Equipo 2. Radares

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL “ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA” Plantel Zacatenco INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA. SISTEMAS DE RADIO COMUNICACIÓN RESUMEN DE LA EXPOSICIÓN DE RADARES Profra: Macías Peral Alina Adriana Alumnos: Barrón Rodríguez Sergio Escalona Flores Carlos Augusto García de Luis Mario Alberto Pérez García Eduardo Grupo: 9cv3

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

“ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA”

Plantel Zacatenco

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA.

SISTEMAS DE RADIO COMUNICACIÓN

RESUMEN DE LA EXPOSICIÓN DE RADARES

Profra: Macías Peral Alina Adriana

Alumnos:

Barrón Rodríguez Sergio Escalona Flores Carlos Augusto

García de Luis Mario Alberto Pérez García Eduardo

Grupo: 9cv3

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R A D A R E S

El término radar significa Radio Detection and Ranging, “Detección y Medición de Distancias por Radio”. Es un

sistema que usa ondas electromagnéticas para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos

móviles como aeronaves, barcos, vehículos motorizados, formaciones meteorológicas y el propio terreno.

HISTORIA

1864 James Clerk Maxwell describe las leyes del electromagnetismo.

1888, Heinrich Rudolf Hertz demuestra que las ondas electromagnéticas se reflejan en las superficies metálicas.

1904 Christian Huelsmeyer patenta el primer sistema anticolisión de buques utilizando ondas

electromagnéticas. Desarrollo de la radio y de la transmisión inalámbrica (por Marconi, entre otros), gracias a

lo cual se desarrollan las antenas.

1917, Nikola Tesla establece los principios teóricos del futuro radar (frecuencias y niveles de potencia).

1934, y gracias a un estudio sistemático del magnetrón, se realizan ensayos sobre sistemas de detección de

onda cortas siguiendo los principios de Nikola Tesla. De este modo nacen los radares de ondas decimétricas.

Durante el Siglo XX, muchos inventores, científicos e ingenieros han contribuido en el desarrollo del radar,

impulsados sobre todo por el ambiente prebélico que precedió a la Segunda Guerra Mundial, y a la propia

Guerra. Los grandes países que participaron en ella fueron desarrollando de forma paralela distintos sistemas

radar, aportando grandes avances cada uno de ellos para llegar a lo que hoy conocemos sobre los sistemas

radar.

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FUNCIONAMIENTO

Su principio de funcionamiento se basa en emitir un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibe

típicamente en la misma posición del emisor. A partir de este "eco" se puede extraer gran cantidad de

información. El uso de ondas electromagnéticas permite detectar objetos más allá del rango de otro tipo de

emisiones (luz visible, sonido).

APLICACIONES

Entre sus ámbitos de aplicación se incluyen la meteorología, el control del tráfico aéreo y terrestre y gran

variedad de usos militares.

Lo usan los meteorólogos para detectar tormentas, huracanes y tornados, los controladores aéreos para

ordenar el tráfico de los aeropuertos, la NASA para crear mapas topográficos de los planetas y la policía para

determinar la velocidad a la que circulan los vehículos.

PRINCIPIO DE REFLEXIÓN

Las ondas electromagnéticas se dispersan cuando hay cambios significativos en las constantes dieléctricas o

diamagnéticas.

En ocasiones los aviones militares utilizan materiales con sustancias resistivas y magnéticas que absorben las

ondas del radar, reduciendo así el nivel de reflexión.

La reflexión de las ondas del radar varía en función de su longitud de onda y de la forma del blanco.

Si la longitud de onda es mucho menor que el tamaño del blanco, la onda rebotará del mismo modo que la luz

contra un espejo. Si por el contrario es mucho más grande que el tamaño del blanco, lo que ocurre es que este

se polariza y se dispersa la señal.

Los radares actuales emplean longitudes de onda más pequeñas (de pocos centímetros o inferiores) que

permiten detectar objetos del tamaño de una barra de pan.

REFLECTOR DE ESQUINA

Se usan para hacer "visibles" al radar objetos que en otras circunstancias no lo serían, se suelen instalar en

barcos para mejorar su detectabilidad y evitar choques.

Las señales de radio de onda corta (3 kHz-30 MHz) se reflejan en las curvas y aristas, del mismo modo que la luz

produce destellos en un trozo de cristal curvo. Para estas longitudes de onda los objetos que más reflejan son

aquellos con ángulos de 90° entre las superficies reflectivas. Una estructura que conste de tres superficies que

se juntan en una esquina (como la de una caja) siempre reflejará hacia el emisor aquellas ondas que entren por

su abertura.

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POLARIZACIÓN

El campo eléctrico de la señal que emite un radar es perpendicular a la dirección de propagación. La dirección

de dicho campo determina la polarización de la onda. Los radares usan polarizaciones horizontales, verticales,

lineales o circulares, en función de la aplicación.

Por ejemplo, la polarización circular es adecuada para minimizar la interferencia causada por la lluvia. La lineal

permite detectar superficies de metal.

La polarización aleatoria es adecuada para detectar superficies irregulares como rocas y se usa en radares de

navegación.

CENTELLEO

El centelleo es una fluctuación en la amplitud de un objetivo sobre la pantalla de un radar.

Está estrechamente relacionado con el destello objetivo, un desplazamiento evidente del objetivo de su

posición

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INTERFERENCIAS

El radar es una herramienta extremadamente eficaz a la hora de detectar objetivos, no obstante existen

técnicas de camuflaje radioeléctrico que consiguen hacer desaparecer cualquier objeto de sus pantallas.

Estas técnicas están dirigidas a reducir el eco o la reflexión de las ondas electromagnéticas sobre la superficie

del objetivo. Se utilizan fundamentalmente fenómenos de dispersión y de absorción.

Ruido

El ruido es una fuente interna de variaciones aleatorias de la señal, generado en mayor o menor medida por

todos los componentes electrónicos. Típicamente se manifiesta en variaciones aleatorias superpuestas a la

señal de eco recibida en el radar.

La figura de ruido es una medida del ruido producido por el receptor en comparación con un receptor ideal y

debe ser minimizada.

El ruido también puede estar causado por fuentes externas al sistema, siendo sobre todo de gran impacto la

radiación térmica natural del entorno que rodea al blanco que se desea detectar.

Una excepción es el caso en el que el radar está dirigido al cielo abierto; en este caso apenas se produce ruido

de Johnson-Nyquist, también conocido como ruido térmico.

Clutter

El término clutter hace referencia a todos aquellos ecos (señales de RF) recibidos por el radar que son no

deseados. Pueden estar causados por objetos del entorno, el mar, precipitaciones (lluvia, nieve o granizo),

tormentas de arena, animales (especialmente pájaros), turbulencias atmosféricas y otros efectos atmosféricos

como reflexiones ionosféricas y estelas de meteoritos. También puede haber clutter debido a objetos

fabricados por el hombre, sin intención de engañar al radar como los edificios.

Algunas veces el clutter está causado por una longitud excesiva de la guía de onda que conecta el transceptor

del radar y la antena. Este tipo de clutter se reduce reajustando el lapso entre el envío del pulso por parte del

transmisor y el instante en que se activa la etapa de recepción.

Hay bastantes métodos para detectar y neutralizar el clutter. Muchos de ellos se fundamentan en el principio

de que el clutter apenas varía entre diferentes barridos del radar. Por tanto, al comparar barridos consecutivos

se comprobará que el blanco real se mueve, mientras que los ecos de clutter son estacionarios.

Jamming

Se conoce como jamming a aquellas señales externas al sistema radar emitidas en las frecuencias de

funcionamiento del mismo y que por tanto enmascaran los objetivos de interés. Puede ser intencionado para

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funcionar como contramedida electrónica o fortuito (por ejemplo, fuerzas amigas cuyos sistemas de

comunicaciones usan la misma banda). El jamming está considerado como una fuente activa de interferencias,

ya que está originado fuera del sistema radar y en general se trata de señales sin relación alguna con este.

La única manera de reducir el jamming de lóbulo principal es disminuir el ángulo sólido de dicho lóbulo. Un

jamming de lóbulo principal a la misma frecuencia y con la misma polarización que el radar no se puede

eliminar completamente. El efecto del jamming de lóbulo lateral se puede atenuar reduciendo los lóbulos

laterales del diagrama de radiación de la antena durante la fase de diseño de la misma.

EVITA SER DETECTADO

El radar es una herramienta extremadamente eficaz a la hora de detectar objetivos, no obstante existen

técnicas de camuflaje radioeléctrico que consiguen hacer desaparecer cualquier objeto de sus pantallas.

Estas técnicas están dirigidas a reducir el eco o la reflexión de las ondas electromagnéticas sobre la superficie

del objetivo. Se utilizan fundamentalmente fenómenos de dispersión y de absorción.

DISPERSIÓN

Formas planas o curvas reflejan las ondas EM desde cualquier ángulo ofreciendo al radar un eco claro.

Por el contrario, un acabado en diente de sierra reduce al mínimo el número de lóbulos reflejados y por tanto

las posibilidades de ser detectado.

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ABSORCIÓN

Una segunda medida para evitar la reflexión de las señales radar consiste en cubrir el objetivo con un material

que absorba su energía electromagnética.

Este recubrimiento suele estar formado por componentes de fibra de carbono y ferritas magnéticas.

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TIEMPO DE TRÁNSITO

Una forma de medir la distancia entre el radar y un objeto es transmitir un pequeño pulso electromagnético y

medir el tiempo que tarda el eco en volver. La distancia será la mitad del tiempo de tránsito multiplicado por la

velocidad del pulso (300.000 km/s):

r = distancia estimada

c = velocidad de la luz

t = tiempo de tránsito

Una estimación precisa de la distancia exige una electrónica de elevado rendimiento. La mayor parte los

radares usan la misma antena para enviar y recibir, separando la circuitería de transmisión y recepción

mediante un circulador o duplexor. Por ello, mientras se está transmitiendo el pulso no se puede recibir ningún

eco. Esto determina la llamada "distancia ciega" del radar, por debajo de la cual éste es inútil. Esta distancia

viene dada por:

rBLIND = distancia ciega

c = velocidad de la luz

Ƭ = tiempo que se tarda en transmitir un pulso

Si se quiere detectar objetos más cercanos hay que transmitir pulsos más cortos. Del mismo modo, hay un

rango de detección máximo (llamado "distancia máxima sin ambigüedad"): si el eco llega cuando se está

mandando el siguiente pulso, el receptor no podrá distinguirlo. Para maximizar el rango hay que aumentar el

tiempo entre pulsos (T):

rUNAMB = Distancia máxima sin ambigüedad

c = Velocidad de la luz

T = Tiempo entre dos pulsos

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MODULACIÓN EN FRECUENCIA

Otra forma de estimar distancias en un radar se basa en la modulación en frecuencia. La comparación de la

frecuencia de señales es por norma más precisa y sencilla que la comparación de tiempos. Por eso, lo que se

hace es emitir una señal (una sinusoide) a una frecuencia que va variando de forma constante en el tiempo, de

modo que cuando llega el eco, su frecuencia será diferente de la de la señal original; comparándolas se puede

saber cuánto tiempo ha transcurrido y por tanto cuánta distancia hay hasta el blanco. A mayor desvío en

frecuencia mayor distancia.

MEDIDA DE VELOCIDADES

EFECTO DOPPLER

El efecto Doppler ocurre cuando el receptor de la onda se mueve con respecto al emisor, o viceversa. Si el

emisor se está moviendo, significa que cada nueva oscilación parte desde una posición ligeramente diferente.

A consecuencia de esto, la distancia entre cada cresta de la onda será diferente. Pensemos, por ejemplo, en la

onda emitida en el mismo sentido del movimiento. Tras emitir una oscilación, el emisor se desplaza hacia

adelante, con lo que la siguiente oscilación estará más junta que si el emisor hubiera estado quieto.

Nótese que si el camión está en reposo, la longitud de onda es la misma en todas direcciones

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El hecho de que la fuente sonora esté en movimiento hace que el tono del audio sea otro, ya que la longitud

de la onda se ha recortado.

RADAR DE VELOCIDAD

Una antena acoplada al aparato emite una señal de radar, formando un haz de lectura. Así que un vehículo

entra en este haz, parte de la señal es reflejada y recibida por la antena. En la unidad de procesamiento del

equipo la frecuencia es transmitida y comparada a la frecuencia reflejada, de la cual se calcula la velocidad

efectiva del vehículo medido. Si el vehículo se aproxima al radar, la frecuencia de la señal reflejada aumenta y

cuando se aleja del radar, la frecuencia reflejada es menor. En base a este cambio, los radares identifican

automáticamente el sentido del vehículo.

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El radar emite una señal, que es reflejada cuando es detectada la presencia del vehículo en movimiento.

El radar envía ondas en una frecuencia definida contra el vehículo que puede estar aproximándose o

alejándose del equipo y ondas con frecuencias diferentes retornan al radar. Debido al efecto Doppler, surge

una alteración de frecuencia proporcional a la velocidad del vehículo medido.

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COMPONENTES DE UN RADAR

• Transmisor

• Antena

• Receptor

• Indicador

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El transmisor emite el haz de ondas electromagnéticas a través de una antena que concentra las ondas en un

haz apuntando en la dirección deseada

La antena capta la energía contenida en dicha señal y la envía al receptor

El receptor está sintonizado a la misma frecuencia de transmisión y se encarga de amplificar los ecos devueltos

y transformarlos en información capaz de ser representada en pantalla.

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Las ondas de radio se desplazan aproximadamente a 300.000 km/seg. No es como la radiodifusión. Los

transmisores y receptores de radar suelen hallarse juntos

Mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático, el receptor del radar genera una señal en el

dispositivo de visualización

RADAR DE PULSOS

El radar de pulsos envía señales en ráfagas muy cortas (millonésimas de segundo) pero de una potencia muy

elevada. Para poder determinar la distancia el radar de pulsos mide el tiempo que la señal tarda en alcanzar el

objetivo y volver al receptor (tiempo de vuelo). A partir de este tiempo y la velocidad de propagación de una

onda electromagnética se calcula la distancia.

Señal transmitida en un radar de pulsos.

RADAR SAR

Los SAR (Synthetic Aperture Radar) son sistemas de radares que generan imágenes de alta resolución. Una

apertura sintética o antena virtual. Consiste en un extenso arreglo de sucesivas y señales de radar que son

transmitidas y recibidas por una pequeña antena que se mueve a lo largo de un determinado recorrido de

vuelo u órbita. El procesamiento de la señal usa las magnitudes y fases de la señal recibida sobre sucesivos

pulsos para crear una imagen.

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RADARES RAR

Los RAR son equipos donde el tamaño de la antena es controlado por la longitud física de la antena.

La ventaja de los equipos RAR esta en su diseño simple y en el procesamiento de los datos. Sin embargo su

resolución es pobre para el rango cercano, misiones de baja altitud y longitudes de onda baja.

Debido a que las misiones vuelan a baja altitud y su cobertura es pequeña.

La resolución de la imagen es limitada por la longitud de la antena. La antena necesita tener varias veces el

tamaño de la longitud de onda para reducir el ancho de banda de la señal emitida.

Sin embargo es impráctico diseñar una antena suficientemente grande como para producir datos de alta

resolución.

La resolución de la imagen en la dirección del alcance es dependiente en la longitud del pulso emitido; pulsos

más cortos dan lugar a una resolución más fina.

A = dirección del alcance; B = alcance terrestre; C = alcance inclinado

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REFLECTOR PARABÓLICO

En estos sistemas, a menudo se usan dos frecuencias radar en la misma antena para permitir control

automático.

RADAR DE ONDA CONTINUA

Los radares de onda continua, como su nombre indica, utilizan señales continuas en vez de ráfagas cortas. Se

diferencian dos tipos, el radar doppler y el radar FM.

El radar doppler se utiliza para realizar medidas precisas de la velocidad de un objeto. Este tipo de radar

transmite una onda continua de frecuencia fija. Cuando esta señal encuentra un objeto en movimiento la

frecuencia de la onda reflejada cambia con respecto a la transmitida que se toma de referencia. Utilizando esta

variación de frecuencia el radar determina la velocidad del objetivo.

Los radares de tráfico de la policía y los utilizados en competiciones deportivas son algunos ejemplos de

radares con esta tecnología.

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CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE RADAR

Según el número de antenas

Monoestático: es el término dado a un radar en la que están colocados el transmisor y el receptor.

Bioestático: comprende un transmisor y un receptor que están separados por una distancia que es comparable

a la distancia al objetivo previsto

Multiestático: combina la información recibida por varias antenas.

Según el blanco

Radar primario: funciona con independencia del blanco, dependiendo solamente de la RCS del mismo.

(Revision Control System) o RCS es una implementación en software del control de versiones que automatiza

las tareas de guardar, recuperar, registrar, identificar y mezclar versiones de archivos.

Radar secundario: el radar interroga al blanco, que responde, normalmente con una serie de datos (altura del

avión, etc.). En el caso de vehículos militares, se incluye el identificador amigo-enemigo.

Según la forma de onda

Radar de onda continua (CW): transmite ininterrumpidamente. El radar de la policía suele ser de onda

continua y detecta velocidades gracias al efecto Doppler.

Radar de onda continua con modulación (CW-FM, CW-PM): se le añade a la señal modulación de fase o

frecuencia con objeto de determinar cuando se transmitió la señal correspondiente a un eco (permite estimar

distancias).

Radar de onda pulsada: es el funcionamiento habitual. Se transmite periódicamente un pulso, que puede estar

modulado o no. Si aparecen ecos de pulsos anteriores al último transmitido, se interpretarán como

pertenecientes a este último, de modo que aparecerán trazas de blancos inexistentes.

Según su ámbito de aplicación

Militar: radares de detección terrestre, radares de misiles autodirectivos, radares de artillería, radares de

satélites para la observación de la Tierra.

Aeronáutico: control del tráfico aéreo, guía de aproximación al aeropuerto, radares de navegación.

Marítimo: radar de navegación, radar anti-colisión.

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Meteorológico: detección de precipitaciones (lluvia, nieve, granizo, etcétera).Circulación y seguridad en ruta:

control de velocidad de automóviles, radares de asistencia de frenado de urgencia (ACC, Adaptive Cruise

Control).

Científico: en satélites para la observación de la Tierra, para ver el nivel de los océanos, encontrar restos

arqueológicos, etc.

RADAR DE NAVEGACIÓN

Se utiliza para obtener información acerca de la distancia a la que se encuentra un objeto y la dirección que

lleva el mismo.

Es sumamente útil para evitar cualquier tipo de colisión, ya que permite detectar todo tipo de objeto no

señalizado, como así también otras naves y elevaciones geográficas ante cualquier condición climática ,

permitiendo de esta manera que el avión obtenga información a cerca de zonas de clima inhóspito, neblinas,

nubes importantes y factores que limiten la visibilidad humana.

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RADAR SECUNDARIO (SSR - SECUNDARY SURVEILLANCE (VIGILANCIA) RADAR)

Este tipo de radar basa su funcionamiento en la respuesta del objetivo, por lo tanto necesita de la cooperación

del objeto, como ser el avión, para poder detectarlo. Generalmente los radares secundarios se utilizan para

tareas de navegación y de comunicación.

RADAR METEOROLÓGICO

Presenta información acerca de áreas tormentosas, bancos de niebla, lluvias, entre otras inclemencias

climáticas, a lo largo de una ruta. Esta información es sumamente útil, ya que permite que el avión tome otra

ruta de vuelo para así evitar las zonas de clima riguroso.

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RADAR DE VIGILANCIA.

Este tipo de radar permite detectar aquellos objetos que se encuentren en la proximidad de la nave

proporcionando una alerta temprana.

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RADAR DE CONTROL DE TIRO

Este dispositivo se encarga de identificar un objetivo determinado, de realizar la adquisición del mismo y de

seguirlo automáticamente. También puede determinar el alcance, el azimut y la elevación de un objetivo para

que luego el sistema de ataque pueda apuntar y disparar automáticamente.

RADAR DE RUTA (SAR – RADAR DE ABERTURA SINTÉTICA)

Este radar utiliza una antena sintéticamente ampliada que se encarga de recopilar los datos del radar a lo largo

de una parte de la ruta de vuelo, que puede ser desde varios cientos de metros a varios kilómetros. Estos datos

son procesados por la computadora y corregidos por algoritmos especiales del SAR. Mediante esta técnica se

pueden obtener las resoluciones de desviación lateral en cuanto a medición y submedición.

RADAR DE BLANCOS EN MOVIMIENTO (ISAR – RADAR DE ABERTURA SINTÉTICA INVERSA)

Gracias al refinamiento y la mejora del principio clásico de SAR en materia de imágenes radar se logró el modo

SAR inverso (ISAR), el cual permite la toma de imágenes exacta de blancos en movimiento, tanto de superficie

como aéreos, a distancias muy grandes. La calidad de estas imágenes ISAR casi llega a ser igual a la de una

fotografía, por lo que la clasificación y la identificación de un objetivo a cientos de kilómetros, y mucho más

lejos del alcance de cualquier instrumento óptico, es posible. Este sistema se basa en la amplia experiencia de

procesamiento de señales radar y se apoya en amplias campañas de recopilación y análisis de datos. EADS (uno

de los fabricantes de ISAR) ha desarrollado modos ISAR altamente eficaces para la clasificación de buques.

Las prestaciones del sistema se ponen de manifiesto con estas imágenes navales ISAR, de buques localizados a

una distancia de aproximadamente 100 Km.

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RADAR DE CONTROL DE TIRO Y GUIADO DE MISILES ( AN/APG 65-GY)

El AN/APG 65-GY es un radar multimodo con control de tiro y guiado de misiles. La eficiencia de combate del

cazabombardero F-4F Phantom de las Fuerzas Aéreas Alemanas ha sido mejorada incorporando un sistema

radar AN/APG 65 modificado para el control de tiro y el guiado de misiles AMRAAM. La versión modificada del

radar también se utiliza para el programa de actualización de aviónica del F-4E de las Fuerzas Aéreas Griegas. A

la derecha se observa este radar con sus respectivos componentes, el Receptor y Exitador, el procesador de

datos, el procesador de señales radar, la unidad de enfriamiento y manejo de temperatura, y el Transmisor.

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RADAR DE DETECCIÓN Y SEGUIMIENTO DE BUQUES, AVIONES, SUBMARINOS (OCEAN)

El Ocean es un radar de comprensión de impulsos coherente con notables prestaciones. Trabaja en multimodo

operativo y posee capacidad de crecimiento potencial por medio de la programación del software. Posee una

interfase flexible e integración simple en una amplia variedad de plataformas aéreas. Sirve para la detección y

el seguimiento de buques, submarinos sumergidos y aviones.

RADAR DE DETECCIÓN AUTOMÁTICA Y SEGUIMIENTO

Un ejemplo de este tipo de radar es el pulso Doppler AN/APG-70 X-band que utiliza el avión F- 15. Este radar

tiene la capacidad de detectar objetivos pequeños a muy baja altura, como así también a gran altura, y a una

gran distancia.

Una vez que el radar detecta un objetivo, envía la información obtenida a la computadora principal, que en

este caso es una IBM CP-1075 de 96K, para que ésta se encargue de seleccionar, por medio del software, cual

es el arma apropiada y efectiva para utilizar de acuerdo al objetivo detectado, para poder asegurar de esta

manera un correcto desempeño del arma seleccionada y utilizada, ya sean misiles, ametralladoras o cañones.

Este radar tiene la propiedad de poder trabajar muy eficazmente en combates cerrados, ya que puede ubicar

automáticamente aviones o armamento enemigo, y luego enviar la información obtenida al Head-Up Display

AN/AVQ-20.

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RADAR DE DETECCIÓN Y SEGUIMIENTO DE BLANCOS AÉREOS, NAVALES, PRESENTACIÓN DEL TERRENO,

NAVEGACIÓN

El ECR 90 aporta un conjunto de nuevas tecnologías que cumplen con los más avanzados requisitos de última

generación. Dispone de varios sistemas de modos operativos, incluyendo detección y seguimiento de objetivos

aéreos y navales, tareas de navegación, así como también presentación del terreno, lo cual permite realizar la

detección, identificación y ataque a los objetivos bajo cualquier condición climática.

Este radar puede encargarse del lanzamiento de seis misiles guiados aire-aire AMRAAM, aportando al sistema

de armas del Eurofighter una espectacular eficiencia de combate