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livello elementare
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ARGOMENTO: NAUTICA E NAVIGAZIONE
PERIODO: XX-XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: radar
Ne sentiamo parlare da sempre, il radar. Oggi parliamo della sua storia e del suo, ancor oggi importante, utilizzo in campo nautico il cui corretto impiego è tutt’altro che scontato.
Il termine Radar, comunemente utilizzato dai mass media, è in realtà un acronimo per Radio Detection and Ranging, ovvero “scoperta e misurazione di distanze via radio”. Il termine “radar” fu coniato nel 1940 in campo militare dalla US Navy (marina militare degli Stati Uniti d’America). Il primo ad usare le onde radio per segnalare «la presenza di oggetti metallici distanti» fu Christian Hülsmeyer che nel 1904 dimostrò che era possibile rilevare la presenza di una nave nella nebbia.
Ugo Tiberio, il padre del radar italiano
Il sistema poteva indicare un segnale di un bersaglio ma non la sua distanza. Nel 1922 Guglielmo Marconi ebbe l’idea di sviluppare un radiotelemetro per effettuare la localizzazione a distanza di oggetti in movimento. Nel 1933, ne propose la realizzazione ad un gruppo di militari italiani, tra i quali il colonnello Luigi Sacco che la affidò ad un ufficiale tecnico della Regia Marina, l’ingegner Ugo Tiberio, che negli anni seguenti realizzò diversi prototipi, senza però ottenere mai i fondi necessari per arrivare a un sistema radar operativo. Per assurdo, Tiberio fu anche deriso dalle gerarchie militari che non credevano nelle sue ricerche considerandole fantascientifiche. Anche l’ammiraglio Jachino, dopo una presentazione sul possibile impiego di un sistema di scoperta basato sulle onde elettromagnetiche, lo invitò a dedicarsi esclusivamente all’insegnamento dell’elettronica ai corsi in Accademia Navale. Una storia che richiama il Nemo propheta acceptus est in patria sua, nessun profeta è gradito nella sua patria, frase citata nei Vangeli e pronunciata da Gesù. ma che trova conferme nella vita reale ancora oggi.
Solo dopo la disfatta di Capo Matapan (28-29 marzo 1941), dovuta anche all’uso del radar da parte dei Britannici, furono finalmente assegnati i fondi necessari per realizzare i primi sistemi italiani, che furono denominati Gufo (radio telemetro EC-3) e Folaga.
Gufo (radio telemetro EC-3) sulla RN Littorio
Al termine della guerra i meriti di Ugo Tiberio furono finalmente riconosciuti a livello internazionale. L’ingegnere italiano, che aveva visto lontano, continuò il suo insegnamento, scrivendo numerose pubblicazioni, e fu anche titolare della cattedra di elettronica dell’università di Pisa per vent’anni.
Ma torniamo alle prime esperienze sui radar.
All’estero, ricercatori americani, tedeschi, francesi e, principalmente, britannici svilupparono il radar come sistema di difesa contro gli attacchi aerei.
Nel 1936, l’ungherese Zoltán Bay fu il primo a produrre un modello funzionante di radar nei laboratori di Tungsram. Il periodo bellico portò allo sviluppo di sistemi sempre più efficienti in termini di precisione e utilizzabilità. Nel dopoguerra l’uso di sistemi radar si diffuse in ambito civile, soprattutto per il controllo del traffico aereo e navale commerciale e per le rilevazioni meteorologiche. La sua utilità fu riconosciuta in campo comerciale e il suo impiego fu previsto dall’International Convention for the Safety of Life at Sea, SOLAS ’74. In seguito con la miniaturizzazione dei componenti, il radar divenne in breve tempo dotazione corrente di buona parte delle imbarcazioni da diporto.
principio di funzionamento del radar … da Trentoincina
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Come funziona?
In parole molto semplici, il suo funzionamento si basa sull’irradiazione (emissione) di energia elettromagnetica ad elevata potenza, di tipo impulsivo che viene concentrata in una certa direzione. Se nel suo tragitto l’onda incontra un oggetto, la misurazione del tempo che passa dall’emissione del segnale alla sua ricezione, moltiplicato per la velocità di propagazione, ci fornisce la sua distanza. L’orientamento dell’antenna all’atto dell’emissione dell’impulso (dato ad esempio da un sistema girobussola) e il tempo di ritorno del segnale forniscono la posizione dell’oggetto nel campo di rilevamento del radar; la differenza fra due rilevamenti successivi (o lo spostamento in frequenza doppler in un singolo rilevamento, nei modelli più recenti) determina la velocità e la direzione dell’oggetto rilevato. In sintesi avendo rilevamento e distanza di un bersaglio si può stabilire una posizione relativa rispetto alla nostra posizione.
Bande di frequenza
Normalmente le frequenze elettromagnetiche sono suddivise in bande (per lo più UHF e SHF). Le fasce di frequenza sono a loro volta racchiuse in bande. La tabella seguente fornisce la classificazione in bande comunemente usata.
Solitamente i radar nautici operano nella banda S e X. Per poter valutare i differenti sistemi vanno esaminate le loro caratteristiche. In particolari parametri come:
– la potenza di picco ovvero la potenza irradiata che può variare tra i 25 e 50 Kw;
– l’impulso (pulse) o tempo di irradiazione;
– la cadenza dell’impulso (pulse repetition rate), che può variare da 500 a 4000 impulsi al secondo.
L’energia viene irradiata tramite un’antenna altamente direttiva, che ruota nel piano orizzontale. Se volessimo rappresentare questa emissione noteremmo che l’energia è concentrata spazialmente in un lobo che può essere rappresentato in una componente orizzontale (di 1-2 gradi) ed una verticale più ampio di 20-25 gradi.
Fisicamente, utilizzando frequenze maggiori il segnale viene attenuato ed ha una portata minore. Vedremo che questo problema affligge anche i sonar. L’antenna oltre che ad irradiare l’energia ha il compito di riceverla indietro. Molto semplicemente, una volta emessa energia, l’antenna riceve l’eco di ritorno che viene trasformato in segnali elettrici e rappresentato su uno schermo. Sugli schermi si possono avere rappresentazioni pure o asservite a sistemi cartografici o GIS, fornendo dati utilizzabili per valutare lo sviluppo delle condizioni meteorologiche altamente significativi.
Il principio è semplice ma sfortunatamente vi sono dei fattori che possono diminuirne l’efficacia. Un effetto fisico che disturba le ricezioni radar è la riflessione che comporta la ricezione da parte del sistema di altri segnali di ritorno dovuti a riflessioni indirette.
Gli oggetti colpiti dall’energia elettromagnetica restituiscono un eco con la stessa frequenza di quella emessa dal radar. La risposta è però legata alla conducibilità elettrica dell’oggetto colpito e, ovviamente, alla sua dimensione e forma. Gli oggetti interessati dall’energia elettromagnetica hanno infatti una risposta diversa in funzione della superficie irradiata: la migliore risposta si ha per oggetti che presentano superfici verticali rocciose o metalliche; al contrario quando si hanno oggetti con strutture angolate che possiedono una bassa conducibilità elettrica (come le spiagge sabbiose o le lastre di ghiaccio) la risposta è debole e non affidabile. Non a caso le navi e gli aerei stealth hanno strutture e forme che restituiscono una bassa risposta. In pratica, durante la navigazione costiera, è sempre opportuno osservare le carte e identificare il tipo di costa … una spiaggia sabbiosa molto ampia può restituire al radar errori di centinaia di metri e farci finire su pericolosi bassi fondali.
La portata reale del radar dipende dalla rifrazione, dall’altezza dell’antenna sul mare (più è in alto e maggiore è la portata), e dell’altezza del bersaglio sul livello del mare.
L’orizzonte radar (in condizioni standard dell’atmosfera) è dato da:
| 2,23* √h dove h è l’altezza dell’antenna in metri |
La massima portata pratica (range) è data da:
| R =2,23* (√altezza antenna + √altezza oggetto) |
semplice … ma non è esattamente così
Detto questo, dobbiamo considerare che le prestazioni standard sono affette da problemi tecnici (anche temporanei), interferenze di radar vicini, disturbi interni della nave (spoke), disturbi di origine meteorologica (echi di clutter), capacità di discriminazione, echi falsi e multipli, errori di rilevamento legati al beccheggio e rollio, mancanza di un allineamento perfetto tra radar e girobussola. Molto spesso questi errori sono dell’ordine di un grado ma l’insieme può essere significativo.
I sistemi più moderni offrono una maggiore elaborazione del segnale e un trasmettitore/ricevitore adattativo digitale che regola automaticamente i parametri in base all’ambiente e alle condizioni del mare. Nell’esempio sottostante (RayMarine) sono implementate delle funzioni di filtraggio che possono aiutare ad individuare bersagli anche con la pioggia e i temporali, riducendo gli echi di clutter. Altre funzioni integrate in questi sistemi sono gli allarmi di close approach, utili per l’anticollisione con bersagli radarabili. Questi allarmi possono calcolare il moto dei bersagli, la distanza di minimo avvicinamento ed il tempo in cui si verificherà.
radar Raymarine
In sintesi, il radar è un eccellente aiuto per la navigazione ma potrebbe NON assicurare la precisione e sicurezza della navigazione al 100%. I sistemi radar interfacciati con i sistemi di navigazione sono dotati di allarmi di prossimità ma questo NON vuol dire che ci si possa affidare ciecamente al radar. Molti incidenti nautici avvengono proprio per questo. Quindi, guardate sempre fuori.
Ricordatevi che il vecchio detto “il miglior posto per tenere un binocolo è al collo” è sempre valido. Un radar di navigazione è un utile strumento ma non potrà mai sostituire i vostri occhi, specialmente di notte.
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. E’ docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione scientifica.
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