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 la cual se retrodispersa 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 visualización en pantalla.
Los sistemas modernos suelen utilizar algún tipo de visualización de escaneo rasterizado para producir una imagen similar a un mapa. Sin embargo, al comienzo del desarrollo del radar, numerosas circunstancias dificultaron la producción de tales visualizaciones. La gente desarrolló varios tipos de visualización 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 desviación y al cañón de electrones, produciendo un punto en la pantalla. Un imán desplaza el punto horizontalmente, el otro verticalmente, y la entrada al arma 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 regreso. Los radares más modernos normalmente usaban una antena giratoria o en movimiento 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, con la señal del radar siendo alimentada. en el canal de brillo.
La pantalla de radar original, el A-scope o A-display , muestra solo el alcance, no la dirección, hacia los objetivos. A veces se les conoce como alcances R para alcance . Los telescopios A se utilizaron en los primeros sistemas de radar durante la Segunda Guerra Mundial , en particular el sistema seminal Chain Home (CH).
La entrada principal al 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 en forma de diente 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 del pulso del radar. Esto distribuyó las señales en la pantalla según la hora en que fueron recibidas. 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 el alcance hasta cualquier objetivo. Por lo general, esto se medía con una escala situada encima de la pantalla. [1]
Las señales de Chain Home normalmente se recibían en un par de antenas dispuestas en ángulo recto. Usando un dispositivo conocido como radiogoniómetro , el operador podría determinar el rumbo del objetivo y, al combinar su medición de alcance con el rumbo, podría 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 receptoras. Seleccionando un par de estas antenas a diferentes alturas y conectándolas al radiogoniómetro, pudieron determinar el ángulo vertical del objetivo y así 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 rangos de visualización forman un ángulo alrededor de la cara de la pantalla, a diferencia de la distancia lineal a lo largo de ella. Esta disposición permite una mayor precisión en la lectura del rango con una pantalla del mismo tamaño que un telescopio A 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 profundímetros de navegación de consumo hasta la década de 1990.
Para mejorar la precisión de las mediciones de ángulos, el concepto de conmutación de lóbulos se volvió común en los primeros radares. En este sistema, se utilizan dos antenas, apuntando ligeramente hacia la izquierda y hacia la derecha, o por encima y por debajo, del eje de puntería del sistema. La señal recibida diferiría 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 señales 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 movería la antena hacia adelante y hacia atrás hasta que ambas señales estuvieran a la misma altura. Esto a veces se conocía como K-scope . [2]
Una versión ligeramente modificada del K-scope se usaba comúnmente para radares de búsqueda aire-aire y tierra, especialmente en radares AI y radares ASV (Air-Surface Vessel). En estos sistemas, el K-scope se giraba 90 grados, por lo que las distancias más largas estaban más arriba en el alcance en lugar de más a la derecha. La salida de una de las dos antenas se envió a través de un inversor en lugar de un retardo. El resultado fue que los dos puntos se desplazaron a cada lado de la línea de base vertical, ambos en el mismo rango indicado. Esto permitió al operador ver instantáneamente en qué dirección girar; si el punto de la derecha era más corto, tenían que girar a la derecha. A veces se hacía referencia a este tipo de pantallas como visores ASV o visores L , aunque la denominación no era universal. [1]
El tamaño de las pantallas de alcance varía, pero a menudo se utilizaba 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 2-D "de arriba hacia abajo" del espacio, donde el eje vertical generalmente representa el rango y el eje horizontal el acimut (ángulo). [1] La pantalla del B-scope representaba una "corte" horizontal del espacio aéreo a ambos lados de la aeronave hasta los ángulos de seguimiento del radar. Las pantallas de alcance B eran comunes en los radares aéreos de las décadas de 1950 y 1960, que se escaneaban mecánicamente de lado a lado y, a veces, también de arriba a abajo.
El punto fue barrido hacia arriba en el eje Y de una manera similar al eje X del telescopio A, con distancias "arriba" en la pantalla que indican un mayor alcance. Esta señal se mezclaba con un voltaje variable generado por un dispositivo mecánico que dependía del ángulo horizontal actual de la antena. El resultado fue esencialmente un telescopio cuyo eje de línea de rango giraba hacia adelante y hacia atrás alrededor de un punto cero en la parte inferior de la pantalla. La señal de radio se envió al canal de intensidad, produciendo un punto brillante en la pantalla que indica retornos.
Un telescopio E es esencialmente un telescopio B que muestra rango versus elevación, en lugar de rango versus azimut. [1] Son idénticos en funcionamiento al B-scope, el nombre simplemente indica "elevación". Los telescopios electrónicos se utilizan normalmente con radares de localización de altura , que son similares a los radares aéreos pero girados para escanear verticalmente en lugar de horizontalmente; a veces también se les conoce como "radares de cabeceo" debido al movimiento de su antena. El tubo de visualización generalmente se giraba 90 grados para poner el eje de elevación vertical y así proporcionar una correlación más obvia entre la pantalla y el "mundo real". Estas pantallas también se conocen como indicador de rango y altura , o RHI , pero también se las conoce comúnmente (de manera confusa) como alcance B.
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 de objetivo en una distancia corta; la pendiente de la línea entre los dos puntos indica la elevación relativa al radar. [1] Por ejemplo, si la señal se desplazara directamente hacia la derecha, esto indicaría que el objetivo está a la misma elevación que el radar. La compensación se crea dividiendo la señal de radio en dos y luego retrasando ligeramente una de las señales para que aparezca compensada en la pantalla. El ángulo se ajustó retrasando el tiempo de la señal mediante un retardo, controlando la duración del retardo mediante un voltaje que variaba con la posición vertical de la antena. Este tipo de visualización de elevación se podría agregar a casi cualquier otra visualización y, a menudo, se la denomina visualización de "doble punto".
Un C-scope muestra una vista de "diana" del acimut frente a la elevación. El "bip" se mostraba indicando la dirección del objetivo fuera del eje central del radar, o más comúnmente, el avión o arma al que estaba conectado. También se les conocía como "indicadores de punto móvil" o "indicadores de punto volador" en el Reino Unido, siendo el punto móvil el punto objetivo. En estos casos, el alcance generalmente se muestra por separado, a menudo utilizando una segunda pantalla como un telescopio L. [1]
Casi idéntico al C-scope es el G-scope , que superpone una representación gráfica del alcance hasta el objetivo. [1] Esto generalmente se representa mediante una línea horizontal que "crece" desde el indicador de objetivo para formar una forma similar a un ala. Las alas crecieron en longitud a distancias más cortas para indicar que el objetivo estaba más cerca, al igual que las alas del avión cuando se ven visualmente. A menudo también se suministra un indicador de alcance "dispara ahora", que normalmente consta de dos líneas verticales cortas centradas a cada lado del centro de la pantalla. Para realizar una intercepción, el piloto guía su avión hasta que la señal esté centrada, luego se acerca hasta que las "alas" llenan el área entre los marcadores de alcance. Esta pantalla recreaba un sistema comúnmente utilizado en miras , donde el piloto marcaba la envergadura de un objetivo y luego disparaba cuando las alas llenaban el área dentro de un círculo en su mira. Este sistema permitió al piloto estimar el alcance hasta el objetivo. En este caso, sin embargo, el radar mide el alcance directamente y la pantalla imitaba el sistema óptico para mantener los puntos en común entre los dos sistemas.
La pantalla PPI proporciona una visualización "completa" en 2-D del espacio aéreo alrededor de un sitio de radar. La distancia desde el centro de la pantalla indica el alcance y el ángulo alrededor de la pantalla es el acimut hacia el objetivo. La posición actual de la antena del radar normalmente se indica mediante una línea que se extiende desde el centro hacia 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 visualización PPI es típicamente lo que la gente considera una visualización de radar en general y se utilizó ampliamente en el control del tráfico aéreo hasta la introducción de las visualizaciones rasterizadas en la década de 1990.
Las pantallas PPI son en realidad bastante similares a los A-scopes en funcionamiento y aparecieron con bastante rapidez después de la introducción del radar. Como ocurre con la mayoría de las pantallas de radar 2D, la salida del receptor de radio se conectó al canal de intensidad para producir un punto brillante que indica los retornos. En el A-scope, un generador de voltaje en forma de diente de sierra conectado al eje X mueve el punto a través 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 usaban una bobina de desviación giratoria alrededor del cuello del tubo de visualización, pero la electrónica necesaria para hacerlo usando un par de bobinas de desviación estacionarias no era particularmente compleja y se usaba a principios de la década de 1940.
Los tubos de rayos catódicos de radar , como el 7JP4 utilizado para las pantallas PPI, tenían una pantalla circular y escaneaban el haz desde el centro hacia afuera. El yugo de desviación giró, haciendo que la viga girara de forma circular. [3] La pantalla a menudo tenía dos colores, a menudo un color brillante de corta persistencia que solo aparecía cuando el haz escaneaba la pantalla y un resplandor de fósforo de larga persistencia. Cuando el haz incide en el fósforo, el fósforo se ilumina intensamente, y cuando el haz se aleja, el resplandor más tenue y de larga persistencia permanecería encendido donde el haz incidió en el fósforo, junto a los objetivos de radar que fueron "escritos" por el haz, hasta que el haz vuelva a encenderse. -golpeó el fósforo. [4] [5]
Para los sistemas de radar de aproximación de precisión se utilizó el Beta Scan Scope especializado . Muestra 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 inclinadas hacia el centro de la pantalla para indicar esta ubicación. También se muestra el "blip" de un solo avión, superpuesto a ambas líneas, y 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 (superior) y la aproximación en altitud mínima (inferior). La aeronave inició su aproximación por debajo de la pista 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 la aeronave comenzando a la izquierda de la línea de aproximación y luego siendo guiada hacia ella.
Medios relacionados con los tipos de visualización de pantalla de radar en Wikimedia Commons