Specialisti della ricognizione: Un confronto dettagliato di 14 sistemi radar

Quando l'aria calda e umida passa sopra l'acqua fredda o l'umidità che evapora si condensa sull'aria più fredda sopra l'acqua calda, tendono a formarsi spesse nubi di nebbia che bloccano la vista come un muro bianco. Anche i temporali in arrivo possono limitare la visibilità a tal punto da perdere la vista.

In queste condizioni, i sistemi radar non solo forniscono servizi preziosi per la prevenzione delle collisioni, ma forniscono anche l'orientamento per la navigazione quando non è possibile vedere nulla a occhio nudo - e con notevole precisione. Il radar fornisce misurazioni affidabili che non richiedono una fiducia cieca nell'accuratezza di una posizione GPS, nella qualità di una carta nautica elettronica o nella validità di un rapporto di posizione AIS. Inoltre, è in grado di rilevare le navi che non trasmettono i propri dati.

Per saperne di più sul radar:

• 11 riflettori radar nel test
• Panoramica del mercato dei transponder AIS
• Comportamento nella nebbia

Dati tecnici e prezzi

Il radar è ancora aggiornato?

Nonostante questi vantaggi pratici, gli armatori hanno a lungo considerato le apparecchiature radar come un male necessario. La loro necessità era criticata, soprattutto perché i costi di installazione e di investimento erano spesso destinati a produrre risultati modesti, viste le precarie condizioni di spazio e le riserve di energia a bordo. Con la tecnologia attuale, però, le cose sono cambiate. Ecco perché le antenne radar stanno vivendo una rinascita sulle imbarcazioni da diporto.

Tuttavia, la scelta di un sistema radar adatto presenta anche nuove sfide: In primo luogo, l'antenna e lo schermo radar non sono più offerti di serie come coppia inseparabile, il che solleva ulteriori problemi di compatibilità. In secondo luogo, è ora necessario distinguere tra tecnologie fondamentalmente diverse.

Per molti anni il mercato è stato dominato dai sistemi radar a impulsi convenzionali. In questo caso, come trasmettitore viene utilizzato un cosiddetto magnetron, un tipo di tubo elettronico. I radar a magnetron emettono treni di onde elettromagnetiche in impulsi della durata di meno di un milionesimo di secondo. La lunghezza esatta degli impulsi dipende dalle dimensioni del campo di misura. Dopo la trasmissione, l'antenna passa alla ricezione per raccogliere i segnali riflessi e generarne un'immagine. Uno degli svantaggi di questa tecnologia relativamente semplice è che per le lunghe distanze è necessaria una grande potenza. Nel trasmettitore viene accumulata un'impressionante potenza d'impulso di diversi kilowatt, che deve prima riscaldarsi fino alla temperatura di esercizio. L'elevata potenza di trasmissione comporta una grande fame di energia e un'insidiosa esposizione alle radiazioni nelle vicinanze del trasmettitore.

La tecnologia collaudata è stata ora sostituita da quella a stato solido. In genere funzionano con potenze di trasmissione da 10 a 50 watt. Inoltre, non è necessario un preriscaldamento e i sistemi sono pronti all'uso subito dopo l'accensione.

Tuttavia, la generazione e l'analisi avanzata dei segnali richiede un'elevata potenza di calcolo, e questo è probabilmente uno dei motivi principali per cui questa tecnologia si è diffusa solo negli ultimi anni.

Dettagli importanti per una migliore visione d'insieme

Cosa c'è da sapere sulla tecnologia

I sistemi radar a semiconduttore ottengono punti non solo in termini di consumo energetico (la potenza di calcolo necessaria compensa parte dei risparmi) e con un'esposizione alle radiazioni significativamente ridotta, ma anche in termini di risoluzione.

I dispositivi non funzionano con un semplice impulso, ma con segnali modulati in frequenza. Si può immaginare come un segnale sonoro in cui l'altezza varia costantemente, da un fischio acuto a un ronzio basso. Quando arriva l'eco di un segnale di questo tipo, la sua altezza può essere utilizzata per determinare con precisione il tempo di propagazione del segnale. Nei radar a semiconduttori, la frequenza dell'eco funge da riferimento, quindi non è necessario attendere che l'impulso di trasmissione sia completamente trasmesso.

Di conseguenza, la visualizzazione dell'eco non è più necessariamente allungata in base alla lunghezza degli impulsi emessi e i bersagli consecutivi nella stessa direzione possono essere identificati come bersagli separati. Allo stesso tempo, viene migliorata la risoluzione a distanza ravvicinata, che dipende anche dalla lunghezza dell'impulso nei radar convenzionali. Ciò consente di emettere segnali molto più lunghi.

Esistono due tecnologie radar per yacht che funzionano con segnali a modulazione di frequenza: FMCW e radar a compressione di impulsi. FMCW è l'acronimo di radar "Frequency Modulated Continuous Wave", ovvero radar a onda continua modulata in frequenza. Trasmette un segnale continuo, che richiede un'antenna trasmittente e ricevente separata sul fascio di antenne rotanti. Il radar FMCW più noto è il Broadband Radar 3G/4G di Navico, commercializzato con i marchi B&G, Lowrance e Simrad.

I radar a compressione di impulsi, che a loro volta emettono i loro segnali in impulsi, sono ora più diffusi, ma a differenza dei radar a magnetron, emettono impulsi molto più lunghi e modulati in frequenza con una potenza d'impulso notevolmente ridotta.

I modelli NXT di Furuno, la serie Fantom di Garmin, la serie Halo di Navico e i radar Quantum e Cyclone di Raymarine utilizzano il metodo della compressione degli impulsi.

La modulazione di frequenza può essere utilizzata per affrontare l'allungamento radiale, ma non l'espansione laterale delle visualizzazioni dell'eco, anch'essa tipica del radar - la cosiddetta deformazione azimutale. Ciò è dovuto al fatto che i segnali radar non possono essere focalizzati in modo puntiforme come un raggio di luce, ma piuttosto il diagramma di radiazione di un'antenna radar assomiglia a una forma a clava. Questo cosiddetto lobo radar si allarga ai lati all'aumentare della distanza.

Se un lobo radar di questo tipo passa sopra un bersaglio nel corso di un'orbita dell'antenna, l'energia viene riflessa da esso per l'intera larghezza del lobo (larghezza del fascio), facendo apparire il bersaglio più spesso di quanto non sia. I bersagli sottili, come un barile, non vengono visualizzati come un'eco puntiforme, ma come un arco di eco corrispondente alla larghezza del fascio. A distanze maggiori, l'effetto aumenta e gli archi di eco dei bersagli vicini possono sovrapporsi.

Comprendere correttamente il radar

Più piccolo è l'angolo di apertura laterale, migliore è la risoluzione azimutale. I cosiddetti radiatori a fessura (slot radiator) - antenne a fascio liberamente rotante, note anche come "open array radar scanner" - sono fondamentalmente superiori in questo senso alle antenne radome (antenne a cupola) diffuse sulle barche a vela. Un altro fattore è la dimensione dell'antenna: più grande è l'antenna, minore è l'angolo di apertura orizzontale.

Da tempo si cerca di contrastare questo fenomeno con la potenza di calcolo. I bersagli riflettono su tutta la larghezza del fascio, ma non con una densità di energia uniforme.

Tali fattori possono essere presi in considerazione nella separazione digitale dei bersagli per computerizzare l'immagine radar. I corrispondenti processori di segnale digitale sono stati utilizzati anche nei sistemi radar a impulsi più recenti. Tuttavia, l'affilatura del fascio funziona solo fino a un certo punto: il risultato dipende dal valore iniziale, che è ancora determinato dalle dimensioni dell'antenna. Quest'ultima rimane quindi un importante criterio di selezione.

Oggi sono molto diffusi anche i trasmettitori adattivi, che si adattano automaticamente a determinate condizioni ambientali e riconoscono le caratteristiche tipiche dei bersagli, ad esempio gli stormi di uccelli o i fronti di maltempo. Anche le interferenze dovute a mareggiate e pioggia vengono riconosciute e filtrate automaticamente. Se non si vuole più sperimentare da soli l'amplificazione di ingresso ("guadagno") e i filtri per il moto ondoso e la pioggia, si può lasciare che sia il dispositivo a farlo. Ciò significa che è necessaria molta meno esperienza per ottenere una visualizzazione utilizzabile e che il funzionamento dei sistemi è diventato molto più semplice e quindi più sicuro.

Funzioni quali Doppler e MARPA

Alcuni radar a compressione di impulsi tengono conto anche del cosiddetto effetto Doppler. Questo effetto è noto dagli effetti sonori: ad esempio, una sirena suona in modo diverso quando si avvicina e quando si allontana. Questo perché l'onda sonora viene compressa o allungata. Qualcosa di simile accade all'onda elettromagnetica emessa dal radar quando viene riflessa da un bersaglio in avvicinamento o in allontanamento. Nei radar con funzione Doppler ("radar Doppler"), questi bersagli sono evidenziati a colori. I bersagli in avvicinamento sono solitamente indicati in rosso e quelli in allontanamento in verde.

I modelli NXT di Furuno sono tutti dotati di questa funzione, così come i radar Fantom di Garmin e i radar Halo più grandi di Navico (solo la versione Plus dell'Halo 20). Il radar Quantum di Raymarine è disponibile con o senza funzione Doppler (standard sul Cyclone). La funzione di inseguimento del bersaglio MARPA ("Mini Automatic

Radar Plotting Aid"), d'altra parte, esisteva già per i radar a impulso. Il MARPA consente di selezionare e seguire singoli bersagli radar, mentre l'elettronica calcola i dati di avvicinamento, tra cui l'avvicinamento del bersaglio (CPA = "closest point of approach") e il tempo di reazione rimanente (time to CPA).

Queste sofisticate funzioni di tracciamento del bersaglio richiedono il collegamento di una bussola elettronica e di un hardware di valutazione compatibile. Nel frattempo, su quasi tutti i radar è disponibile la visualizzazione delle cosiddette scie, ovvero tracce di segnale provenienti da precedenti orbite dell'antenna che possono essere utilizzate per dedurre almeno approssimativamente lo spostamento dell'eco (le "vere scie" richiedono a loro volta una tecnologia corrispondente).

Compatibilità dei componenti

Con le soluzioni stand-alone un tempo comuni, si acquistava un pacchetto coordinato composto da antenna e "scatola radar" abbinata. Quest'ultimo si può ancora trovare occasionalmente, ad esempio i modelli FR10/12 di Furuno o l'unità di controllo radar R2009 di Navico. Nel frattempo, però, si sono affermati i display multifunzione (MFD) che, oltre alla funzione di chart plotter, fungono anche da schermi radar. Il sistema radar vero e proprio è una semplice unità di antenna (black box scanner). La fusione dei dati in un centro di controllo offre interessanti funzionalità, come la sovrapposizione dell'immagine radar sulla carta elettronica o la sovrapposizione dell'AIS sull'immagine radar. Come di consueto per i sensori di immagini, lo scanner radar è generalmente collegato tramite Ethernet o WLAN: i sistemi bus NMEA non sono più sufficienti. Nella maggior parte dei casi vengono utilizzati standard proprietari, per cui, con poche eccezioni, lo scanner radar e l'MFD devono provenire dallo stesso produttore.

Tuttavia, trovare la giusta combinazione può rappresentare una certa sfida. Infatti, come tutti i trasduttori black box, anche gli scanner radar dipendono dal supporto delle loro funzioni da parte del sistema di analisi. Ad esempio, sebbene i display Q, anch'essi offerti da NKE, permettano di collegare uno scanner radar Quantum di Raymarine, l'app radar sui display ha solo funzionalità radar rudimentali. Caratteristiche come MARPA e radar Doppler non sono incluse.

Anche le rispettive interfacce devono essere compatibili. Ad esempio, la serie di display Element di Raymarine non offre una connessione RayNet, utilizzata dagli attuali radar scanner del produttore. Per poterlo collegare in modalità wireless, è quindi necessario acquistare un radar Quantum nella versione WLAN. Vale la pena di dare un'occhiata anche alle altre periferiche, ad esempio alla bussola compatibile per la creazione di un'immagine radar stabilizzata sul nord e alle corrispondenti funzioni di tracciamento dei bersagli.

Suggerimenti per l'installazione

Se volete andare sul sicuro e non volete passare ore a scavare nelle profondità dei manuali tecnici - che non sempre rispondono a tutte le vostre domande - dovreste chiedere una consulenza dettagliata prima di effettuare l'acquisto e, in particolare, far verificare la compatibilità.

Alla luce dell'impressionante rapporto costo/prestazioni offerto dai moderni sistemi radar a compressione di impulsi, non è possibile abbandonare la tecnologia radar di base. I radar a impulsi sono ormai obsoleti, a parte alcuni casi particolari, come il radar Furuno DRS4W WLAN progettato per la navigazione su iPad o per applicazioni ad alta intensità di portata.

Questo perché, oltre all'altezza dell'antenna (vedi riquadro), la potenza di trasmissione rimane un fattore limitante per la portata. Con una potenza massima di dieci watt, anche un radar a compressione di impulsi non raggiunge distanze elevate.

Un'altra caratteristica distintiva è la velocità di rotazione dell'antenna, che determina la velocità di aggiornamento dell'immagine radar: più veloce è la rotazione dell'antenna, più aggiornata è l'immagine radar. L'aggiornamento a breve termine può dare buoni risultati, soprattutto per i bersagli a distanza ravvicinata. Alcuni dispositivi sono anche in grado di visualizzare due gamme in parallelo ("dual range").

Tuttavia, anche in questo caso è necessario un hardware di valutazione compatibile. Questo vale ancora di più per le funzioni dell'MFD, come le funzioni di allarme. Un altro consiglio: scegliete un display di dimensioni sufficienti come schermo radar: su un display da 7 pollici, la valutazione dell'immagine radar può diventare un cinema del mouse. In definitiva, dipende sempre dal sistema complessivo, che include la scelta della posizione e del montaggio dell'antenna.

Funzione e caratteristiche dei sistemi radar

Un'antenna radar emette segnali elettromagnetici. Se il segnale radar viene riflesso da un bersaglio e ritorna all'antenna, la distanza del bersaglio può essere calcolata in base al tempo trascorso dall'emissione del segnale (il tempo di propagazione del segnale). Quest'ultimo deriva dalla velocità di propagazione dei segnali, che corrisponde alla velocità della luce, ossia circa 300.000 chilometri al secondo o 300 metri al microsecondo (milionesimi di secondo, µs).

Allo stesso tempo, l'antenna radar viene ruotata continuamente per scansionare l'intero ambiente circostante la nave. La direzione in cui punta l'antenna quando arriva un segnale riflesso fornisce il rilevamento del bersaglio.

Poiché l'antenna è a bordo, tutti i valori misurati si riferiscono alla posizione del nostro yacht. Quest'ultimo è al centro del display radar. Se l'imbarcazione è in navigazione, il movimento dell'antenna è incluso nei movimenti dell'eco sullo schermo. Gli echi dei bersagli fissi (segnali di navigazione, linee di ormeggio) si muovono sullo schermo alla velocità del proprio yacht in direzione opposta alla propria rotta. Nel frattempo, un'eco che rimane sullo schermo proviene probabilmente da un "compagno di viaggio" che si muove alla stessa velocità nella stessa direzione. Inoltre, l'immagine radar è sempre allineata alla direzione destra del proprio yacht ("Head Up"): la parte superiore dello schermo radar corrisponde quindi alla direzione della prua. I rilevamenti dei bersagli sono laterali. Se l'unità radar è collegata in rete con una bussola elettronica, è possibile realizzare anche un allineamento verso nord ("North Up"). I movimenti dell'eco rimangono movimenti relativi, ma la parte superiore dello schermo radar è a nord (i rilevamenti sono riferiti al nord), il che facilita la sincronizzazione con la carta nautica. Un'altra variante è l'allineamento stabilizzato sulla rotta ("Course Up"): è simile a "Head Up", ma senza che l'immagine radar si offuschi necessariamente in caso di imprecisioni di governo (richiede anche un sensore di direzione).

La giusta posizione dell'antenna

L'angolo di apertura verticale della maggior parte delle antenne radar è di circa 25 gradi. Esso determina la distanza da cui i raggi radar colpiscono la superficie dell'acqua. Più l'antenna è alta, maggiore è questa distanza e quindi maggiore è la zona cieca intorno all'antenna. Ad esempio, un barile alto ben due metri potrebbe essere rilevato solo a una distanza minima di oltre 25 metri con un'antenna alta otto metri, ma a una distanza inferiore a dieci metri con un'antenna alta quattro metri.

L'altezza dell'antenna determina anche la portata - l'orizzonte radar. La portata teorica in miglia nautiche può essere calcolata utilizzando una formula in cui la radice quadrata dell'altezza dell'antenna viene sommata alla radice quadrata dell'altezza del bersaglio (entrambe in metri) e il tutto viene moltiplicato per un fattore di 2,23. Se l'altezza del bersaglio viene impostata a zero, il risultato è la distanza del raggio radar. Se l'altezza del bersaglio viene impostata a zero, il risultato è la distanza del raggio radar. Ecco un altro esempio: quattro metri di altezza dell'antenna producono un'altezza radar di circa 4,5 miglia, otto metri di altezza dell'antenna portano l'altezza radar a circa 6,3 miglia. Una nave da carico con una sovrastruttura alta 20 metri sarebbe visibile a una distanza di circa 14,4 miglia nautiche con un'antenna alta quattro metri, e a una distanza di circa 16,3 miglia con un'antenna alta otto metri. In ogni caso, si consiglia di montare un'antenna semicardanica. In caso contrario, quando l'imbarcazione sbanda, la portata si riduce notevolmente sottovento, mentre il rilevamento a distanza ravvicinata si deteriora sopravento.