Radar nautico Radar nautico

Radar nautico

Elettronica 1 maggio 2009

Navico, holding di prestigiosi marchi mondiali nel campo dell’elettronica per la nautica da diporto, ha presentato la sua innovativa tecnologia di radar a banda... Radar nautico

La rivoluzione norvegese

Navico, holding di prestigiosi marchi mondiali nel campo dell’elettronica per la nautica da diporto, ha presentato la sua innovativa tecnologia di radar a banda larga

di Giancarlo De Cesco

Il radar a banda larga della Navico, che utilizza tecnologie allo stato solido simili a quelle impiegate da applicazioni radar militari di ultima generazione e certificate Imo, è decisamente diverso da tutti gli altri prodotti presenti sul mercato del diporto. I suoi vantaggi principali sono la sicurezza, la migliore definizione e separazione dei target – specialmente in acque ristrette – e il basso consumo di energia elettrica. Chi userà questo prodotto, infatti, sarà in grado di distinguere sullo schermo con grande chiarezza imbarcazioni all’ormeggio e altri importanti obiettivi fino a una distanza minima di una sessantina di metri. I navigatori potranno anche fruire di una risoluzione dei target dai 2-3 metri fino alle 10 miglia, con una portata di 24 miglia marine. La tecnologia completamente allo stato solido della ditta norvegese, che non impiega alcuna valvola termoionica, consente un funzionamento del radiorilevatore istantaneo, senza alcun tempo di preriscaldamento. Il radar a banda larga non ha la necessità di tenere l’apparato in “stand by” per poterne disporre subito quando scendono improvvise oscurità o nebbia, o semplicemente il tempo volge al brutto. Questa prerogativa esclusiva è ideale per i velisti che vogliono restare in allerta senza dar fondo alle risorse di energia elettrica di bordo. Allo stesso modo, quando si è all’àncora, non sarà necessario tener acceso il radar se si vuole disporre di informazioni immediate. Uno dei problemi tipici di tutti i radiolocalizzatori è dato dagli echi parassiti di mare. Si tratta, e chi va per mare lo sa bene, di un nugolo di piccoli echi causati dal moto ondoso che compare sullo schermo, rendendolo a volte illeggibile. I radar, per contrastare il fenomeno, che si accentua con mare grosso, dispongono di una funzione di reiezione di questo disturbo che, però, se spinta troppo riduce la sensibilità complessiva del radiorilevatore. Il radar a banda larga, invece, ha una reiezione cinque volte più efficace di quelli tradizionali, che mantiene le immagini chiare e ben definite. Quando si cambia la scala di portata del radar è sempre necessario correggerne la sintonia, operazione di per sé semplice, ma normalmente fatta in modo approssi-mato: solo una grande esperienza consente la sua ottimizzazione. Il radar a banda larga permette di ovviare anche a questo problema, perché la variazione di sintonia è fatta in modo automatico. Un altro importante vantaggio della banda larga sta nel fatto che, a parità di portata, richiede una potenza di trasmissione ben 2.000 volte inferiore a quella dei radar tradizionali, comportando, quindi, una quasi completa eliminazione delle dannosissime radiazioni di microonde, che sono inferiori a quelle di un telefono cellulare. Conseguenze di questa caratteristica sono anche un notevole risparmio di energia e la possibilità di usare antenne a cupola molto compatte installabili in luoghi sin qui impensabili. Il nuovo prodotto ha suscitato molto interesse tra i cantieri navali e gli armatori. Sarà disponibile sul mercato a partire dalla prossima primavera, offerto dalle società Simrad, Northstar e Lowrance (gruppo Navico) e sembra che il suo prezzo sarà notevolmente aggressivo. Il che non guasta.

Le origini Le prime intuizioni sulla possibilità di usare le emissioni elettromagnetiche per la rilevazione di ostacoli e la misura della loro distanza risalgono agli anni ’30 nei laboratori delle università statunitensi. Anche Guglielmo Marconi, durante una famosa conferenza nel 1933, enunciò i principi di funzionamento di un simile dispositivo. Un paio d’anni dopo l’ingegnere Ugo Tiberio presentò al governo di allora una richiesta di finanziamento per la realizzazione di un prototipo di rilevatore di ostacoli tramite onde elettromagnetiche. Le autorità preposte alla concessione – a mio giudizio con superficialità e scarsa competenza – dopo tre anni di esami bocciarono il progetto. Ugo Tiberio proseguì da solo lo sviluppo della sua invenzione e, finalmente, nel 1940 riuscì a richiamare l’attenzione delle autorità. D’altra parte in Inghilterra Robert Watson-Watt, nel 1935, illustrò alle autorità governative un prototipo di rilevatore che battezzò radar (acronimo di radio detection and ranging). Il governo inglese approvò il progetto e, già nel 1939, le principali navi da guerra britanniche e la difesa antiaerea di Londra disponevano di apparati radar. Le lungaggini e la poca lungimiranza ci portarono alla débâcle della nostra flotta di capo Matapan dove le navi inglesi sconfissero le nostre (prive di radar). A Londra, poi, gli inglesi riuscirono a prevalere sulla Luftwaffe proprio grazie alle difese radar della capitale. I primi apparati radar erano molto ingombranti, costosi e poco precisi. Solo più tardi si riuscì a sistemarli sugli aerei anche grazie ai progressi dell’elettronica. La nautica da diporto, che era già allora fiorente, non pensava lontanamente all’applicazione di questi impianti e neppure a strumentazioni di tipo elettrico. Solo dopo la seconda guerra mondiale, negli anni ’50, il radar ha cominciato a diffondersi in ambito civile, ma soltanto negli anni ’70 ha raggiunto il diporto. Fin dagli inizi era un apparato che trasmetteva impulsi di onde elettromagnetiche ad alta frequenza intervallati da periodi di ascolto, per sentire gli echi riflessi da eventuali ostacoli. L’elettronica, nel frattempo, ha fatto passi da gigante, ma la tecnologia non è cambiata fino a oggi. Sono rimasti alti, infatti, sia i consumi di energia sia le radiazioni. Tutto questo fino al 2008, quando gli ingegneri della Navico, dopo anni di studi e tentativi, sono riusciti a realizzare il rivoluzionario radiolocalizzatore a banda larga che non è più un generatore di impulsi.

La tecnologia Per chi volesse saperne di più. Il radar tradizionale funziona un po’ come un ecoscandaglio, solo che gli impulsi non sono inviati nell’acqua e non sono sonori, ma elettromagnetici. Il trasmettitore invia un breve segnale ad altissima frequenza e potenza; la propagazione nell’atmosfera è rettilinea e qualsiasi ostacolo la interrompe o la devia. Dopo l’invio del segnale la trasmissione cessa e l’apparato commuta l’antenna al ricevitore. Questa operazione si ripete numerose volte al secondo. L’oggetto colpito si comporta come una grossolana antenna e riflette in tutte le direzioni le onde elettromagnetiche che lo hanno colpito; di conseguenza, solamente una piccola parte delle onde riflesse si dirigerà verso il trasmettitore che l’ha generata e tutto il resto va disperso. Per fare in modo che il segnale riflesso raggiunga il ricevitore del radar con sufficiente intensità da essere rilevato, è necessario che il segnale in partenza sia forte e venga generato su frequenze elevate. Si pensi che l’intensità del segnale in arrivo è in funzione della distanza elevata alla quarta potenza. Ad esempio, se un radar di 4 kW di potenza colpisce un oggetto a 5 miglia di distanza la potenza del segnale ricevuto sarà in condizioni ottimali al massimo pari a 4.000W / 542 = 4.000W / 625 = 6,4 W. Per quanto riguarda la frequenza di emissione, più alta sarà la frequenza e minore sarà la lunghezza d’onda, mentre più corta la lunghezza d’onda e migliore sarà la capacità di rilevare piccoli oggetti. Agli inizi si usavano i 200 MHz (con una lunghezza d’onda di 1,5 metri), oggi la banda assegnata al radar va da 1 a 100 GHz, con lunghezze che vanno da 30 cm a 3 mm. Per la nautica da diporto le frequenze usate vanno dai 20 ai 40 GHz (lunghezza d’onda da 15 a 7,5 mm). Per garantire una portata di almeno 24 miglia marine, raggiungendo così l’orizzonte, le potenze impiegate vanno dai 4 kW ai 6, 8, 12, 24 kW con il conseguente enorme consumo di energia elettrica. Il cuore dei radar tradizionali è una speciale valvola termoionica di potenza chiamata “magnetron” capace di emettere rapidi e potentissimi impulsi. Il magnetron, per altro, deve essere alimentato a tensioni molto elevate, superiori ai 1.000 V. Per far sì, poi, che l’emissione sia concentrata e direzionale si usano speciali antenne dalla caratteristica forma di paraboloide che ruota sui 360 o liberamente (quelle più grosse) o all’interno di una cupola chiamata radome. Questa grande energia emessa e concentrata, se da un lato consente di raggiungere l’orizzonte e di generare echi di potenza sufficiente per essere rilevati, dall’altro produce alle brevi distanze il fenomeno del “main bang”, la saturazione del circuito di ricezione del radar dovuta all’eccessiva potenza del segnale di ritorno. Inoltre, l’antenna del radar a impulsi genera una grande quantità di radiazioni dannose per il corpo umano. Queste possono causare ustioni, opacità della cornea o danni al sistema genitale. La distanza di sicurezza dal fascio di onde emesse è di almeno 20 metri. La affidabilità e il consumo di energia limitano l’impiego dei radar tradizionali alle barche medio grandi dove è possibile tenere l’equipaggio a distanza di sicurezza anche posizionando l’antenna molto in alto. Tutto questo era più o meno noto a coloro che il radar lo impiegano a bordo di navi e yacht. Ma in cosa consistono le differenze innovative del nuovo venuto a banda larga? Prima di tutto è completamente allo stato solido, ossia non impiega valvole termoioniche e tanto meno il magnetron. Gli ingegneri della Navico hanno sviluppato per primi la tecnologia del radar a stato solido in banda X che usa le tecniche Fmcw, acronimo di Frequency modulated continuous wave, ossia modulazione di frequenza in onda continua. In realtà questo radar invia una sequenza continua di onde elettromagnetiche con frequenza crescente in modo lineare (da questo il termine a banda larga) in un campo predeterminato. Questa onda conserva la sua frequenza istantanea del momento di emissione durante il suo percorso ed è riflessa da qualsiasi ostacolo incontrato. Nel frattempo, il trasmettitore avrà continuato a emettere onde con frequenza crescente. La differenza fra la frequenza comunicata al momento e quella del segnale di ritorno genera un battimento che, collegato alla nota velocità di incremento della frequenza, costituisce la base per il calcolo di precisione del “tempo di volo” dell’onda e di conseguenza della distanza dell’ostacolo. Poiché la Fmcw costruisce costantemente l’energia di ritorno del radar (a differenza degli impulsi singoli), questo sistema è in grado di offrire un superiore rilevamento dei target rispetto ai radar a impulsi.