Una pantalla de radar es un dispositivo electrónico que presenta datos de radar al operador. El sistema de radar transmite pulsos u ondas continuas de radiación electromagnética , una pequeña porción de las cuales se dispersa en los objetivos (intencionados o no) y regresa al sistema de radar. El receptor convierte toda la radiación electromagnética recibida en una señal analógica electrónica continua de voltaje variable (u oscilante) que luego se puede convertir en una pantalla.
Los sistemas modernos suelen utilizar algún tipo de pantalla de barrido de trama para generar una imagen similar a un mapa. Sin embargo, al principio del desarrollo del radar, numerosas circunstancias dificultaban la producción de dichas pantallas. Se desarrollaron varios tipos de pantallas diferentes.
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Las primeras pantallas de radar utilizaban osciloscopios adaptados con varias entradas. Un osciloscopio generalmente recibe tres canales de voltaje variable (u oscilante) como entrada y muestra esta información en un tubo de rayos catódicos . El osciloscopio amplifica los voltajes de entrada y los envía a dos imanes de deflexión y al cañón de electrones , produciendo un punto en la pantalla. Un imán desplaza el punto horizontalmente, el otro verticalmente, y la entrada al cañón aumenta o disminuye el brillo del punto. Una fuente de voltaje de polarización para cada uno de los tres canales permite al operador establecer un punto cero.
En una pantalla de radar, la señal de salida del receptor de radar se envía a uno de los tres canales de entrada del osciloscopio. Las primeras pantallas generalmente enviaban esta información al canal X o al canal Y para desplazar el punto en la pantalla e indicar un retorno. Los radares más modernos generalmente usaban una antena giratoria o que se movía de alguna otra manera para cubrir un área mayor del cielo y, en estos casos, la electrónica, esclavizada al movimiento mecánico de la antena, generalmente movía los canales X e Y, y la señal del radar se enviaba al canal de brillo.
La pantalla de radar original, el A-scope o A-display , muestra únicamente la distancia, no la dirección, a los objetivos. A veces se los denomina R-scopes (por range scope ). Los A-scopes se utilizaron en los primeros sistemas de radar durante la Segunda Guerra Mundial , en particular en el sistema Chain Home (CH).
La entrada principal del A-scope era la señal de retorno amplificada recibida del radar, que se enviaba al eje Y de la pantalla. Los retornos hacían que el punto se desviara hacia abajo (o hacia arriba en algunos modelos), dibujando líneas verticales en el tubo. Estas líneas se conocían como "blip" (o "pip"). La entrada del eje X estaba conectada a un generador de voltaje de dientes de sierra conocido como generador de base de tiempo que barría el punto a través de la pantalla, sincronizado para coincidir con la frecuencia de repetición de pulsos del radar. Esto distribuía los blips a través de la pantalla de acuerdo con el momento en que se recibían. Dado que el tiempo de retorno de la señal corresponde al doble de la distancia al objetivo dividida por la velocidad de la luz , la distancia a lo largo del eje indica directamente la distancia a cualquier objetivo. Esto generalmente se medía contra una escala sobre la pantalla. [1]
Las señales de Chain Home se recibían normalmente en un par de antenas dispuestas en ángulos rectos. Utilizando un dispositivo conocido como radiogoniómetro , el operador podía determinar el rumbo del objetivo y, combinando su medición de distancia con el rumbo, podía determinar la ubicación de un objetivo en el espacio. El sistema también tenía un segundo conjunto de antenas, desplazadas verticalmente a lo largo de las torres del receptor. Al seleccionar un par de estas antenas a diferentes alturas y conectarlas al radiogoniómetro, podían determinar el ángulo vertical del objetivo y, por lo tanto, estimar su altitud. Dado que el sistema podía medir tanto el alcance como la altitud, a veces se lo conocía como HR-scope , de "altura-rango".
Los primeros radares estadounidenses , holandeses y alemanes utilizaban el J-scope , que se parecía a una versión circular del A-scope. Estos muestran el alcance como un ángulo alrededor de la cara de la pantalla, en lugar de la distancia lineal a lo largo de ella. Esta disposición permite una mayor precisión en la lectura del alcance con la misma pantalla de tamaño que un A-scope porque el trazo utiliza la circunferencia completa en lugar de solo la distancia horizontal (por lo que la base de tiempo es π veces más larga). [1] Una versión electromecánica de la pantalla J-scope siguió siendo común en los medidores de profundidad para embarcaciones de consumo hasta la década de 1990.
Para mejorar la precisión de las mediciones de ángulos, el concepto de conmutación de lóbulos se hizo común en los primeros radares. En este sistema, se utilizan dos antenas, apuntando ligeramente a la izquierda y a la derecha, o por encima y por debajo, del eje de puntería del sistema. La señal recibida difería en intensidad dependiendo de cuál de las dos antenas apuntara más cerca del objetivo, y sería igual cuando la antena estuviera correctamente alineada. Para mostrar esto, ambas antenas se conectaron a un interruptor mecánico que cambiaba rápidamente entre las dos, produciendo dos puntos en la pantalla. Para diferenciarlos, uno de los dos receptores tenía un retraso para que apareciera ligeramente a la derecha del otro. Luego, el operador balanceaba la antena hacia adelante y hacia atrás hasta que ambos puntos estuvieran a la misma altura. Esto a veces se conocía como K-scope . [2]
Una versión ligeramente modificada del K-scope se utilizaba comúnmente para radares aire-aire (AI) y aire-buque-superficie (ASV) . En estos sistemas, el K-scope se giraba 90 grados para que las distancias más largas se encontraran más arriba en el alcance en lugar de más a la derecha. La salida de una de las dos antenas se enviaba a través de un inversor en lugar de un retardo. El resultado era que los dos puntos se desplazaban a cada lado de la línea de base vertical, ambos en el mismo rango indicado. Esto permitía al operador ver instantáneamente en qué dirección girar; si el punto de la derecha era más corto, necesitaba girar a la derecha. Este tipo de pantallas a veces se denominaban ASV-scopes o L-scopes , aunque el nombre no era universal. [1]
El tamaño de las pantallas A-scope varía, pero se solía utilizar una diagonal de 5 a 7 pulgadas en una pantalla de radar. La serie 7JPx de CRT (7JP1, 7JP4 y 7JP7) se diseñó originalmente como un CRT con pantalla A-scope.
Un B-scope o b-scan proporciona una representación bidimensional del espacio "de arriba hacia abajo", en la que el eje vertical representa normalmente el alcance y el eje horizontal el acimut (ángulo). [1] La pantalla del B-scope representaba una "porción" horizontal del espacio aéreo a ambos lados de la aeronave hasta los ángulos de seguimiento del radar. Las pantallas B-scope eran comunes en los radares aerotransportados de los años 50 y 60, que escaneaban mecánicamente de lado a lado y, a veces, también de arriba a abajo.
El punto se desplazaba hacia arriba por el eje Y de una manera similar al eje X del A-scope, y las distancias "arriba" de la pantalla indicaban un alcance mayor. Esta señal se mezclaba con un voltaje variable generado por un dispositivo mecánico que dependía del ángulo horizontal actual de la antena. El resultado era esencialmente un A-scope cuyo eje de línea de alcance giraba hacia adelante y hacia atrás alrededor de un punto cero en la parte inferior de la pantalla. La señal de radio se enviaba al canal de intensidad, lo que producía un punto brillante en la pantalla que indicaba retornos.
Un E-scope es esencialmente un B-scope que muestra el alcance frente a la elevación, en lugar de alcance frente al acimut. [1] Son idénticos en funcionamiento al B-scope, el nombre simplemente indica "elevación". Los E-scopes se utilizan normalmente con radares de búsqueda de altura , que son similares a los radares aerotransportados pero girados para escanear verticalmente en lugar de horizontalmente, también se los conoce a veces como "radares de inclinación" debido al movimiento de su antena. El tubo de visualización generalmente se giraba 90 grados para poner el eje de elevación vertical con el fin de proporcionar una correlación más obvia entre la pantalla y el "mundo real". Estas pantallas también se conocen como Indicador de alcance y altura , o RHI , pero también se las denominaba comúnmente (de manera confusa) B-scope.
El H-scope es otra modificación del concepto B-scope, pero muestra la elevación, así como el acimut y el alcance. La información de elevación se muestra dibujando un segundo "punto" desplazado del indicador del objetivo por una distancia corta; la pendiente de la línea entre los dos puntos indica la elevación relativa al radar. [1] Por ejemplo, si el punto se desplazara directamente hacia la derecha, esto indicaría que el objetivo está a la misma elevación que el radar. La desviación se crea dividiendo la señal de radio en dos y luego retrasando ligeramente una de las señales para que aparezca desplazada en la pantalla. El ángulo se ajustaba retrasando el tiempo de la señal mediante un retardo; la duración del retardo se controlaba mediante un voltaje que variaba con la posición vertical de la antena. Este tipo de visualización de elevación se podía agregar a casi cualquiera de las otras pantallas y a menudo se la denominaba visualización de "doble punto".
Un C-scope muestra una vista de "diana" del acimut frente a la elevación. El "blip" se mostraba indicando la dirección del objetivo con respecto al eje central del radar o, más comúnmente, la aeronave o el arma a la que estaba conectado. También se los conocía como "indicadores de punto móvil" o "indicadores de punto volante" en el Reino Unido, siendo el punto móvil el blip del objetivo. El alcance generalmente se muestra por separado en estos casos, a menudo utilizando una segunda pantalla como un L-scope. [1]
Casi idéntico al C-scope es el G-scope , que superpone una representación gráfica de la distancia al objetivo. [1] Esto se representa típicamente por una línea horizontal que "crece" desde el punto indicador del objetivo para formar una forma similar a un ala. Las alas crecían en longitud a distancias más cortas para indicar que el objetivo estaba más cerca, al igual que las alas de la aeronave cuando se ven visualmente. A menudo también se proporciona un indicador de alcance de "disparar ahora", que generalmente consiste en dos líneas verticales cortas centradas a cada lado del medio de la pantalla. Para hacer una intercepción, el piloto guía su aeronave hasta que el punto esté centrado, luego se aproxima hasta que las "alas" llenan el área entre los marcadores de alcance. Esta pantalla recreaba un sistema comúnmente utilizado en las miras de armas , donde el piloto marcaba la envergadura de un objetivo y luego disparaba cuando las alas llenaban el área dentro de un círculo en su vista. Este sistema permitía al piloto estimar la distancia al objetivo. En este caso, sin embargo, el alcance se mide directamente mediante el radar y la pantalla imita el sistema óptico para conservar la similitud entre los dos sistemas.
La pantalla PPI proporciona una visualización bidimensional "completa" del espacio aéreo alrededor de un emplazamiento de radar. La distancia desde el centro de la pantalla indica el alcance, y el ángulo alrededor de la pantalla es el acimut hasta el objetivo. La posición actual de la antena del radar se indica normalmente mediante una línea que se extiende desde el centro hasta el exterior de la pantalla, que gira junto con la antena en tiempo real. [1] Es esencialmente un telescopio B extendido a 360 grados. La pantalla PPI es lo que la gente suele considerar una pantalla de radar en general, y se utilizó ampliamente en el control del tráfico aéreo hasta la introducción de las pantallas rasterizadas en la década de 1990.
Las pantallas PPI son en realidad bastante similares a los A-scopes en cuanto a su funcionamiento, y aparecieron bastante rápido después de la introducción del radar. Como ocurre con la mayoría de las pantallas de radar 2D, la salida del receptor de radio se conectaba al canal de intensidad para producir un punto brillante que indicaba los retornos. En el A-scope, un generador de voltaje de dientes de sierra conectado al eje X mueve el punto a lo largo de la pantalla, mientras que en el PPI, la salida de dos de estos generadores se utiliza para rotar la línea alrededor de la pantalla. Algunos de los primeros sistemas eran mecánicos y utilizaban una bobina de deflexión giratoria alrededor del cuello del tubo de visualización, pero la electrónica necesaria para hacer esto utilizando un par de bobinas de deflexión estacionarias no era particularmente compleja y se utilizaba a principios de la década de 1940.
Los tubos de rayos catódicos de radar, como el 7JP4, que se utilizaban para las pantallas PPI, tenían una pantalla circular y escaneaban el haz desde el centro hacia afuera. El yugo de deflexión giraba, lo que hacía que el haz girara de forma circular. [3] La pantalla solía tener dos colores, a menudo un color brillante de persistencia corta que solo aparecía cuando el haz escaneaba la pantalla y un resplandor de fósforo de persistencia larga. Cuando el haz incide en el fósforo, este se ilumina intensamente y, cuando el haz se va, el resplandor de persistencia larga, más tenue, permanecería encendido en el lugar donde el haz incidió en el fósforo, junto a los objetivos de radar que fueron "escritos" por el haz, hasta que el haz volviera a incidir en el fósforo. [4] [5]
El Beta Scan Scope, especializado en sistemas de radar de aproximación de precisión , se utilizó para mostrar dos líneas en la misma pantalla: la superior (normalmente) muestra la aproximación vertical (la senda de planeo ) y la inferior, la aproximación horizontal. Un marcador indica el punto de aterrizaje deseado en la pista y, a menudo, las líneas están en ángulo hacia el centro de la pantalla para indicar esta ubicación. También se muestra el "señal" de una sola aeronave, superpuesto sobre ambas líneas; las señales se generan desde antenas separadas. La desviación de la línea central de la aproximación se puede ver y transmitir fácilmente al piloto.
En la imagen, la parte superior de la pantalla muestra la situación vertical y la parte inferior, la horizontal. En la vertical, las dos líneas diagonales muestran la senda de planeo deseada (arriba) y la aproximación a la altitud mínima (abajo). El avión comenzó su aproximación por debajo de la senda de planeo y la capturó justo antes de aterrizar. El punto de aterrizaje adecuado se muestra mediante la línea horizontal en el extremo izquierdo. La pantalla inferior muestra que el avión comienza a descender por la izquierda de la línea de aproximación y luego es guiado hacia ella.
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