Radar: differenze tra le versioni
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[[File:Radar antenna.jpg|miniatura|[[Antenna]] radar a lunga portata (diametro 40 m) può ruotare per controllare qualsiasi settore nell'intero orizzonte.]]
Il '''radar''' ([[acronimo]] dell'[[lingua inglese|inglese]] «'''''ra'''dio '''d'''etection '''a'''nd '''r'''anging''», in [[Lingua italiana|italiano]]: "radiorilevamento e misurazione di distanza"), anche detto '''radiorilevatore''', è un sistema che sfrutta [[onde radio]] o [[microonde]] per rilevare e determinare la [[posizione]] ed eventualmente la [[velocità]] di oggetti sia fissi che mobili, come [[aeroplano|aerei]], [[nave|navi]], veicoli, [[meteorologia|formazioni atmosferiche]] o il suolo.
==
[[File:Visore radar Folaga Magneti Marelli Museo nazionale scienza e tecnologia Milano.jpg|miniatura|Visore radar "Folaga" della [[Magneti Marelli]], 1941 circa, conservato presso il [[Museo nazionale della scienza e della tecnologia Leonardo da Vinci|Museo nazionale scienza e tecnologia "Leonardo da Vinci"]], Milano.]]
Fin dal 1886, [[Heinrich Hertz]] aveva dimostrato che le onde radio possono essere riflesse da oggetti solidi. Nel seguito, le ricerche di numerosi inventori, scienziati e ingegneri si susseguirono per arrivare infine allo sviluppo del radar. Per esempio, [[Aleksandr Stepanovič Popov|Aleksandr Popov]] nel 1897 osservò che era possibile rilevare la presenza di una nave mediante onde radio, ma non portò avanti ulteriori ricerche in questo ambito. Il primo a usare le onde radio per segnalare «la presenza di oggetti metallici distanti» fu [[Christian Hülsmeyer]], il quale nel [[1904]] dimostrò che era possibile rilevare la presenza di una nave nella nebbia, inizialmente senza individuare la sua distanza, poi nell'aprile di quello stesso anno riuscì a determinare anche questa. Nel settembre 1904 brevettò un vero e proprio sistema di telerilevamento, che chiamò ''telemobiloscopio'', ma non ottenne l'attenzione sperata dai militari tedeschi a cui ne aveva mostrato il funzionamento. Negli anni successivi, altri contributi vennero anche da [[Robert Watson-Watt]], [[Arnold Wilkins]], [[Albert Hoyt Taylor]], [[Leo C. Young]] e altri ancora.
In Italia, nel [[1922]] [[Guglielmo Marconi]] si interessò all'idea di un ''radiotelemetro'' per localizzare a distanza mezzi mobili e nel [[1933]] ne propose la realizzazione a un gruppo di militari italiani, tra i quali il col. [[Luigi Sacco]]; quest'ultimo, convinto della validità e dell'importanza dell'idea, la affidò all'ing. [[Ugo Tiberio]], un giovane e brillante ufficiale, che negli anni seguenti portò avanti le ricerche e realizzò diversi prototipi, ma non ottenne le risorse e i fondi necessari per arrivare a un sistema di telerilevamento operativo italiano; i vertici della Marina non credettero fino in fondo al progetto di Tiberio ma dopo la [[battaglia di capo Matapan|disfatta di capo Matapan]] (28-29 marzo 1941), dovuta anche all'uso del radar da parte degli inglesi, la ricerca sul radiotelemetro ebbe finalmente i fondi necessari per realizzare i primi radar italiani, denominati [[EC3/ter "Gufo"|Gufo]] e Folaga.
Prima della [[seconda guerra mondiale]], sviluppatori statunitensi, tedeschi, francesi, olandesi, giapponesi, sovietici e principalmente britannici tentarono di sfruttare il radar come sistema di difesa contro gli attacchi aerei in sostituzione dei precedenti [[Aerofono|aerofoni]], o come sistema di rilevamento per le navi. Nel 1936 l'ungherese [[Zoltán Bay]] fu il primo a produrre un modello funzionante nei laboratori della [[Tungsram]]. La guerra portò ad un'accelerazione della ricerca, al fine di trovare la migliore risoluzione e portabilità per le nuove esigenze difensive. Nel dopoguerra l'uso del radar si è ampiamente diffuso anche in ambito civile per il [[controllo del traffico aereo]] civile, le rilevazioni meteorologiche e la misurazione delle velocità automobilistiche.
=== Etimologia ===
Il termine "radar" fu coniato nel [[1940]] dalla [[marina militare degli Stati Uniti d'America]], come acronimo di ''radio detection and ranging''. Il termine, con il tempo, è entrato a far parte non solo della lingua inglese ma anche delle lingue di molte altre nazioni, divenendo [[Nome comune (linguistica)|nome comune]].
Nel [[Regno Unito]] inizialmente il radar fu chiamato "RDF", [[Sigla (linguistica)|sigla]] dell'inglese "'''''r'''ange and '''d'''irection '''f'''inding''" (traduzione letterale: "individuazione di distanza e direzione"). "RDF" fu scelto dal segretario del [[Tizard Committee]], [[Albert Percival Rowe]], in quanto già diffuso come sigla dell'inglese "'''''r'''adio '''d'''irection '''f'''inder''" (traduzione letterale: "individuatore radio di direzione"), espressione utilizzata nella lingua inglese per indicare il dispositivo in grado di determinare la direzione e il verso di propagazione delle [[onde radio]].<ref>Nella [[lingua italiana]] il dispositivo era chiamato RaRi che deriva dalle due lettere iniziali e dalle due finali delle parole Radiolocalizzatori - Radiotelemetri .</ref> Tale scelta era finalizzata a mantenere segreto il nuovo dispositivo che oggi conosciamo come "radar".
== Descrizione ==
=== Principi fisici ===
[[File:Radar_scanner_-_Heathrow_-_geograph.org.uk_-_1400515.jpg|thumb|[[Radar di sorveglianza]] per il [[controllo del traffico aereo]]]]
Il funzionamento del radar si basa sul fenomeno fisico della [[diffusione ottica|dispersione]] della [[radiazione elettromagnetica]] (''[[backscattering]]'') che si verifica quando questa colpisce un oggetto di dimensioni maggiori della lunghezza d'onda della [[radiazione]] incidente (in caso contrario si ha diffusione dell'onda in una qualsiasi direzione casuale oppure [[diffrazione]]). La radiazione di ritorno può essere rilevata dall'antenna ricevente dopo un certo tempo ''t'' pari al doppio del tempo di propagazione antenna - bersaglio; conoscendo la velocità di propagazione dell'onda elettromagnetica nel mezzo considerato (aria) è possibile risalire facilmente alla distanza del bersaglio ed alla sua posizione angolare ([[azimuth]]) rispetto al sistema di riferimento in maniera pressoché continua nel tempo operando una scansione periodica dello spazio circostante tramite antenne ad elevata direttività.
Un sistema radar si compone di un trasmettitore di [[onde radio]], almeno un'[[antenna]] (quindi con funzione sia trasmittente che ricevente), una [[guida d'onda]] di alimentazione e collegamento con la parte di trasmissione/ricezione disaccoppiate tramite un [[duplexer]] ed infine di apparati elettronici di ricezione ed elaborazione del segnale elettromagnetico ricevuto. Il ricevitore solitamente, ma non necessariamente, è posto nella stessa posizione del trasmettitore venendo spesso a coincidere con esso. A questi componenti si aggiunge anche una [[base dei tempi]], un dispositivo simile ad un orologio in grado di misurare intervalli di tempo molto piccoli in modo molto [[accuratezza|accurato]] e [[precisione|preciso]]. Infine il segnale [[eco]] rilevato è opportunamente visualizzato su un visore bidimensionale mostrando la misura della distanza e della velocità del bersaglio rispetto ad un sistema di riferimento solidale con il ricevitore stesso o con il radarista.
[[File:Ravenna, radar dell'aeroporto (04).jpg|miniatura|destra|Il radar dell'[[aeroporto di Ravenna]], (protetto da un [[radome]])]]
=== Tipi di radar ===
In generale un radar può essere ''monostatico'', ovvero con una sola antenna trasmittente/ricevente, oppure ''bistatico''/''multistatico'', ovvero con due o più antenne, di cui una preposta alla trasmissione del segnale e le altre preposte alla ricezione dell'eco scatterato e che possono essere sparse su un territorio, quindi anche molto distanti dalla prima. Si distinguono inoltre radar ad impulsi e [[radar ad onda continua]].
I radar progettati per il monitoraggio costante della velocità radiale di un target, oltre che della posizione, sfruttano l'[[effetto Doppler]] e vengono perciò detti [[radar Doppler]].
Nell'aviazione di oggi è molto usato un particolare radar, il [[Radar secondario di sorveglianza]], che si basa sul contributo di un dispositivo montato a bordo dell'aeromobile detto [[transponder]], il quale è un sistema radio che interrogato dall'impulso radio in arrivo, emette un brevissimo impulso di risposta contenente, in forma codificata, una sigla caratteristica dell'aereo assegnata dal controllore del traffico aereo. Questa sigla viene poi visualizzata sullo schermo radar dei controllori di volo. Questa tecnologia deriva dai sistemi IFF ([[Identification friend or foe]]) progettati per usi militari.
Oltre alla sigla di identificazione i transponder sono in grado di comunicare al radar secondario (che nel caso civile quindi si comporta in pratica da sistema di comunicazione) la quota barometrica e nei modelli più recenti persino la posizione [[GPS]].
=== Frequenze operative ===
[[File:Dipole_xmting_antenna_animation_4_408x318x150ms.gif|thumb|Irradiazione quasi omni-direzionale di [[onde radio]] da parte di un'[[antenna a dipolo]] (le antenne radar sono in realtà direttive su un asse verticale rotante)]]
Come in tutte le applicazioni di [[radiocomunicazione|radiocomunicazioni]] o [[radiopropagazione]]. La scelta delle frequenze radar utilizzate è operata sulla base dell'[[attenuazione]] del mezzo atmosferico, che varia da [[frequenza]] a frequenza e presenta picchi elevati in corrispondenza di determinate bande dello [[spettro elettromagnetico]]; di conseguenza verranno scelte quelle frequenze che ricadono all'interno delle cosiddette 'finestre trasmissive', tipicamente all'interno della banda delle [[microonde]] e [[onde radio]], praticamente libera da assorbimento, suddivisa poi tra le varie applicazioni radar.
I nomi delle bande delle frequenze operative hanno avuto origine in alcuni casi da nomi in codice in uso durante la [[Seconda guerra mondiale]] e sono ancora in uso sia negli ambienti civili sia in quelli militari in tutto il mondo. Sono stati adottati negli Stati Uniti dall'[[IEEE]], e in ambito internazionale dall'[[International Telecommunication Union|ITU]]. La maggior parte dei paesi ha dei regolamenti che stabiliscono quali segmenti di ciascuna banda sono utilizzabili e per quali usi.
Gli altri utenti dello spettro di frequenze radio, come la trasmissione e le contromisure elettroniche ([[contromisure elettroniche|ECM]]), hanno invece sostituito le designazioni provenienti dagli ambienti militari con propri sistemi.
{| class="wikitable"
|+ '''Bande di Frequenze dei Radar''' - ''vecchia denominazione IEEE''
!Nome della Banda!!Frequenza!!Lunghezza d'onda!!Note
|-
|P||230 - 1000 [[Megahertz|MHz]]||130 – 30 cm ||"P" per ''previous'', utilizzate per sorveglianza a lungo e lunghissimo raggio al di là della linea dell'orizzonte e per controllo [[balistica|balistico]]
|-
|L||1 - 2 [[Gigahertz|GHz]]||30 - 15 [[centimetro|cm]]||[[controllo del traffico aereo]] a lungo raggio e [[Radar di sorveglianza|sorveglianza]]; "L" per ''long'', onde lunghe
|-
|S||2 – 4 GHz||15 - 7,5 cm||controllo del traffico aereo a medio e corto raggio, situazione del tempo a lungo raggio; "S" per ''short'', onde corte
|-
|C||4 – 8 GHz||7,5 - 3,75 cm||un compromesso (banda "C") tra le bande X e S; radar multifunzionali navali; situazione meteorologica
|-
|X||8 – 12 GHz||3,75 - 2,4 cm||puntamento [[missile|missili]], orientamento, radar multifunzionali terrestri, impieghi marittimi, situazione del tempo; negli [[Stati Uniti d'America|USA]] il segmento 10,525 GHz ± 25 MHz è utilizzato negli [[aeroporti]].
|-
|K<sub>u</sub>||12 – 18 GHz||2,4 - 1,67 cm||creazione di mappe ad alta risoluzione, altimetria satellitare; frequenza subito sotto la banda K (''under'', quindi "u")
|-
|K||18 – 27 GHz||1,67 - 1,11 cm||dal tedesco ''kurz'', cioè "corto"; non utilizzabile se non per individuare le nuvole, perché assorbita dal [[vapore acqueo]], K<sub>u</sub> e K<sub>a</sub> furono utilizzate per la sorveglianza
|-
|K<sub>a</sub>||27 – 40 GHz||1,11 - 0,75 cm||cartografia, impieghi a corto raggio, seeker missilistici, sorveglianza aeroportuale e traffico a terra; frequenza subito sopra la banda K (''above'', quindi "a")
|-
|mm||40 – 300 GHz||7,5 - 1 [[Millimetro|mm]]||banda millimetrica, suddivisa come segue. I range di frequenza dipendono dalla grandezza della guida d'onda. A queste bande vengono assegnate lettere multiple a seconda del gruppo. Tale banda fu definita dalla Baytron, una compagnia che oggi non esiste più che definì le modalità di test.
|-
|V||40 – 75 GHz||7,5 – 4 mm
|
|-
|W||75 – 110 GHz||4 - 2,7 mm
|
|}
{| class="wikitable"
|+ '''Banda radar IEEE''' (1 – 110 GHz) - ''nuova nomenclatura secondo lo standard IEEE 521-2002''.<ref>[http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?tp=&isnumber=26011&arnumber=1160089&punumber=8332 IEEE Std 521 - 2002] link accessibile solo ai membri registrati IEEE.</ref>
!Nome della sottobanda!!Frequenza
|-
|L||1 - 2 [[Gigahertz|GHz]]
|-
|S||2 – 4 GHz
|-
|C||4 – 8 GHz
|-
|X<ref>''le definizioni operative di sottobanda K<sub>u</sub> e di sottobanda X si sovrappongono per le frequenze 11,2 - 12 GHz; i progettisti di sistemi di telecomunicazione via satellite generalmente definiscono le frequenze al di sopra di 11.2 GHz come parte della sottobanda K<sub>u</sub>''</ref>||8 – 12 GHz
|-
|K<sub>u</sub>||12 – 18 GHz
|-
|K||18 – 27 GHz
|-
|K<sub>a</sub>||27 – 40 GHz
|-
|V||40 – 75 GHz
|-
|W||75 – 110 GHz
|}
{| class="wikitable" cellpadding="5" cellspacing="0"
|+ '''Bande di frequenza [[Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti|DOD (USA)]]'''
|-
! colspan="2" style="background:#efefef;" | vecchia denominazione
!
! colspan="2" style="background:#ffdead;" | nuova denominazione
|-
|'''Designazione'''||'''Frequenza'''|| ||'''Designazione'''||'''Frequenza'''
|-
| || || ||A||100 - 200 MHz
|}
=== Funzionamento ===
[[File:Radarops.gif|miniatura|Principio di funzionamento]]
A differenza di un [[telecomunicazioni|sistema di telecomunicazioni]] il radar non deve trasmettere/emettere alcuna [[informazione]] se non l'impulso o l'onda continua non [[modulazione|modulata]] necessaria per il ''backscattering'' e la rilevazione.
A determinati intervalli regolari di periodo T (PRT) il trasmettitore emette un impulso a [[radiofrequenza]] che viene trasmesso nello spazio da un'[[antenna]] fortemente direzionale (almeno nel piano parallelo al suolo, il cosiddetto piano degli [[azimuth]]). Quando le onde radio trasmesse colpiscono un oggetto vengono riflesse in tutte le direzioni: il segnale reirradiato all'indietro verso la direzione di provenienza genera quindi un'eco o replica fedele del segnale trasmesso a meno di un'[[attenuazione]] (dovuta alla [[propagazione in spazio libero|propagazione elettromagnetica]] in mezzo attenuativo come l'[[atmosfera]]) e di uno [[sfasamento]] temporale subendo anche un leggero cambio di frequenza se il bersaglio è in movimento radiale rispetto all'antenna ricevente ([[Effetto Doppler]]). Se il radar deve avere una copertura a 360 gradi in [[azimuth]] l'antenna radar è montata su un giunto rotante che consente la scansione completa della porzione di atmosfera almeno entro i limiti dell'ampiezza del fascio di antenna.
Il segnale di ritorno, sebbene sia in genere molto debole, può essere [[amplificatore|amplificato]] con dispositivi elettronici e a mezzo di particolari geometrie delle antenne riceventi. In questo modo, il radar è in grado di identificare oggetti per i quali altri tipi di emissioni come il suono o la luce visibile non risulterebbero efficaci. Subito dopo l'emissione dell'impulso elettromagnetico la stessa antenna trasmittente viene collegata tramite [[duplexer]] ad un ricevitore sensibilissimo che resta in ascolto dell'eventuale eco riflessa (''backscattering''). Se è presente un bersaglio l'impulso trasmesso riflesso ritorna quindi all'antenna venendo elaborato dal ricevitore. Misurando il tempo che intercorre tra la trasmissione dell'impulso ed il ritorno dell'eco è possibile stabilire la distanza a cui si trova il bersaglio, dato che la velocità a cui si propaga l'impulso elettromagnetico è nota essendo pari alla [[velocità della luce]].
In pratica si ha:
:<math>D = {{299\ 792{,}458 \cdot s}\over{2}}</math>
dove:
* ''D'' è la distanza del bersaglio espressa in km;
* 299 792,458 è il numero di chilometri percorsi in un secondo muovendosi alla [[velocità della luce]];
* ''s'' è il numero di secondi impiegati dall'impulso per raggiungere il bersaglio e tornare all'antenna.
Tale misura è detta ''misura in distanza'' radar.
[[File:Ssr_coelpin.jpg|thumb|[[Radar secondario di sorveglianza]]]]
Dato che la [[velocità della luce]] nell'aria vale circa 300 000 km/s (300 m/us), il tempo di ritorno dell'eco è quindi di circa 6,67 [[microsecondo|microsecondi]] per kilometro di distanza dell'oggetto.
Il tempo di commutazione dell'antenna deve essere ovviamente il più piccolo possibile, tuttavia è la durata dell'impulso trasmesso che determina la distanza minima a cui il radar può rilevare oggetti. Infatti il ricevitore non può essere azionato finché non viene spento il trasmettitore. Gli intervalli di emissione del trasmettitore determinano la cosiddetta portata strumentale, cioè la distanza massima a cui un determinato modello di radar può rilevare oggetti. La reale distanza alla quale è possibile rilevare bersagli è in realtà legata, tramite l'equazione del radar (vedi oltre), alle potenze in gioco ed a tutta un'altra serie di fattori quali la rumorosità intrinseca del ricevitore, la sua sensibilità e l'ambiente che disturba la ricezione con il fenomeno del [[clutter]].
I dati combinati dell'orientamento dell'antenna all'atto dell'emissione dell'impulso e del tempo di eco del segnale forniscono la posizione di un oggetto nel campo di rilevamento del radar; la differenza fra due rilevamenti successivi (o lo spostamento in frequenza [[Effetto Doppler|doppler]] in un singolo rilevamento, nei modelli più recenti) determina velocità e direzione del moto dell'oggetto rilevato. Sullo stesso principio applicato in modo diverso (antenna che si muove verticalmente) si basano i radar di scoperta aerea, mentre i radar per sistemi di guida missili sono quasi sempre radar Doppler in grado di discriminare, dallo spostamento di frequenza dell'eco, i bersagli in movimento dal terreno.
Si definiscono poi:
* ''risoluzione in distanza'' la distanza radiale minima tra due target per la rilevazione distinta di entrambi e pari a ''R''<sub>min</sub> = ''c'' × ''τ''/2 con ''τ'' durata del singolo impulso; per aumentare la risoluzione ovvero diminuire ''R''<sub>min</sub> è possibile ricorrere a tecniche di [[compressione dell'impulso]].
* ''distanza massima non ambigua'' ''R''<sub>max</sub> = ''c'' × ''PRT''/2 = ''cT''/2 con ''T'' periodo di ripetizione del treno di impulsi, la distanza massima per la quale un'eco di ritorno può essere univocamente associato al rispettivo impulso trasmesso e non al successivo.
* ''tempo di persistenza'' del fascio radar sul target la durata temporale in cui il fascio radar ruotante colpisce costantemente un target fisso e pari dunque al rapporto tra ampiezza in azimuth del fascio e velocità angolare di scansione del fascio stesso.
In generale le capacità di copertura spaziale del radar dipendono dal fascio d'antenna: un fascio di tipo ''pencil beam'' è stretto sia in larghezza che in altezza, un fascio ''fan beam'' invece è stretto in larghezza, ma ampio in altezza ed è usato ad esempio nel controllo del traffico aereo.
==== Equazione radar ====
[[File:NSSL_Doppler_with_rainshaft_-_NOAA.jpg|thumb|[[Radar meteorologico]]]]
Nel caso di bersaglio singolo, la quantità di potenza ''P<sub>r</sub>'' che ritorna all'antenna ricevente è data dall<nowiki>'</nowiki>''equazione del radar'' che altro non è che l'equazione del [[bilancio di collegamento|bilancio di radiocollegamento]] applicata ad un sistema radar:
:<math>P_r = {{P_t G_t A_r \sigma}\over{{(4\pi)}^2 R_t^2R_r^2L}}</math>
dove
* ''P''<sub>t</sub> = potenza del trasmettitore,
* ''G''<sub>t</sub> = guadagno dell'antenna del trasmettitore,
* ''A''<sub>r</sub> = area equivalente di antenna del ricevitore,
* σ = superficie equivalente dell'oggetto o funzione trasversa di scattering ([[Sezione radar equivalente|RCS]]); nel caso generale di target in moto essa rappresenta il [[valor medio]] nel tempo essendo essa propriamente una grandezza aleatoria nel tempo ([[processo aleatorio]]) a causa della continua variazione di assetto dell'oggetto. Ne consegue che anche la potenza ricevuta Pr a rigore fluttua nel tempo in maniera aleatoria se il bersaglio cambia il suo assetto.
* ''R''<sub>t</sub> = distanza del trasmettitore dall'oggetto,
* ''R''<sub>r</sub> = distanza dell'oggetto dal ricevitore.
* ''L'' = perdite di attenuazione del mezzo atmosferico, dell'antenna e della catena ricevente.
Nel caso più comune, in cui l'antenna trasmittente e quella ricevente coincidono fisicamente (radar monostatico), si hanno alcune semplificazioni:
''R''<sub>t</sub> = ''R''<sub>r</sub> e quindi ''R''<sub>t</sub>² ''R''<sub>r</sub>² può essere sostituito da ''R''<sup>4</sup>, dove ''R'' è la distanza dall'apparato radar all'oggetto; Inoltre <math>G_t = G_ r = \frac{4 \pi}{\lambda^2}A</math> con <math>A = A_t = A_r</math>, da cui:
:<math>P_r = {{P_t {G_t}^2 \lambda^2 \sigma}\over{{(4\pi)}^3 R^4L}}</math>
La formula mostra come la potenza dell'onda riflessa diminuisce con la quarta potenza della distanza, quindi l'entità del segnale ricevuto è veramente esigua, a fronte di una potenza trasmessa tipicamente elevata fino all'ordine dei Megawatt nel picco dell'impulso trasmesso.
In generale la [[riflettanza]] radar ovvero il coefficiente <math>\!\sigma</math> dipende oltre che dall'area e dall'angolo di vista dell'oggetto anche dalla sua rugosità (una superficie liscia scattera meno di una rugosa) e dalla [[permittività elettrica]] del materiale scatterante.
==== Portata del radar ====
[[File:Sigma_invader_RCS.png|thumb|Diagramma di una [[sezione radar equivalente]]]]
Invertendo rispetto a ''R'' il ''link budget'' iniziale per un livello minimo di potenza prefissata ricevibile Pmin dal ricevitore si ottiene una stima iniziale della massima portata radar Rmax.
:<math>R_{\mathrm{max}} = \left[{{P_t {G_t}^2 \lambda^2 \sigma}\over{{(4\pi)}^3 P_rL}} \right]^{0{,}25}</math>
La portata reale/effettiva sarà poi influenzata da altri fenomeni Aleatori che influiscono sulla [[radiopropagazione]] del segnale in [[atmosfera terrestre|atmosfera]], come le [[turbolenza|turbolenze]] e i disturbi esterni, oltre che dal [[rumore (elettronica)|rumore]] del ricevitore e in ultima analisi essa avrà quindi un significato prettamente statistico che si ripercuote sulla rilevazione ovvero nell'elaborazione in termini di criteri di decisione statistici.
Altro parametro fondamentale è la ''massima portata radar non ambigua'' ovvero la massima portata per cui l'eco ricevuta può essere univocamente associata all'impulso inizialmente trasmesso e non al successivo, nel caso di radar ad impulsi.
==== Attenuazione ====
Sono fonti di [[attenuazione]] o perdita di potenza del segnale di eco ricevuto, oltre all'attenuazione del mezzo atmosferico dovuto alle risonanze di [[ossigeno]] e [[anidride carbonica]], l'attenuazione dovuta alle perdite ohmiche dell'antenna e agli elementi della catena di ricezione quale i tratti di [[guida d'onda]] e il [[duplexer]]. Esse compaiono al denominatore dell'equazione del radar e della formula della portata massima.
==== Rumore ====
[[File:Doppler_Weather_Radar_-_NOAA.jpg|thumb|[[Radar Doppler]]]]
Tipicamente sono fonti di rumore del segnale o eco di ritorno di rilevazione del target ogni contributo di [[rumore termico]] degli elementi elettronici costituenti la catena ricevente: la [[guida d'onda]], il [[duplexer]], l'[[amplificatore a basso rumore]] (LNA) caratterizzabili da una [[cifra di rumore]] cui si aggiunge il rumore d'[[antenna]] per effetto del rumore termico atmosferico, cosmico (diretto o indiretto di [[rumore cosmico|background]]) e del terreno che essa può captare in funzione del suo puntamento.
==== Disturbi ====
Oltre al rumore sono fonte di disturbo il cosiddetto ''clutter'' o disturbo dovuto alla presenza di oggetti fissi (''clutter fisso'') o anche mobili (''clutter mobile'') indesiderati durante la [[radiopropagazione]] del segnale.
Attenuazione, rumore e disturbi sono fonte di degradazione del [[rapporto segnale/rumore]] che si ripercuote inevitabilmente sulle procedure di rilevazione.
==== Multipath ====
Come in ogni altra applicazione di radiocomunicazione anche il radar è soggetto agli effetti indesiderati del [[multipath fading]] ovvero all'[[Interferenza (fisica)|interferenza]] costruttiva o distruttiva in ricezione di più onde viaggianti dovuta ai differenti percorsi che esse subiscono in propagazione nel percorso dal radar al target e ritorno. Questi effetti variano in funzione dell'altezza altimetrica dal terreno sottostante e dell'angolo di elevazione del radar rispetto alla superficie terrestre e causano dunque fading (attenuazione) della potenza ricevuta che si ripercuote inevitabilmente sui parametri di posizione del target (distanza) e sulla portata massima del radar.
==== Orizzonte radar ====
[[File:Alcance-enlace-duas-antenas-pt.png|thumb|[[Linea di vista]]]]
L'orizzonte radar ovvero il tragitto massimo della cosiddetta linea di vista tra radar e target è naturalmente limitato dalla [[curvatura terrestre]] sebbene siano possibili forme di [[radiopropagazione]] radar che sfruttano la propagazione per onda di terra, la propagazione ionosferica e la propagazione per effetto condotto.
==== Rilevazione radar ====
[[File:Yokosuka 02.JPG|miniatura|Schermo di ricezione e visualizzazione del segnale radar retro-riflesso (visore)]]
A causa della già menzionata aleatorietà della [[radiopropagazione]] del segnale con presenza di fading, [[Rumore (elettronica)|rumori]] esterni e interni al ricevitore, e quindi della possibilità di mancate rilevazioni ([[falso negativo]]) o falsi allarmi ([[falso positivo]]), le procedure di elaborazione del segnale ricevuto per la rilevazione di un bersaglio appartengono in ultima analisi alla [[teoria della decisione]] statistica, come peraltro accade anche nelle [[telecomunicazioni]] con i sistemi di [[trasmissione digitale|comunicazione numerici]] per la presenza stessa di rumore nel [[canale (telecomunicazioni)|canale trasmissivo]] e nel ricevitore.
In particolare si definiscono al riguardo le grandezze di natura tipicamente [[probabilità|probabilistica]] quali la ''probabilità di corretta rilevazione'' (Pc tipicamente fissata a valori intorno a 0,9), ''probabilità di mancata rilevazione'' (complemento ad uno di Pc) e ''probabilità di falso allarme'' (tipicamente fissata a valori intorno a 10<sup>−6</sup>).
In particolare il segnale ricevuto dal radar dopo la trasmissione dovrà essere sottoposto ad un'elaborazione, tramite un particolare 'criterio di decisione statistica' (ad esempio il [[criterio di Neymann-Pearson]] oppure il criterio di massimizzazione del [[rapporto segnale/rumore]]), tesa a massimizzare il rapporto segnale/disturbo e successivamente decidere sulla presenza o meno del bersaglio tramite il confronto con una soglia minima di potenza prefissata. Quest'elaborazione ottima viene realizzata con un apposito elaboratore tempo-discreto o [[filtro (elettronica)|filtro]] digitale oppure un [[filtro adattato]] analogico che per questo è detto ''ottimo''.
Per aumentare il rapporto segnale rumore è possibile implementare la cosiddetta ''integrazione degli impulsi'' ovvero la somma sotto forma di inviluppo degli impulsi che colpiscono il target nel tempo di persistenza del fascio radar sul target stesso. Per l'eliminazione, parziale o totale, del disturbo (clutter) è possibile utilizzare un elaboratore MTI ([[Moving Target Indicator]]) oppure MTD ([[Moving Target Detector]]) basati sulla cancellazione dell'eco del disturbo fisso/mobile tra due o più rilevazioni. Per aumentare la risoluzione spaziale è possibile inoltre adottare tecniche di [[compressione dell'impulso]].
== Applicazioni ==
[[File:FCO SMR.jpg|miniatura|Uno dei radar di terra dell'[[Aeroporto di Roma-Fiumicino]]. Il sistema [[ENAV]] è deputato a controllare dalla [[Torre di controllo del traffico aereo|torre di controllo]] i movimenti a terra degli aeromobili e dei veicoli.]]
Dal punto di vista della destinazione d'uso si hanno radar per applicazioni terrestri quali il [[controllo del traffico aereo]] e navale in campo civile ([[radar di sorveglianza]] o avvistamento) e militare (radar da inseguimento, [[Radar warning receiver]]), radar montati su [[aeroplano|aerei]] civili e militari come supporto al volo o per scopi di pattugliamento aereo, [[radar meteorologico|radar meteorologici]] per la rilevazione delle [[precipitazioni|idrometeore]] e delle [[turbolenza|turbolenze]] in tempo reale su un territorio (''[[nowcasting]]'' tramite [[SODAR]]); radar satellitari o aviotrasportati per applicazioni di [[telerilevamento]] (misurando molti parametri fisico-ambientali) quali, ad esempio, il [[Radar ad apertura sintetica|SAR]] o il [[Lidar]], che differisce dal radar (di cui imita il nome) perché usa luce [[Infrarosso|infrarossa]], [[Luce visibile|visibile]] o [[Ultravioletto|ultravioletta]] emessa da [[laser]], anziché onde radio; infine il radar è utilizzato anche per usi di polizia con la misura della velocità di autoveicoli e motoveicoli e la misura di velocità nelle competizioni sportive. In base alla posizione del radar sulla superficie terrestre si parla di radar di terra, radar di mare o radar aereo.
== Contromisure elettroniche e meccaniche ==
{{vedi anche|Contromisure elettroniche}}
In campo militare è diventato ormai fondamentale eludere, accecare o comunque ingannare i radar nemici e impedire che il nemico faccia lo stesso: la cosiddetta [[guerra elettronica]]. Tra le prime tecniche impiegate storicamente, vi fu l'[[intensificazione dell'eco radar|emissione di «false eco»]] da parte del veicolo attaccante, cioè l'emissione di impulsi radio della stessa frequenza e fase ma anticipati, in modo da far sembrare il veicolo più grande e vicino di quanto non fosse; un'evoluzione di questa tecnica permetteva di far apparire falsi bersagli multipli sugli schermi radar, allineati lungo la radiale.
L'insieme di queste e delle successive più evolute tecniche prende il nome di [[radar jamming]]. I radar militari di oggi non sono più vulnerabili a tecniche "ingenue" come quella descritta, perché adottano sistemi di protezione detti in inglese ''Electronic Protection (EP)'' o con precedente terminologia ''ECCM - Electronic Counter Countermeasures'' - e ''EPM - Electronic Protective Measures''. Tra questi la trasmissione con salti di frequenza (in inglese ''[[frequency-hopping]]'') o le tecniche di marcatura dell'impulso, per riconoscere meglio gli echi corretti da quelli contraffatti.
Infine come contromisure tecniche meccaniche non elettroniche sono da menzionare, sempre in ambito militare, le tecnologie degli aerei militari 'invisibili' ([[tecnologia Stealth]]) le quali cercano di minimizzare la quantità di radiazione riflessa verso il radar nemico attraverso l'uso di particolari materiali e/o vernici assorbenti non riflettenti o forme geometriche del velivolo altrettanto specifiche ovvero agendo sulla superficie equivalente dell'oggetto scatterante <math>\!\sigma</math>.
[[File:Sea_Shadow_moored.jpg|thumb|Nave [[velivolo stealth|Stealth]]]]
== Effetto Frey ==
L'"effetto Frey" scoperto da [[Allan Frey]] nel 1960 alla [[Cornell University]] consiste in un "rumore" dei radar che non si sente attraverso le orecchie ma direttamente dal cervello. La scoperta parte dalla segnalazione di un radarista che ad un convegno gli rivela di sentir provenire dal radar un brusio, direttamente nella testa, ma non viene creduto da nessuno. Frey indaga e comincia a fare esperimenti prima con volontari con le orecchie tappate e poi con persone sorde, scoprendo che le radiazioni elettromagnetiche interagiscono con le cellule neurali generando piccoli campi elettrici.
Questo effetto fu poi adoperato in campo militare per prototipi di armi non convenzionali in progetti come [[Mk-Ultra]].<ref>[[Riccardo Staglianò]], ''Toglietevelo dalla testa. Cellulari, tumori e tutto quello che le lobby non dicono.'', 2012, Chiarelettere editore, pag 205, ISBN 978-88-6190-228-2</ref><ref>{{cita web|url=https://ricerca.repubblica.it/repubblica/archivio/repubblica/2018/09/03/lo-strano-caso-delle-microonde-che-colpiscono-i-diplomatici25.html|titolo=Lo strano caso delle microonde che colpiscono i diplomatici|autore=William J. Broad|sito=[[la Repubblica (quotidiano)|la Repubblica]]|data=3 settembre 2018|accesso=24 luglio 2021}}</ref><ref name=allanfrey1962>{{cita pubblicazione |lingua=en |url=http://jap.physiology.org/content/17/4/689 |titolo=Human auditory system response to modulated electromagnetic energy |autore=Allan H. Frey |editore=[[Journal of Applied Physiology]] |data=1º luglio 1962 |accesso=22 novembre 2019 |dataarchivio=16 settembre 2017 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20170916192444/http://jap.physiology.org/content/17/4/689 |urlmorto=sì }}</ref>
== Precauzioni sanitarie ==
Gli impianti radar sono soggetti a normative di carattere sanitario volte a prevenire sia malattie professionali agli operatori sia di carattere protezionistico dalle onde elettromagnetiche sulla popolazione in generale<ref>{{cita web|url=http://old.iss.it/binary/elet/cont/Promemoria_226.1205336407.pdf|titolo=CAMPI ELETTROMAGNETICI E SALUTE PUBBLICA|data=giugno 1999|accesso=24 luglio 2021|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20191123103141/http://old.iss.it/binary/elet/cont/Promemoria_226.1205336407.pdf|dataarchivio=23 novembre 2019}}</ref>.
== Note ==
<references/>
== Bibliografia ==
* {{cita libro|titolo=I sistemi di telerilevamento radar|autore=Fabrizio Berizzi|editore=Apogeo|città=Milano|anno=2005|isbn=88-387-8979-7}}
* {{cita libro|titolo=Cent'anni di radar. Ricerca, sviluppi, persone, eventi|autore=Gaspare Galati|editore=Aracne Editrice|città=Roma|anno=2012|isbn=978-88-548-5688-2}}
* {{cita libro|titolo=Teoria e tecnica radar|autore=Gaspare Galati|editore=Texmat|città=Roma|anno=2009}}
* {{cita libro|titolo=Elaborazione del segnale radar. Metodologie ed applicazioni|autore=Giovanni Picardi|editore=FrancoAngeli|città=Milano|anno=1997|edizione=4}}
* {{cita libro|titolo=Understanding Antennas for Radar, Communications and Avionics|url=https://archive.org/details/understandingant00rulf|autore=Benjamin Rulf|autore2=Gregory A. Robertshaw|editore=Van Nostrand|città=New York|anno=1987|lingua=en|isbn=0-442-27772-5}}
* {{cita libro|titolo=Introduction to Radar Systems|autore=Merrill I. Skolnik|editore=McGraw-Hill|città=Boston|anno=2001|lingua=en|edizione=3|isbn=0-07-066572-9}}
* {{cita libro|titolo=Advanced Ultrawideband Radar. Signals, Targets and Applications|autore=James D. Taylor|editore=Taylor & Francis|città=Boca Raton|anno=2016|lingua=en|isbn=978-1-4665-8657-4}}
* {{cita pubblicazione|titolo=Introduzione alla radiotelemetria (Radar). Apparecchi e nozioni entrati nell'uso corrente|autore=[[Ugo Tiberio]]|rivista=Rivista Marittima|editore=Marina Militare|città=Roma|anno=1946}}
== Voci correlate ==
* [[Radar a onda continua]]
* [[Radar Doppler]]
* [[Radar ad apertura sintetica]]
* [[Radar di sorveglianza]]
* [[Radar secondario di sorveglianza]]
* [[Radar meteorologico]]
* [[Radar warning receiver]]
* [[Receiver operating characteristic]]
* [[Aerofono]]
* [[Georadar]] (ground-penetrating radar)
* [[Sezione radar equivalente]]
* [[Decoy (guerra elettronica)]]
== Altri progetti ==
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== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
* {{cita web | 1 = http://www.radar-france.net | 2 = Il primo radar operazionale francese (1934) | accesso = 22 marzo 2022 | dataarchivio = 5 ottobre 2007 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20071005024529/http://www.radar-france.net/ | urlmorto = sì }}
* {{cita web |1=http://www.microwavecomponents.eu |2=Radar e Tecnologie a Microonde |urlmorto=sì |accesso=2 maggio 2019 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20080526154333/http://www.microwavecomponents.eu/ |dataarchivio=26 maggio 2008 }}
* {{cita web |1=http://crr.sesm.it |2=Centro Ricerche Radar |accesso=7 novembre 2018 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140827133409/http://crr.sesm.it/ |dataarchivio=27 agosto 2014 |urlmorto=sì }}
* {{cita web|http://www.museodelradar.it|Museo del Radar - c/o Leonardo}}
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