan mediante cables específicos.
1. Conducto de onda
Los conductos de ondas, a menudo denominados simplemente «conductos», son tubos rectangulares huecos fabricados en latón o cobre, cuya pared interior presenta un alto grado de pulido. El conducto de ondas utilizado en un radar de 3 cm tiene unas dimensiones de 23 mm × 10 mm, mientras que el de un radar de 10 cm mide 72 mm × 34 mm. Al instalar la guía de ondas, es necesario orientar el conector plano hacia la antena y el conector de choque hacia el transceptor. De este modo, se garantiza la continuidad eléctrica de las microondas, incluso aunque no haya contacto físico entre los extremos de conexión. Para la instalación de la guía de ondas, también hay que tener en cuenta los siguientes aspectos:
Figura 1-1-7: Guías de onda y componentes de guías de onda
- (1) Comprobación de la limpieza: Las piezas de repuesto de la guía de ondas están provistas de tapas de sellado en ambos extremos, que deben abrirse antes de su uso. Una vez abiertas, compruebe cuidadosamente que las paredes internas de la guía de ondas estén limpias; si es necesario, puede limpiarlas con alcohol puro.
- (2) Longitud y atenuación: Las guías de ondas provocan una cierta atenuación de las microondas, por lo que su longitud de instalación no debe superar los 20 m y el número de curvas no debe ser superior a 5. Una guía de ondas demasiado larga provocaría un aumento significativo de las pérdidas en la transmisión de la señal.
- (3) Contraindicaciones de la guía de ondas flexible: Dado que las guías de onda flexibles se deterioran con facilidad, no son adecuadas para su instalación en exteriores.
- (4) Orientación de las bridas y protección: Durante la instalación, la brida plana debe quedar orientada hacia la antena y la brida de estrangulamiento hacia el transceptor, y se debe colocar una junta de goma estanca. Los pernos de unión deben fijarse firmemente y, una vez finalizada la instalación, se debe aplicar una capa de pintura para evitar la oxidación.
- (5) Protección contra la entrada de agua: Para evitar que el agua de la antena penetre en el transceptor, se debe colocar una lámina de mica en la salida de la guía de ondas del transceptor.
- (6) Fijación del soporte: Durante la instalación, hay que evitar que el conducto ondulante sufra fuerzas externas excesivas; es necesario instalar soportes de fijación cada 1-2 m. En los puntos en los que el conducto ondulante pueda sufrir golpes o choques, se deben instalar protectores cuando sea necesario.
2. Cable coaxial
El cable coaxial está formado por dos conductores dispuestos de forma coaxial: uno interior y otro exterior. El conductor interior es un tubo fino de cobre, mientras que el conductor exterior es un tubo en forma de serpentina. Entre los conductores interior y exterior hay un material aislante que minimiza las pérdidas de microondas, y la capa más externa está recubierta de un material aislante de goma de protección. En comparación con los guías de onda, los cables coaxiales se caracterizan por su menor volumen y su mayor facilidad de instalación a la hora de transmitir microondas de la misma longitud de onda.
(II) Radiador de guía de ondas con ranura
El radar utiliza una antena de barrido direccional, cuya velocidad de rotación suele ser de entre 20 y 40 r/min, lo que resulta adecuado para buques de navegación comercial habituales. La figura 1-1-8(a) muestra una antena de guía de ondas con ranura, comúnmente utilizada en radares de modo de impulsos. Dicha antena está compuesta por un radiador interno de guía de ondas con ranuras, una carga absorbente y una cubierta protectora, entre otros componentes. En la figura 1-1-8(b) se puede observar la estructura del radiador interno de la antena de guía de ondas con ranuras, que presenta numerosas ranuras en su interior.
Figura 1-1-8: Estructura de la antena de radar
(3) Codificador de posición
El sistema de barrido azimutal del radar está compuesto por el codificador azimutal situado en la base de la antena, la memoria de señales azimutales del monitor y los circuitos correspondientes. La función del codificador es cuantificar la señal de referencia azimutal de la antena (señal de rumbo de proa) y la señal de posición angular instantánea de la antena, convirtiéndolas en información digital con una resolución superior a 0,1°. Esta información digital se transmite al sistema de procesamiento y visualización de datos, y se registra en la unidad de almacenamiento de rumbo correspondiente. Mediante la medición del ángulo que forma el objetivo con la línea de proa, el sistema obtiene los datos de rumbo del objetivo.
(IV) Motor de accionamiento y sistema de transmisión de potencia
El motor de accionamiento suele alimentarse de la red eléctrica del buque, y la antena del radar suele funcionar de forma sincronizada con el interruptor de activación del radar. La base de la antena del radar suele estar equipada con un interruptor de seguridad que, cuando el personal realiza tareas de mantenimiento cerca de la antena, corta el suministro eléctrico para evitar que el radar se ponga en marcha accidentalmente. Para garantizar un giro suave de la antena, la velocidad de rotación del motor de accionamiento suele situarse entre 1000 y 3000 r/min. El motor reduce la velocidad mediante un sistema de transmisión de potencia compuesto por poleas y/o engranajes, lo que permite que la antena gire a una velocidad constante y nominal. Durante el mantenimiento, es necesario comprobar periódicamente cada año la tensión de la correa y sustituir el lubricante anticongelante para garantizar el correcto funcionamiento del sistema de transmisión.
(v) Monitor de rendimiento (PM)
En la práctica náutica, resulta difícil supervisar de forma exhaustiva y precisa el rendimiento del radar. Cuando la potencia del transmisor y la sensibilidad del receptor del radar se encuentran dentro de los límites establecidos, el monitor de rendimiento (PM, Performance Monitor) instalado en la unidad de antena genera una indicación correcta en la pantalla del radar. La ubicación del monitor de rendimiento se muestra en la figura 1-1-9.
Figura 1-1-9: Ubicación de instalación del monitor de rendimiento
(VI) Principales parámetros técnicos de la antena
1. Características direccionales: El haz de radiación ideal de una antena de radar tiene forma simétrica de concha de vieira. En teoría, se suele utilizar un diagrama de radiación para describir las características de radiación de la antena. Dentro del lóbulo de radiación del radar, el haz con mayor intensidad se denomina lóbulo principal, y su potencia de salida representa más del 90% de la potencia de radiación total del radar. Alrededor del lóbulo principal se distribuyen simétricamente numerosos lóbulos secundarios de baja intensidad, que por lo general no tienen un impacto significativo en la observación del radar.
2. Ancho del haz: El ancho del haz de la antena se define como el ángulo entre los dos puntos de media potencia del lóbulo principal. Para garantizar la precisión de la orientación y la capacidad de resolución de la orientación en la detección de objetivos por radar, la antenaAncho del haz horizontal (HBW)Es muy estrecho, normalmente de entre 1° y 2°. Para evitar que el buque pierda de vista los objetivos marítimos en condiciones adversas, como el balanceo, el radar...Ancho del haz vertical (VBW)Es bastante grande, de entre 20° y 30° aproximadamente.
3. Ganancia: La directividad de una antena también puede expresarse en términos de ganancia. La ganancia de una antena es la relación entre la densidad de potencia de la señal generada por la antena real y la generada por un elemento radiante ideal en un mismo punto del espacio, cuando la potencia de entrada es la misma.
V. Sistema de recepción de radar
El sistema receptor de radar presenta una buena selectividad, alta ganancia, un ancho de banda de paso amplio y un amplio rango dinámico, lo que le permite extraer, de entre un fondo de interferencias y ruido, los ecos de objetivos útiles que presentan variaciones de intensidad significativas, procesarlos y amplificarlos, y enviar una señal de vídeo nítida al dispositivo de visualización.
(1) Componentes básicos del sistema de recepción de radar
El sistema receptor del radar FAR-2827 de Furuno se encuentra en la parte superior de su unidad transceptora, tal y como se muestra en la figura 1-1-10. Su sistema de recepción está compuesto por un amplificador y convertidor de frecuencia integrados de microondas (módulo MIC), un circuito amplificador de frecuencia intermedia (placa de circuito IF) y una placa de control de radiofrecuencia (placa de circuito de alimentación RFC).
Figura 1-1-10: Sistema de recepción del radar FAR-2827 de Furuno
1. Amplificadores integrados de microondas y convertidores de frecuencia (componentes MIC): El componente MIC se compone de dos partes: un amplificador de microondas de alta frecuencia (amplificador de alta frecuencia) y un convertidor de frecuencia. La función del amplificador de alta frecuencia es amplificar directamente el eco de radiofrecuencia, con el fin de mejorar la relación señal-ruido del mismo. El convertidor de frecuencia está compuesto por un mezclador y un oscilador local, y su función es convertir la portadora de la señal de eco de la radiofrecuencia a una frecuencia intermedia más baja. Al medir el mezclador, el operador debe utilizar el multímetro paraRango de Ω×100 o Ω×1k。
2. Amplificador de frecuencia intermedia (placa de circuito IF): El amplificador de media frecuencia es el componente central del receptor y presenta características como un amplio ancho de banda, alta ganancia, amplio rango dinámico y bajo nivel de ruido. Este amplificador es capaz de ajustar automáticamente la ganancia a corta distancia, lo que permite suprimir las interferencias generadas por los reflejos de las olas.
3. Otros circuitos: Incluye un circuito de supresión de ruido de olas, un detector y un amplificador de vídeo.Circuito de supresión de interferencias de olas STCEl alcance máximo de supresión puede alcanzar las 8 n millas. La señal de frecuencia intermedia del eco se convierte en una señal de eco de vídeo mediante un detector. El amplificador de vídeo actúa como circuito tampón, lo que permite el aislamiento y la adaptación de impedancia.
(II) Principales parámetros técnicos del sistema de recepción de radar
- 1. Frecuencia de media frecuencia: Dependiendo del modelo y del fabricante del equipo, en los radares de frecuencia intermedia se suelen utilizar 30 MHz, 60 MHz o 45 MHz.
- 2. Sensibilidad y aumento: La sensibilidad suele expresarse mediante la potencia mínima de señal discernible (Prmin), que generalmente puede alcanzar valores comprendidos entre 10⁻¹² y 10⁻¹⁴ W. Se exige que el factor de amplificación del amplificador de media frecuencia alcance 120-160 dB。
- 3. Banda de paso: También se conoce como ancho de banda. Cuanto mayor es el ancho de banda, menor es la distorsión de la señal y mayor la precisión de la observación, pero también resulta más difícil mantener la sensibilidad.
VI. Sistema de visualización por radar
Los radares modernos utilizan monitores planos de alta calidad (como TFT, OLED, etc.) como terminales de visualización para el procesamiento de la información del radar. Las pantallas de los radares marinos muestran una gran variedad de contenidos, entre los que se incluyen cartas náuticas en color (si están conectadas al ECDIS), gráficos trazados, ecos de objetivos del radar, iconos de objetivos AIS y menús de funcionamiento del sistema, entre otros. Las pantallas de radar incluyen interfaces de entrada/salida (E/S), un procesador de vídeo, un procesador de información, un controlador principal y un terminal integrado de visualización y control operativo.
(1) Controlador: El controlador principal es el centro de control del sistema de procesamiento y visualización de información; suele incorporar un chip de CPU industrial de alto rendimiento y, en colaboración con componentes relacionados como el bus y la memoria, coordina el funcionamiento de todas las partes del sistema.
(II) Interfaces de entrada/salida y procesador de vídeo: La función de la unidad de sincronización (anteriormente conocida como «línea de retardo») es coordinar el momento de visualización con el de emisión, eliminando así los errores de telemetría del sistema. El convertidor de coordenadas transforma el eco de vídeo en coordenadas polares a coordenadas rectangulares, lo que permite la visualización por trama. El procesamiento de vídeo incluye la supresión de interferencias causadas por lluvia y nieve, la supresión de interferencias en la misma frecuencia, la visualización de estelas, el procesamiento relacionado con el barrido y la expansión del eco, entre otros.
(3) Procesador de información: Se encarga de procesar de forma integrada la información de los distintos sensores, llevar a cabo el seguimiento de objetivos y la fusión de datos, y proporcionar apoyo a la tripulación para evitar colisiones.
(IV) Terminal de visualización y control integrado: El operador puede utilizar en el terminal herramientas como el círculo de distancia activa (VRM), la línea de rumbo electrónica (EBL), las mediciones de distancia y rumbo (EBRL) y la línea de proa (HL). Los iconos gráficos de estas herramientas de medición se muestran en la figura 1-1-12.
Figura 1-1-11: Terminal de control y visualización integrada |
Figura 1-1-12: Símbolos gráficos de las herramientas de medición
VII. Fuente de alimentación del radar
La carcasa del procesador de radar FAR-2328W de Furuno, tal y como se muestra en la figura 1-1-13, incluye la placa base, la fuente de alimentación, el convertidor de señal de red (LAN), el ventilador, la placa de terminales (placa TB) y los fusibles, entre otros componentes. La alimentación de CA es de 100 a 230 V CA; la de CC es de 24 V CC. Los parámetros de alimentación del monitor de serie son de 100 a 230 V CA. La alimentación del concentrador (HUB) opcional es de 100 a 230 V CA.
Figura 1-1-13: Caja del procesador FRA-2328W de Furuno
Precauciones para el mantenimiento de la fuente de alimentación:
Al realizar tareas de mantenimiento de la fuente de alimentación del radar, como medir la tensión con un multímetro, se corre el riesgo de sufrir descargas eléctricas o quemaduras por arco eléctrico. El personal de mantenimiento debe asegurarse de llevar puesto el casco de seguridad, ropa de protección aislante, utilizar herramientas aislantes y guantes aislantes; además, si es necesario, debe llevar gafas de protección o una máscara. Antes de reparar la unidad de antena, se debe apagar el interruptor de alimentación y colocar señales de advertencia.Atención especial: una vez conectada la alimentación principal, todos los componentes del transceptor se encuentran bajo alta tensión, incluso cuando está apagado; la alta tensión solo desaparecerá tras aislar completamente la fuente de alimentación.
VIII. Sensores externos del radar
La interfaz de E/S del radar se encarga de recibir datos externos a través del microcontrolador; la velocidad de modulación se configura en función de las características del puerto (4800-38 400 bits/s). Los dispositivos externos, tal y como se muestra en la figura 1-1-14, incluyen giroscopio-compás, AIS, GPS, odómetro, ECDIS, AMS y VDR, entre otros. Los datos deben cumplir IEC 61162 y AD-10 Requisitos de formato.
Figura 1-1-14: Esquema de la topología de los sensores externos
(1) Interfaz de entrada: Para las conexiones, se debe utilizar cable apantallado de par trenzado. La mayoría de los instrumentos modernos utilizan interfaces como RS-232, RS-422 y RS-485, entre otras.
La interfaz de entrada transmite la información de los sensores al sistema de radar. Si el formato de la información no se ajusta a los requisitos del equipo de radar, será necesario realizar una conversión de formato a través de la interfaz; para la conexión entre equipos se debe utilizar cable apantallado de par trenzado.
Los instrumentos de navegación modernos suelen utilizar interfaces digitales, por lo que no requieren conversión de formatos y su conexión resulta bastante sencilla. En cuanto a las interfaces de ampliación de los protocolos de comunicación en serie utilizados por los radares, las interfaces en serie más comunes son las de tipo RS-232, RS-422 y RS-485, entre otras; además, algunos radares también están equipados con una interfaz USB para la transmisión de datos. Tomemos como ejemplo la interfaz del radar de la serie FAR-28×7 de Furuno, tal y como se muestra en la figura 1-1-15. Los radares de la serie FAR-28×7 de Furuno utilizan un transceptor RS-485 para recibir datos del sensor de rumbo, con velocidades de transmisión seleccionables de 4800 bit/s o 38,4 kbit/s, tal y como se muestra en la figura 1-1-15(a). La conexión entre el radar y el odómetro u otros instrumentos de navegación se muestra en la figura 1-1-15(b). Algunos modelos de radar y ECDIS pueden servir de entrada entre sí; su conexión se muestra en la figura 1-1-15(c).
(2) Interfaces de salida: El radar debe enviar, como mínimo, los siguientes datos al VDR: Formato RGB (1280 × 1024 píxeles)Señales de vídeo analógicas o señales de las interfaces Ethernet/DVI.
Las interfaces de salida sirven para transmitir la información de vídeo del radar a otros dispositivos o sistemas de navegación. De acuerdo con la norma IEC sobre pruebas de rendimiento de radares, el radar debe disponer, como mínimo, de una interfaz capaz de enviar una señal de vídeo analógica en formato RGB (1280 × 1024 píxeles) al VDR. Si las prestaciones de visualización del radar no son compatibles con el formato RGB, deberá estar equipado con una interfaz DVI (Digital Visual Interface) o Ethernet, y el ancho de banda de la red deberá permitir, como mínimo, la transmisión de una captura de pantalla completa del radar cada 15 segundos.
(3) Fallos en la conexión de los sensores: Los fallos activarán una ventana de alerta (Alert Box). Por ejemplo, una configuración incorrecta de la velocidad de transmisión provocará errores en la transmisión de datos.
Un fallo en la transmisión de datos del sensor activará una alarma del radar, y en la ventana de alertas (Alert Box) se mostrará la información concreta de la alarma. En la tabla 1-1-3 se muestran algunas de las alertas relacionadas con la conexión del sensor del radar.
Tabla 1-1-3 Información sobre alertas relacionadas con la conexión de los sensores de radar de Furuno
| Aviso de alarma | Detalles de la denuncia | Solución |
| Error al enviar mensaje AIS | NO SE HA PODIDO TRANSMITIR EL MENSAJE AIS | No se pueden transmitir mensajes AIS; pulse el botón de confirmación de alarma y compruebe la alimentación eléctrica y la conexión entre el radar y el AIS. |
| LOST AIS
COM |
COMPROBAR EL AIS O EL MONITOR DE FRASES | Si no se reciben datos del AIS en un plazo de 30 segundos, pulse el botón de confirmación de alarma y compruebe la alimentación eléctrica y la conexión entre el radar y el AIS. |
| Aviso de alarma | Detalles de la denuncia | Solución |
| LOST GYRO
SIGNAL |
COMPROBAR EL SENSOR DE RUMBO O EL MONITOR DE FRASE | Si no se recibe la información de rumbo del giroscopio-compás en un plazo de 5 segundos, pulse el botón de confirmación de alarma y restablezca la señal del compás para desactivar esta alarma. |
| LOST
LOG(WT)SIG |
COMPROBAR EL SENSOR DE VELOCIDAD O EL MONITOR DE SENTENCIA | Cuando [LOG(WT)] está configurado como velocidad de referencia, si no se recibe información de velocidad del odómetro en un plazo de 30 s, pulse el botón de confirmación de alarma y compruebe la conexión entre el radar y el odómetro. |
| LOST
LOG(BT)SIG |
COMPROBAR EL SENSOR DE VELOCIDAD O EL MONITOR DE SENTENCIA | Cuando [LOG(BT)] está configurado como velocidad de referencia, si no se recibe información de velocidad del odómetro en un plazo de 30 s, pulse la tecla de confirmación de alarma y compruebe la conexión entre el radar y el odómetro. |
|
LOST COG/ SOG SIG |
COMPROBAR EL SENSOR DE POSICIÓN O EL MONITOR DE SENTENCIA |
Cuando [EPFS] está configurado en velocidad de referencia, si no se reciben datos de COG/SOG del EPFS en un plazo de 30 s, pulse la tecla de confirmación de alarma y compruebe la conexión entre el radar y el EPFS (GPS o Beidou)
Conexión |
|
POSICIÓN PERDIDA |
COMPROBAR EL SENSOR DE POSICIÓN O EL MONITOR DE SENTENCIA | Alerta de EPFS: no se ha recibido nada del dispositivo EPFS en los últimos 30 segundos
Datos de posición: pulsa el botón de confirmación de alarma y comprueba la conexión entre el radar y el EPFS (GPS o Beidou). |
|
SE HA PERDIDO LA SEÑAL UTC |
COMPROBAR EL SENSOR DE POSICIÓN O EL MONITOR DE SENTENCIA |
Alerta de UTC: no se han recibido datos de fecha ni hora en los últimos 30 segundos. Pulse el botón de confirmación de la alerta y compruebe la conexión del sensor que proporciona la UTC (GPS o Beidou). |
|
LOST ECDIS COM |
COMPROBAR EL ECDIS O EL MONITOR DE FRASES |
Cuando el [ECDIS] está configurado como referencia de velocidad, si no se reciben datos del ECDIS en un plazo de 30 segundos, pulse el botón de confirmación de alarma y compruebe la alimentación eléctrica y la conexión del ECDIS. |
(IV) Ejemplos de interfaces de radar:
Al realizar las conexiones del sistema de radar, se deben utilizar preferentemente los cables de conexión proporcionados por el fabricante, o bien asegurarse de que los cables cumplan los requisitos básicos establecidos en el manual de instalación del radar.
Tomando como ejemplo el radar marítimo SPERRY VISIONMASTER FT, la configuración de sus sensores y los ajustes de sus parámetros se muestran en la tabla 1-1-1. Es importante tener en cuenta que la velocidad de transmisión debe ajustarse según las especificaciones; si no se ajusta correctamente, se producirán errores en la transmisión de datos.
Tabla 1-1-1: Configuración y ajustes de parámetros del sensor de radar SPERRY VISIONMASTER FT
| Puerto | Velocidad de transmisión/(bit/s) | Sensor | Tipo de puerto serie |
| COM3 | 38400 | Brújula | RS-232 o RS-422 |
| COM3 | 4800 | taxímetro | RS-232 o RS-422 |
| COM4 | 9600 | monitor | RS-422 |
| COM5 | 38400 | AIS | RS-232 o RS-422 |
| COM7 | 4800 | GPS | RS-232 o RS-422 |
| COM8 | 4800 | Conmutador integrado | RS-232 o RS-422 |
La configuración de E/S de los radares de la serie FAR-2××7 de Furuya y de algunos sensores se muestra en la tabla 1-1-2. La fuente de alimentación de este radar debe suministrar energía a componentes como el procesador, el monitor, la unidad de control y la antena. Su función de trazado automático está integrada en la unidad de procesamiento de señales, mientras que el monitor de rendimiento, como opción, está integrado en la unidad de antena. La función de conmutador integrado del radar funciona a través de una conexión de red de área local (LAN).
La comunicación entre la unidad de antena y la unidad procesadora se realiza mediante RS-422, a una velocidad de 115,2 kbit/s; la comunicación entre la unidad procesadora y la unidad de control también se realiza mediante RS-422, a una velocidad de 19,2 kbit/s; en ambos casos se utiliza un modo de comunicación asíncrono. Mediante la conexión a un HUB-100, se pueden conectar hasta 8 radares de la misma serie. El sistema de navegación inercial (INS) es compatible con LAN y puertos serie (RS-422/4800
bit/s) Conexión.
Tabla 1-1-2 Los radares de Furuno y algunos sensoresI/O Configuración
| Sensor | Señal | E/S | Conexión de hardware |
|
Sensor de rumbo |
HDG A |
IN |
RS-422
IEC 61162-1 IEC 61162-2 (ajustable entre 4800 y 38 400 bits/s) |
| HDG B | |||
| Navegador | NAV A |
IN |
RS-422
IEC 61162-1 IEC 61162-2 (ajustable entre 4800 y 38 400 bits/s) |
| NAV B | |||
|
Contador de kilómetros (solo datos en serie) |
LOG A |
IN |
RS-422
IEC 61162-1 IEC 61162-2 (ajustable entre 4800 y 38 400 bits/s) |
| REGISTRO B | |||
|
AIS |
AIS TD A |
OUT |
RS-422 IEC 61162-2 (38 400 bits/s) |
| AIS TD B | |||
| AIS RD A |
IN |
||
| AIS RD B | |||
|
ECDIS |
ARPA A |
OUT |
IEC 61162-1
(4800 bits/s) |
| ARPA B | |||
|
LAN |
INS |
IN | 100 Base-Tx |
| OUT | 100 Base-Tx |
IX. Conexión de sistemas con múltiples radares
De conformidad con el Convenio SOLAS de 1974, los buques de 3.000 toneladas brutas o más deben estar equipados con al menos dos sistemas de radar, de los cuales al menos uno debe ser de banda X. Se puede instalar una unidad de conmutación (Interswitch Unit) en varios radares para permitir el intercambio de imágenes. El sistema cuenta con un mecanismo de protección contra fallos en una sola unidad.
(1) Sistema de doble radar: Se divide en configuraciones de misma frecuencia (ambas en la banda X) y de frecuencias diferentes (bandas X y S). En los sistemas de frecuencias diferentes, el transmisor, la antena y la línea de transmisión deben sustituirse como un todo. La conmutación se realiza mediante el dispositivo de conmutación que se muestra en la figura 1-1-16.
Figura 1-1-16: Arquitectura del sistema de doble radar
(2) Sistemas con múltiples radares: Se pueden utilizar tres o más sistemas de radar a través de HUB-3000 Realice la configuración de red. Es imprescindible configurar correctamente la dirección IP, la máscara de subred y la puerta de enlace. Tras cambiar la dirección IP, es necesario reiniciar todos los radares y dispositivos relacionados conectados a la LAN.
Figura 1-1-17: Configuración de red de múltiples radares y ECDIS
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