UNIVERSIDAD DE OVIEDO Manuel Rico

RADAR
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Manuel Rico-Secades
ÍNDICE
RADAR:
 Definición.
 Historia.
 Funcionamiento.
 Tipos de radar.
 Sistema secundario de radar.
 Campos de aplicación.
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DEFINICIÓN
Radar: es un acrónimo de radio detection and ranging (detección y medición
de distancias mediante ondas radioeléctricas). En primera instancia fue un
dispositivo para localizar y determinar la distancia de objetos, tales como
barcos o aviones, fundado en la medición del tiempo que tarda en volver, una
vez reflejado en el objeto en cuestión, un impulso de radiofrecuencia que
envía el propio radar. Actualmente el radar puede generar imágenes
cuasireales y cuasitridimensionales, a partir de la tecnología militar de
radares doppler con antena expandida por síntesis de software.
Dado que se conoce la velocidad de propagación de las ondas
radioeléctricas (que es la velocidad de la luz) es relativamente fácil conocer
la distancia a la que se encuentra el objeto.
En cuanto a la dirección en que se halla el objeto, se determina por el uso de
antenas parabólicas que son altamente direccionales, por lo que sólo emiten
y reciben en un ángulo muy pequeño.
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HISTORIA
Todos los sistemas de radar utilizan un transmisor de radio de alta frecuencia
que emite un haz de radiación electromagnética, con una radiación de longitud
de onda comprendida entre algunos centímetros y cerca de 1 m. Los objetos
que se hallan en la trayectoria del haz reflejan las ondas de nuevo hacia el
transmisor. El radar se fundamenta en las leyes de la reflexión de las ondas de
radio, implícitas en las ecuaciones que controlan el comportamiento de las
ondas electromagnéticas, planteadas por el físico británico James Clerk
Maxwell en 1864. Estas leyes quedaron demostradas por primera vez en 1886
a la vista de los experimentos del físico alemán Heinrich Hertz. El ingeniero
alemán Christian Hülsmeyer fue el primero en sugerir el aprovechamiento de
este tipo de eco mediante su aplicación a un dispositivo de detección diseñado
para evitar colisiones en la navegación marítima. En 1922 el inventor italiano
Guglielmo Marconi desarrolló un aparato similar.
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El primer experimento satisfactorio de detección a distancia tuvo
lugar en 1924, cuando el físico británico Edward Victor Appleton
utilizó el eco de las ondas de radio para averiguar la altura de la
ionosfera —una capa ionizada de la atmósfera más alta capaz
de reflejar las ondas de radio más largas. Al año siguiente los
físicos norteamericanos Gregory Breit y Merle Antony Tuve
llegaron de forma independiente a los mismos valores para la
ionosfera al usar la técnica de radioimpulsos que más tarde se
incorporó a todos los sistemas de radar. Su desarrollo no fue
posible hasta que no se perfeccionaron las técnicas y equipos
electrónicos en los años treinta.
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El primer sistema útil de radar lo construyó en 1935 el físico británico Robert
Watson-Watt. Sus investigaciones proporcionaron a Inglaterra una ventaja
de partida en la aplicación de esta tecnología estratégica; en 1939 ya
disponía de una cadena de estaciones de radar en las costas meridionales y
orientales capaces de detectar agresiones tanto por aire como por mar. Ese
mismo año dos científicos británicos lograron el avance más importante para
la tecnología del radar durante la II Guerra Mundial. El físico Henry Boot y el
biofísico John T. Randall inventaron un tubo de electrones denominado
magnetrón de cavidad resonante. Este tipo de tubo es capaz de generar
impulsos de radio de alta frecuencia con mucha energía, lo que permitió el
desarrollo del radar de microondas, que trabaja en la banda de longitudes de
onda muy pequeñas, inferiores a 1 cm, usando el láser. El radar de
microondas, conocido también como LIDAR (light detection and ranging), se
utiliza hoy en el sector de las comunicaciones y para medir la contaminación
atmosférica.
Los sistemas de radar más evolucionados que se construyeron en los años
treinta jugaron un papel decisivo en la batalla de Inglaterra, que se libró de
agosto a octubre del año 1940, y en la que la Luftwaffe de Adolf Hitler
fracasó en su intento de adueñarse del espacio aéreo inglés. Aunque los
alemanes disponían de sistemas propios de radar, los ejércitos británico y
estadounidense supieron preservar su superioridad técnica hasta el final de
la guerra.
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FUNCIONAMIENTO
Las ondas de radio se desplazan a 300.000 km, la velocidad de la luz.
Los equipos de radar están compuestos por un transmisor, una antena,
un receptor y un indicador. A diferencia de la radiodifusión, en la que el
transmisor emite ondas de radio que son captadas por el receptor, los
transmisores y receptores de radar suelen hallarse juntos. El transmisor
emite un haz de ondas electromagnéticas a través de una antena que
concentra las ondas en un haz coherente apuntando en la dirección
deseada. Cuando las ondas chocan con un objeto que se halla en la
trayectoria del haz, algunas se reflejan y forman una señal de eco. La
antena capta la energía contenida en dicha señal y la envía al receptor.
Mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático el
receptor del radar genera una señal en el dispositivo de visualización,
por lo general una pantalla de computadora.
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Funcionamiento:

Transmisores.
 Antenas.
 Receptores.
 Tratamiento informático.
 Pantallas de radar.
 Modulador de impulsos
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Transmisores:
El funcionamiento del radar implica que el transmisor emita una gran cantidad de
energía para recibir, detectar y cuantificar una mínima fracción (una billonésima de
una billonésima) de toda la energía de radio devuelta en forma de eco. Una forma
de solucionar el problema de detectar este eco ínfimo en presencia de la enorme
señal emitida es el sistema de impulsos. Durante un lapso de 0,1 a 5
microsegundos se emite un impulso de energía; a continuación, el transmisor
permanece en silencio durante un espacio de centésimas o milésimas de
microsegundo. Durante la fase de impulso, o emisión, el receptor queda aislado
de la antena por medio de un conmutador TR (transmisor-receptor); durante el
periodo entre impulsos, esta desconexión se efectúa con un conmutador ATR
(anti-TR).
El radar de onda continua emite una señal continua, en vez de impulsos. El radar
Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un
coche o una pelota, transmite con una frecuencia constante. Las señales
reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán diferentes
frecuencias a causa del efecto Doppler.
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La diferencia de frecuencias guarda la misma relación con la
emitida que la existente entre las velocidades del objetivo y
la de la luz. Un objetivo que se desplaza en dirección al
radar con una velocidad de 179 km/h altera la frecuencia de
un radar de 10-cm (3.000 MHz) exactamente en 1 kHz.
Si el receptor del radar está diseñado de forma que rechace
aquellos ecos que poseen la misma frecuencia que el
transmisor y sólo amplifique los de frecuencia distinta,
únicamente visualizará los objetivos móviles. Tales
receptores pueden seleccionar vehículos en movimiento en
total oscuridad, como hace la policía para medir la velocidad
de los automóviles.
El radar de frecuencia modulada (FM) emite una señal
continua cuya frecuencia va cambiando de manera uniforme.
La diferencia entre las frecuencia del eco y la del transmisor
en el momento de la recepción de aquél permite calcular la
distancia existente entre transmisor y objetivo. Estos
sistemas son más exactos que los de impulsos, aunque
tienen un alcance menor.
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Antenas:
Las antenas de radar tienen que ser muy directivas;
es decir, tienen que generar un haz bastante
estrecho. Como la anchura del haz es directamente
proporcional a la longitud de onda de la radiación e
inversa a la anchura de la antena, y dado que no
resulta viable utilizar antenas grandes en las
unidades móviles de radar, surgió la necesidad de
construir el radar de microondas.
Otras ventajas de los radares de microondas son su
menor vulnerabilidad a las medidas preventivas del
enemigo, tales como las perturbaciones, y la mayor
resolución de los objetivos. El movimiento necesario
del haz del radar se consigue imprimiendo un
movimiento denominado barrido.
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La forma más sencilla de barrido
consiste en hacer girar lenta y
continuamente la antena. Los radares
de tierra que se emplean para la
detección de aviones a menudo llevan
dos equipos de radar: uno efectúa el
barrido en sentido horizontal para
visualizar el avión y calcular el acimut,
la distancia angular horizontal, y el
otro lo realiza en sentido vertical para
fijar su elevación. Muchas de las
actuales antenas de radar llevan una
batería con direccionamiento
electrónico.
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Receptores:
El receptor ideal debe ser capaz de amplificar y medir una señal
muy débil con una frecuencia muy elevada. Como hasta ahora no
se ha conseguido construir un amplificador móvil que cumpla esta
función de forma satisfactoria, la señal se convierte a una
frecuencia intermedia de 30 MHz mediante un circuito
superheterodino y se amplifica a dicha frecuencia. La altísima
frecuencia de la señal del radar exige un oscilador y un mezclador
con una precisión muy superior a la que se utiliza en los receptores
normales de radio; no obstante, ya se han construido circuitos
apropiados que utilizan como osciladores tubos de microondas de
alta potencia denominados klystrons. La conversión de la
frecuencia intermedia se efectúa de forma habitual y la señal se
envía a continuación a una computadora.
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Tratamiento informático:
La mayoría de los radares modernos convierten la señal analógica
recibida a una secuencia de números por medio de un convertidor
analógico digital. Un ordenador de alta velocidad se encarga de procesar
esta secuencia y extraer la información relativa al objetivo. En primer
lugar, la señal retorna de tierra, donde se eliminan los objetos irrelevantes
mediante un filtro indicador de objetivo móvil (MTI). A continuación se
fracciona la señal en componentes discretos de frecuencia por medio de
un transformador rápido de frecuencias (FFT). Por último, una vez
combinadas las señales de muchos pulsos, se determina el objetivo
mediante el procesador de frecuencia constante de falsa alarma (CFAR).
Los sistemas de radar cuya función principal consiste en detectar
objetivos tienen que indicar la presencia o ausencia de éstos. Si el
objetivo se halla realmente presente, el radar tendrá que detectarlo
correctamente o ignorarlo por error. Si el objetivo no está presente de
verdad, el radar puede indicar que no hay presencia del objetivo o puede
producir una falsa alarma. La computadora CFAR tiene que ponderar de
forma óptima las detecciones frente a las falsas alarmas.
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Pantallas de radar:
Las pantallas modernas de radar
recuerdan a los complejos visores
de los videojuegos.
La detección de objetivos, la
velocidad y la posición se pueden
sobreponer a un mapa con la
representación de carreteras u otras
características importantes.
Ciertos radares aéreos o en órbita espacial procesan las señales que retornan de
tierra y proyectan un mapa de alta resolución del terreno. A menudo se pueden
reconocer objetos tan pequeños como un camión a varios kilómetros de distancia,
de noche y en condiciones meteorológicas adversas. La mayoría de los últimos
avances en cuanto a pantallas y procesos de radar son consecuencia de los
adelantos en el mundo de las computadoras y la electrónica de alta velocidad.
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Modulador de impulsos
Todo equipo de radar normal posee otro componente
importante: el modulador de impulsos. Este dispositivo se
encarga de extraer continuamente corriente de una fuente
de potencia, como un generador, para alimentar el
magnetrón del transmisor con impulsos del voltaje,
potencia, duración e intervalo precisos. El impulso debe
comenzar y finalizar de manera abrupta, pero la potencia y
el voltaje no deben variar de forma apreciable durante el
impulso.
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TIPOS DE RADAR

Según número de antenas.
 Según su funcionamiento.
 Según su modulación.
 Según su finalidad.
 Otros tipos.
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Según número de antenas:

Monoestático:Una sola antena transmite y recibe.
 Biestático: Una antena transmite y otra recibe, en un
mismo o diferentes emplazamientos.

Multiestático: combina la información recibida por varias
antenas.
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Según su funcionamiento:

Primario: Funciona con independencia del blanco,
dependiendo solamente de la RCS del mismo.

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 amigoenemigo.
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Según su modulación:

Radar de onda continua (CW): Transmite
ininterrumpidamente, normalmente con algún tipo de
modulación que permite determinar cuando se transmitió la
señal correspondiente a un eco. El radar de la policía suele ser
de onda continua y efecto Doppler.

Radar de onda pulsada. Es el funcionamiento
habitual. Se transmite un pulso, que puede estar modulado o
no, y se espera a recibir su eco, antes de lanzar el siguiente
pulso. Si aparecen ecos de pulsos anteriores al último
transmitido, se interpretarán como pertenecientes a este último,
de modo que aparecerán trazas de blancos inexistentes.
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Según su finalidad:

Radar de seguimiento:
Es capaz de seguir el
movimiento de un blanco. Por
ejemplo el radar de guía de
misiles.

Radar de búsqueda:
Explora todo el espacio, o un
sector de él, mostrando todos los
blancos que apa21recen.
Existen radares con capacidad
de funcionar en ambos modos.
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Otros tipos:

Radar tridimensional: Es capaz de
determinar la altura del blanco, además de su
posición sobre el plano.

Radar de imágenes laterales o radar
de apertura sintética (SAR): Permite la
obtención de imágenes del terreno, similares a
fotografías. Funcionan mediante una antena virtual
sintetizada matemáticamente, que puede tener
dimensiones de cientos de metros, permitiendo
resoluciones de la imagen inferiores a metros.
Normalmente se mueve el radar, pero también
existen sares que son fijos y lo que se mueve es el
blanco, que pasa ante ellos. Un ejemplo de esto es la
utilización del radiotelescopio de Arecivo para
cartografiar Venus.
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SISTEMA SECUNDARIO DE
RADAR
Los sistemas de radar descritos reciben el
nombre de sistemas primarios y funcionan
sobre el principio de un eco pasivo
procedente del objetivo. Hay otro grupo
de equipos de radar, conocidos
globalmente como sistemas secundarios,
que se basan en una respuesta del
objetivo; la mayoría de estos equipos se
utilizan en la navegación y en la
comunicación.
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Sistema secundario de radar:

Radiofaro de respuesta.

Identificación de radar.(IFF)
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Radiofaro de respuesta:
Un faro de radar, también denominado racon,
es un equipo secundario de radar que emite un
impulso cada vez que recibe otro. Estos faros
amplían en gran medida el alcance de los
radares, ya que un impulso emitido, aunque
proceda de un transmisor de baja potencia,
siempre es mucho más potente que el eco. El
transmisor de radar que emite el impulso inicial
se denomina el interrogador y la acción de
este impulso sobre el faro recibe el nombre de
disparo. El radiofaro en su versión más sencilla
emite, casi instantáneamente un único impulso
de la misma frecuencia recibida, que actúa
como un potente eco.
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Sin embargo, los radiofaros pueden presentar
muchas variantes; por ejemplo, el faro puede
responder con una frecuencia distinta o puede
incorporar un retardo, de manera que parezca
hallarse a mayor distancia del interrogador. Estos
retardos se utilizan en los sistemas de aterrizaje
asistido para medir la distancia desde la pista de
aterrizaje en vez de desde el radiofaro. El radiofaro
puede estar diseñado para que sólo se dispare por
impulsos dentro de una estrecha gama de
frecuencias, con una longitud determinada o
cualquier otra característica; los radiofaros también
pueden devolver una respuesta codificada,
garantizando que el navegante no pueda confundir
el punto que aparece en su pantalla. En tiempos de
paz los radiofaros más sencillos resultan de gran
utilidad como ayudas a la navegación, sobre todo si
se emplean junto con equipos de radar de baja
potencia
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Identificador de radar. (IFF)
Se trata de un radiofaro codificado, instalado en aviones
con fines de identificación en tiempo de guerra; IFF es la
abreviatura de Identification, Friend or Foe. Durante la
II Guerra Mundial, todos los aviones y barcos aliados
llevaban equipos IFF y aunque muchos de ellos cayeron
en manos del enemigo, nunca pudieron ser utilizados de
forma eficaz para confundir a las fuerzas aliadas, ya que
la codificación de la interrogación y la respuesta se
modificaba habitualmente. El mayor problema planteado
por el IFF radicaba en la confusión de señales en
situaciones de gran densidad de tráfico aéreo. Los
equipos IFF poseían un interruptor de emergencia que al
ser accionado por un miembro de la tripulación de un
avión en apuros alertaba de inmediato al radar
interrogante fijando la posición de aquél.
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CAMPOS DE APLICACIÓN


Geología
Análisis de estructuras geológicas (fracturas, fallas, pliegues y
foliaciones); litotipos, geomorfología (relieve y suelos) e
hidrografía para investigación de recursos minerales;

Evaluación del potencial de los recursos hídricos superficiales y
subterráneos;

Identificación de áreas para prospección mineral.

Agricultura

Planeamiento y monitoreo agrícola;
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CAMPOS DE APLICACIÓN










Identificación, mapeo y fiscalización de cultivos agrícolas;
Determinación relativa de la humedad de los suelos; eficiencia
de sistemas de irrigación.
Cartografía
Levantamiento planimétrico (escalas 1:20.000 a 1:50.000);
Levantamiento altimétrico (interferometría).
Bosques
Gerencia y planeamiento de bosques;
Determinación de grandes clases de bosques;
Identificación de la acción de determinadas enfermedades;
Elaboración de cartografía referente a deforestación;
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CAMPOS DE APLICACIÓN






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


Identificación de áreas de corte selectivo;
Estimativa de biomasa.
Hielo y nieve
Mapeo/clasificación de hielo;
Monitoreo del deshielo-inundaciones
Hidrología
Gerencia y planeamiento de los recursos hídricos;
Detección de la humedad del suelo;
Interpretación de parámetros hidrológicos: transmisividad,
dirección de flujo, permeabilidad, entre otros.
Medio Ambiente
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CAMPOS DE APLICACIÓN








Planeamiento y monitoreo ambiental;
Identificación, evaluación y monitoreo de recursos hídricos y de
los procesos físicos del medio ambiente (intemperismo, erosión,
deslizamientos, entre otros);
Identificación y análisis de la degradación causadas por
mineralizaciones, deposición de residuos, acción antrópica,
entre otros;
Identificación, análisis y monitoreo de riesgos ambientales.
Oceanografía
Monitoreo del estado del mar, corrientes, frentes de viento;
Espectro de ondas para modelos numéricos de previsión;
Mapeo de la topografía submarina (condiciones específicas);
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CAMPOS DE APLICACIÓN

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








Polución marina causada por derrames de petróleo;
Detección de barcos - pesca ilegal;
Apoyo para el establecimiento de rutas marítimas.
Uso de la Tierra
Planeamiento del uso de la tierra;
Clasificación de suelos;
Clasificación del uso de la tierra;
Inventario, monitoreo (detección de cambios), planeamiento;
Patrones de irrigación/déficit hídrico;
Salinización de suelos.
Radares Meteorológicos Doppler
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FAR-2127
RADAR
ARPA
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Descripción general:








Procesamiento avanzado de la señal para detectar mejor con
mala mar.
Presentación LCD proporcionando impactantes imágenes radar.
Diseñado para cumplir con los requerimientos SOLAS para
barcos inferiores a 10.000 TRB.
Hasta cuatro radares pueden ser interconmutados en la red sin
necesidad de un dispositivo extra.
Ploteo/seguimiento automático de 100 blancos, adquiridos
manualmente o automáticamente.
Fácil de operar por teclas función configurables, módulo de
mano con bola/rueda control y controles giratorios.
Magnetrones con espurios bajos,cumpliendo los estándares de
emisión ITU-R.
Presenta 1000 blancos AIS
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Funciones del radar:

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



Presentación de datos.
Asociación de blanco.(Fusión)
Marcas y símbolos para ARPA y AIS.
Zonas de guardia.
Estela de los ecos.
Visión nocturna
Mapa radar.
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Presentación de datos:
Una diversidad de datos de navegación son presentados en celdas como
el estado del barco, datos de ploteo, viento, temperatura del agua e
información de los sensores de a bordo. Estos blancos seleccionados son
marcados con un símbolo cuadrado en la presentación radar.
El aumento es una característica especial de los radares FURUNO serie
FAR-21x7. Esto parece como un zoom de barrido-retrasado que IMO
prohibe estrictamente,pero donde la Administración acepte, la
característica Aumento agranda una parte de la presentación radar para
alguna actividad marítima especial.
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Asociación de blancos(Fusión):
Un barco equipado con un AIS puede ser presentado por símbolos AIS y
ARPA. Esto es debido a que la posición AIS es medida por un GPS en L/L
mientras que el blanco ARPA y sus datos son medidos por la distancia y
demora desde nuestro barco y situado sobre el radar PPI.Cuando los
símbolos están dentro de unos criterios ajustados por el operador, el
símbolo ARPA se fusiona con el símbolo AIS. Los criterios son
determinados por la diferencia en distancia, demora, rumbo, velocidad,
etc.
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Marcas y símbolos para Arpa y Ais:
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Zonas de guardia:
Zona de Adquisición Automática:Dos zonas de
adquisición automáticas pueden ser seleccionadas en sector o de
cualquier forma. Ellas actuan también como zonas de supresión,
evitando una sobrecarga innecesaria al procesador y anti-parásitos
por inhabilitación de la adquisición y seguimiento automáticos fuera de
ellas. Los blancos en la zona de adquisición automática aparecen
como un triángulo inverso. El operador puede adquirir manualmente
blancos importantes sin restricción.
Zona de Alarma CPA:El símbolo de seguimiento del blanco
cambia a un triángulo cuando su rumbo pronosticado (vector) viola
Los CPA/TCPA ajustados por el operador. El operador cambiar
fácilmente la longitud del vector para evaluar la tendencia del
movimiento del blanco.
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Zonas de Guardia y
Zona Vigilancia de
Fondeo:
Las Zonas de Guardia genera
alarmas visuales y sonoras
cuando los blancos entran en las
zonas seleccionadas por el
operador. Una de las Zonas de
Guardia puede ser usada como
vigilancia de fondeo para alertar
que el barco propio o un blanco
se sale de la zona.
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Estela de los ecos:
Las estelas de los blancos genera una
persistencia luminosa monotono o gradual de
todos los objectos de la presentación. La
persistencia dibuja la presentación como en un
PPI análogico. Las estela monotono son útiles
para mostrar el movimiento del barco propio y
otros barcos en las faenas específicas de pesca.
El tiempo de la estela es ajustable en 15, 30 s, 1,
3, 6, 15, 30 min o continuamente. Las estelas
son mostradas en colores diferentes del fondo.
Una característica especial en este radar es la
elección del modo Relativo o Verdadero con
Movto Relativo (sólo Verdadero con TM).
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Visión nocturna:
Este radar tiene la capacidad
de tener visión nocturna, los
colores de la pantalla cambian
al hacerse de noche con un
sensor que lleva incorporado.
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Mapa radar:
Hasta 200 waypoints y hasta 30 rutas
pueden ser almacenadas.Cada ruta
puede incluir hasta 30 waypoints. Un
mapa radar es una combinación de
líneas y marcas por la cual el usuario
puede definir y entrar un area de
navegación, un plan de ruta y datos
demonitorización. El mapa radar tiene
la capacidad de 3.000 puntos para
líneas y marcas. Los datos del mapa
pueden ser memorizados para facilitar
el uso repetido de un área.
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Antenas utilizadas:
Los radares pueden ser conectados a una red Ethernet para una
variedad denecesidades del usuario. El Capítulo V de SOLAS
enmendado requiere radares de banda X y banda S para barcos de
3000 TRB y superiores. Los radares de banda X y banda S pueden
ser interconmutados sin usar una opción extra. Hasta cuatro radares
pueden ser interconmutados en la red. Como adición, la información
de navegación esencial incluida como la carta electrónica, L/L, COG,
SOG, STW, etc.pueden ser compartidas en la red.
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Esquema físico del FAR-2127:
Capacidad de deteccion del blanco
mejorada y un interfaz de usuario
que facilita el mejor y el mas fiable
rendimiento posible
Unidad de Control con teclado
completo:
La unidad de control tiene colocados los
controles en una combinación lógica de
teclas y bola control. Un menú bien
organizado asegura que todas las
operaciones pueden ser realizadas por la
bola control.
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