Il radar (Radio Detection and Ranging) è un sistema che rileva oggetti emettendo onde elettromagnetiche e analizzando l’eco riflessa. Il principio è misurare come un bersaglio modifica un segnale noto: tempo di ritorno per la distanza, variazione di frequenza per la velocità, direzione dell’antenna per l’angolo.
Nel radar impulsato, la distanza si ricava dal tempo tra emissione e ricezione dell’eco:
Il fattore compare perché il segnale percorre due volte la distanza: dal radar al bersaglio e dal bersaglio al radar.
Eco e antenna
Un radar trasmette energia attraverso un’antenna, che concentra il fascio in una certa direzione. Quando l’onda incontra un oggetto, una piccola parte dell’energia viene diffusa all’indietro. Il ricevitore misura questa energia, spesso estremamente debole rispetto al segnale trasmesso.
La capacità di un oggetto di riflettere energia verso il radar è descritta dalla sezione radar equivalente. Non dipende solo dalla dimensione: forma, materiale, orientamento e lunghezza d’onda contano in modo decisivo.
Effetto Doppler
Se il bersaglio si muove radialmente, la frequenza dell’eco cambia per effetto Doppler. In prima approssimazione:
dove è lo scostamento Doppler, la velocità radiale e la lunghezza d’onda. Il radar può così distinguere bersagli fermi e mobili, stimare velocità e filtrare parte del clutter.
Risoluzione
La risoluzione in distanza dipende dalla durata dell’impulso o dalla banda del segnale. Impulsi più brevi, o segnali a banda più larga, permettono di separare bersagli vicini lungo la linea di vista. La risoluzione angolare dipende invece dall’apertura dell’antenna e dalla lunghezza d’onda.
I radar moderni possono essere impulsati, FMCW, ad apertura sintetica o phased array. Nei phased array, molti elementi radianti cooperano per orientare elettronicamente il fascio senza muovere fisicamente l’antenna.
Il radar è dunque una macchina di misura elettromagnetica: emette energia controllata, riceve echi deboli e usa elaborazione del segnale per trasformarli in distanza, velocità e direzione.