Principios del radar marino: usos y estándares de la industria explicados

Imagina navegar en medio de una densa niebla en mar abierto con visibilidad limitada. ¿Cómo puedes evitar colisiones con otras embarcaciones y llegar a tu destino de forma segura? El radar marino, una tecnología que surgió durante la Segunda Guerra Mundial, sirve como los "ojos y oídos" de la navegación marítima. Esta guía completa explora la tecnología del radar marino, desde los principios fundamentales hasta las aplicaciones prácticas y las normas reglamentarias.

La comprensión del radar marino comienza con su diagrama de bloques del sistema. Si bien los sistemas de radar reales pueden ser más complejos, este diagrama simplificado proporciona conocimientos esenciales sobre los componentes del radar, lo que constituye una base para un aprendizaje más profundo.

Los sistemas de radar transmiten ondas electromagnéticas en pulsos en lugar de flujos continuos. Estos pulsos tienen duraciones y frecuencias de repetición específicas, y los diferentes parámetros de la forma de onda afectan el rendimiento de la detección. Las formas de onda de radar comunes incluyen pulsos rectangulares y pulsos modulados en frecuencia lineal.

El radar marino consta de cuatro componentes principales que trabajan juntos para detectar y mostrar objetivos:

• Transmisor: Genera pulsos electromagnéticos de alta frecuencia: el "corazón" del radar.
• Antena (Escáner): Transmite pulsos y recibe ecos: los "ojos y oídos" del radar.
• Receptor: Amplifica y procesa las débiles señales de eco para extraer información del objetivo: el "sistema nervioso".
• Pantalla: Presenta la información procesada visualmente para la interpretación del operador: el "cerebro".

El transmisor comprende una fuente de alimentación, una línea de retardo, un modulador, un disparador y un magnetrón. El disparador genera pulsos que controlan el modulador para producir pulsos de alto voltaje, que impulsan el magnetrón para crear oscilaciones de alta frecuencia transmitidas a través de una guía de ondas o un cable coaxial.

La antena transmite pulsos direccionales y recibe ecos mientras gira a una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) predeterminada para escanear las áreas circundantes. Normalmente se monta en el punto más alto del barco (por ejemplo, la cubierta de la brújula) para evitar obstrucciones.

Compuesto por una celda TR, un oscilador local, un mezclador, un amplificador de FI y un amplificador de video, el receptor amplifica las débiles señales de eco y las convierte en señales compatibles con la pantalla a través de la amplificación y la demodulación.

Tradicionalmente utilizando tubos de rayos catódicos (CRT), las pantallas de radar presentan la información del objetivo en un formato de indicador de posición del plano (PPI): una vista a vista de pájaro. El haz de electrones crea líneas de exploración radiales sincronizadas con PRF, con ecos que aparecen como puntos brillantes que indican objetivos.

El radar calcula la distancia del objetivo midiendo el tiempo entre la transmisión del pulso y la recepción del eco. El punto de exploración se mueve radialmente a la mitad de la velocidad de propagación de la onda electromagnética. Al llegar al borde de la pantalla, la onda ha recorrido el doble de la distancia del radio de la pantalla. Los objetivos aparecen como puntos brillantes a distancias correspondientes, mejorados por anillos de alcance y marcadores de alcance variable (VRM) para mayor precisión.

La antena direccional gira en el sentido de las agujas del reloj (vista desde arriba) a 12-30 rpm. La pantalla sincronizada muestra el rumbo del objetivo como el ángulo desde el centro de la pantalla (0° en la parte superior) hasta el punto del objetivo. Un marcador de rumbo fijo indica el rumbo del barco.

El radar marino opera principalmente en dos bandas de frecuencia con características distintas:

Operando a 8-12 GHz (típicamente 9 GHz) con una longitud de onda de 3 cm:

• Ventajas: Mayor resolución para la detección de objetivos pequeños/desorden; antena compacta adecuada para embarcaciones pequeñas.
• Desventajas: Alcance más corto; mayor interferencia meteorológica (lluvia/niebla).

Operando a 2-4 GHz (típicamente 3 GHz) con una longitud de onda de 10 cm:

• Ventajas: Mayor alcance de detección; mejor rendimiento en condiciones meteorológicas adversas.
• Desventajas: Menor resolución; mayor tamaño de la antena.

El Capítulo V del Convenio Internacional para la Seguridad de la Vida Humana en el Mar (SOLAS) exige:

• Buques >300 GT: Un radar de 9 GHz más ECDIS o dispositivo de trazado electrónico.
• Buques >3000 GT: Radar adicional de 3 GHz y ayuda de trazado de radar automático (ARPA).

Revisado por la Resolución MSC.192(79) de la OMI en 2004, las normas clave incluyen:

1. Precisión: Error de distancia ≤30 m o 1% (el que sea mayor); error de rumbo ≤1°.
2. Resolución: Pantalla separada para objetivos a 40 m de distancia en alcance o a 2,5° de distancia en rumbo.
3. Rendimiento mantenido durante ±10° de balanceo/cabeceo del barco.
4. Indicación proporcionada cuando no se detectan objetivos.
5. Funcionamiento completo en 4 minutos desde el arranque en frío; 5 segundos desde el modo de espera.
6. Escalas de alcance requeridas: 0,25-24 millas náuticas (se permiten escalas adicionales).
7. Mínimo dos VRM con lecturas digitales que coincidan con la resolución de la escala.
8. Escala de rumbo fuera del área de visualización con numeración de 30° y graduaciones de 5°.
9. Alarmas para señales/sensores fallidos (giroscopio, registro, rumbo, video, sincronización, rumbo).
10. Mínimo cuatro líneas de índice paralelas independientes con controles individuales.