COMO FUNCIONA O RADAR

                 INTRODUÇÃO


O radar é algo que está presente em nosso cotidiano, embora seja normalmente invisível. O controle de tráfego aéreo usa radares para rastrear aviões no solo como no ar, além de usá-lo também na hora de orientar os pilotos para que façam pousos suaves. Além disso, quem também usa os radares é a polícia, mas com o objetivo de detectar a velocidade dos automóveis. Já a Nasa os usa para mapear a Terra e outros planetas, para rastrear satélites e fragmentos espaciais e para ajudar na hora de manobrar suas aeronaves. Os militares, por sua vez, usam radares para detectar os inimigos e guiar suas armas até os alvos.

Os meteorologistas usam radares para rastrear tempestades, furacões e tornados. Até o dispositivo que faz as portas das lojas abrirem automaticamente é um tipo de radar. Depois de ver todos esses casos, nem preciso dizer que o radar é uma tecnologia extremamente útil.
Quando as pessoas usam radares, geralmente estão tentando fazer uma destas 3 coisas:

•detectar a presença de um objeto distante: o normal é detectar objetos que estejam em movimento, como um avião, mas os radares também podem ser usados para detectar objetos imóveis enterrados;

•detectar a velocidade de um objeto: esta é a razão por que a polícia usa o radar;

•mapear algo: o ônibus espacial e os satélites artificiais em órbita usam algo chamado de Radar de Abertura Sintética (SAR) para criar mapas topográficos detalhados da superfície dos planetas e de suas luas.

O interessante é que essas três atividades podem ser realizadas usando duas coisas com as quais você deve estar bem familiarizado no seu dia-a-dia: o eco e o efeito Doppler. Estes dois conceitos são fáceis de entender em termos de som porque seus ouvidos escutam ecos e o efeito Doppler todos os dias. Pois é, o radar aproveita essas duas coisas, só que utilizando ondas de rádio.

Neste artigo, vamos revelar todos os segredos dos radares. Primeiro, vamos dar uma olhada na versão sonora, já que ela é mais familiar para você.

O eco e o efeito Doppler 

Quando gritamos em um poço, o som do grito vai até lá embaixo e é refletido (ecoa) na superfície da água existente no fundo desse poço. Se você contar o tempo que o eco demora para retornar e souber a velocidade do som, dá para calcular a profundidade do poço com muita precisão.

O eco é algo perceptível. Se você gritar na direção de um poço ou cânion, o eco volta logo depois. Mas por que isso ocorre? O eco acontece porque algumas das ondas sonoras do seu grito se refletem em uma superfície e fazem todo o caminho de volta até os seus ouvidos. O tempo levado entre o momento em que você gritou e o momento em que ouviu o eco é determinado pela distância entre você e a superfície que o criou.



Mas não é só o eco que é comum, o efeito Doppler também o é. Você deve senti-lo todos os dias, mas provavelmente não nota. Ele acontece quando o som é gerado, ou refletido, por um objeto em movimento ou refletido nele. Em casos de velocidade extrema é o efeito Doppler que cria o ruído sônico (veja abaixo). O efeito Doppler pode ser entendido da seguinte forma: digamos que há um carro vindo na sua direção a 60 km/h e o motorista está buzinando. Você vai ouvir a buzina tocando uma "nota" enquanto o carro se aproxima, mas quando o carro passar por você, o som da buzina vai mudar para uma nota mais grave. O efeito Doppler causa essa mudança.



O que acontece é o seguinte: a velocidade do som que se propaga pelo ar do estacionamento é fixa. Para simplificar nossos cálculos, vamos dizer que essa velocidade é de 900 km/h (a velocidade exata depende da pressão do ar, da temperatura e da umidade). Imagine que o carro está parado a uma distância de exatamente 1,0 km de você e fica buzinando por um minuto, nem um segundo a mais, nem um segundo a menos. As ondas sonoras da buzina se propagam na sua direção a uma velocidade de 900 km/h. Você vai ficar sem ouvir nada nos quatro primeiros segundos (tempo para o som percorrer 1,0 km a uma velocidade de 900 km/h), seguidos de um minuto do som da buzina.

Efeito Doppler: a pessoa atrás do carro ouve uma nota mais grave do que o motorista, porque o carro está se distanciando. A pessoa na frente ouve uma nota mais aguda do que o motorista, porque o carro está se aproximando dela.


Agora, vamos imaginar que o carro está se movendo na sua direção a 60 km/h. Ele começa a se movimentar quando está a 1,0 km de você e buzina por um minuto exato. Você vai continuar a ouvir com quatro segundos de atraso, mas agora o som vai tocar por apenas 56 s. Isso acontece porque o carro vai estar junto a você depois de 1 min, fazendo com que o som emitido naquele momento chegue até você instantaneamente. No entanto, nada mudou, pois o carro (da perspectiva do motorista) buzinou por 1 min. Porém, como ele estava em movimento, esse minuto de som foi condensado em 56 s a partir da sua perspectiva, ou seja, a mesma quantidade de ondas sonoras foi colocada em uma quantidade de tempo menor. É por isso que a freqüência aumenta e a buzina chega até você com um tom mais agudo. A medida que o carro se distancia de você, o processo se inverte e o som se expande para preencher um intervalo de tempo maior, o que faz com que o tom fique mais grave.

Ruído sônico

Já que estamos falando de som e movimento, vamos aproveitar para entender os ruídos sônicos. Digamos que o carro esteja indo na sua direção exatamente na mesma velocidade que o som: por volta de 1.126 km/h. E a buzina continua a toda! As ondas sonoras geradas pela buzina não conseguem ir mais rápido do que a velocidade do som, o que significa que tanto o carro como o som da buzina estão vindo na sua direção na mesma velocidade, compactando todo o som que vem do carro. Apesar de não ouvir nada, dá para ver que o carro vem vindo. Quando ele finalmente chega até você, todo o som chega junto com ele, e acredite, este som é ALTO! Isso é que é o ruído sônico.

A mesma coisa acontece quando um barco viaja pela água mais rapidamente do que as ondas que percorrem essa água (as ondas em um lago se movem a uma velocidade de cerca de 8 km/h; lembre-se de que todas as ondas percorrem um meio a uma velocidade fixa). As ondas que o barco gera "compactam-se" e formam aquela onda em forma de V (rastro) que você percebe atrás do barco. Essa onda em forma de V não deixa de ser um tipo de ruído sônico. É a combinação compactada de todas as ondas que o barco gerou, deixando o rastro com forma de V, cujo ângulo é controlado pela velocidade do barco.

Para combinar o eco com o efeito Doppler, temos que fazer o seguinte: imagine que você emitiu um som muito alto na direção de um carro que está vindo em sua direção. Algumas das ondas sonoras vão rebater no carro (um eco), mas como o carro está vindo na sua direção, elas serão comprimidas, fazendo com que o som do eco seja mais agudo do que o som que você emitiu. Agora, o interessante mesmo é que, se você medir a frequência do eco, dá para determinar a velocidade do carro.

Entendendo os radares


Já vimos que o eco criado por um som pode ser usado para determinar a distância a uma referência e também vimos que podemos usar o efeito Doppler do eco para determinar também a velocidade de um objeto. Com isso, já é possível criar um "radar sonoro" e é exatamente isso o que um sonar é. Submarinos e barcos usam sonares o tempo todo. Além disso, é possível usar os mesmos princípios com o som que se propaga pelo ar, mas há alguns problemas a serem considerados:

•o som não chega muito longe (1,6 km no máximo);

•todo mundo consegue ouvir sons, então um "radar sonoro" causaria irritação em todos na vizinhança (para eliminar esse problema é só usar ultra-som em vez de som audível);

•como o eco seria muito fraco, provavelmente, ficaria difícil de ser detectado.

E é por esses motivos que, em vez de usar som, o radar usa ondas de rádio. Afinal de contas, elas percorrem grandes distâncias, são inaudíveis para humanos e fáceis de serem detectadas mesmo quando estão fracas.

Fotos cedidas NASA e Departamento de Defesa dos EUA

À esquerda: as antenas do Complexo de Comunicações com o Espaço Distante Goldstone, parte integrante da Rede de centros de comunicação com o espaço distante da NASA, auxiliam as comunicações de rádio com as naves da NASA

À direita: radares de busca aérea e de superfície são montados no mastro da proa de um navio de mísseis teleguiados.

Vamos considerar um radar comum projetado para detectar aviões durante o vôo. O equipamento liga seu transmissor e dispara uma rajada curta e de alta intensidade de ondas de rádio de alta freqüência. Essa rajada pode durar apenas um microssegundo. Então, o radar desliga o transmissor e liga o receptor para ouvir o eco. Em seguida, ele mede o tempo que o eco levou para chegar, assim como o efeito Doppler do eco. As ondas de rádio viajam na velocidade da luz, cerca de 300.000 km/s, o que significa que, se o equipamento tiver um relógio de alta velocidade, é possível medir a distância do avião com bastante precisão. Caso use um equipamento especial de processamento de sinais, o radar também pode medir o efeito Doppler com uma boa precisão e, dessa forma, determinar a velocidade do avião.

A antena do radar envia um pulso curto e de alta potência de ondas de rádio a uma freqüência conhecida que, ao atingir um objeto, cria um eco cujo som é alterado pelo efeito Doppler.

Nos radares de solo, há mais possíveis interferências do que nos radares montados no ar. Quando um radar de trânsito dispara um pulso, ele ecoa em todos os tipos de objetos: pontes, montanhas, prédios etc. A maneira mais fácil de remover esse tipo de interferência é filtrá-la distingüindo o que sofreu o efeito Doppler e o que não sofreu. Um radar de trânsito faz isso: ele tem a capacidade de observar apenas os sinais alterados pelo efeito Doppler (além disso, a emissão do radar é concentrada em um ponto tão estreito que acaba atingindo somente o carro).

A polícia também está utilizando a técnica a laser para medir a velocidade dos carros. Esta técnica é chamada de LIDAR e utiliza luz no lugar das ondas de rádio. Confira Como funcionam detectores de radar para obter mais informações sobre esta tecnologia.

Introdução


detectores de radar

Para muitas pessoas, o excesso de velocidade faz parte do dia-a-dia. Esse desvio da lei é muito comum e aceito por tantas pessoas que existem até equipamentos eletrônicos especializados para ajudar os motoristas a se livrar das multas. Desde sua introdução nos anos 70, os detectores de radar se tornaram um acessório obrigatório para aqueles que gostam de ser pilotos de Fórmula 1 fora das pistas.

Foto cedida Cobra Electronics

O XR-1050 alerta sobre o radar de polícia convencional assim como medidores de velocidade portáteis a laser

Neste artigo, descobriremos o que fazem e como funcionam os detectores de radar. Também veremos os mais avançados medidores de velocidade portáteis e o que os departamentos de polícia estão fazendo para combater essa tecnologia de detecção.

Funcionamento básico do radar


Para entender como funcionam os detectores de radar, primeiro você precisa saber exatamente o que eles estão detectando. O conceito de medir a velocidade de um veículo por meio do radar é muito simples. Um radar móvel é apenas um transmissor e receptor de rádio combinado em uma unidade. Um transmissor de rádio é um dispositivo que oscila uma corrente elétrica de modo que a voltagem aumente e diminua em uma determinada freqüência. Essa eletricidade gera energia eletromagnética. Quando a corrente oscila, a energia se desloca pelo ar como uma onda eletromagnética. Um transmissor também possui um amplificador que aumenta a intensidade da energia eletromagnética e uma antena que a irradia no ar.

Foto cedida K40 Electronics

Dois radares portáteis convencionais

Um receptor de rádio é apenas o inverso do transmissor: ele capta as ondas eletromagnéticas através de uma antena e as converte novamente em corrente elétrica. Na essência, rádio é apenas a transmissão de ondas eletromagnéticas através do espaço.

Radar é o uso de ondas de rádio para detectar e monitorar diversos objetos. A função mais simples do radar é informar a distância em que se encontra um objeto. Para isso, ele emite uma onda de rádio concentrada e fica atento a algum eco. Se houver um objeto no caminho dessa onda, ele refletirá uma parte da energia eletromagnética e ela irá ricochetear de volta para o dispositivo de radar. As ondas de rádio se movem através do ar a uma velocidade constante (a velocidade da luz), sendo assim, o dispositivo de radar pode calcular a distância do objeto com base no tempo que o sinal de rádio leva para retornar.
O radar também pode ser usado para medir a velocidade de um objeto devido a um fenômeno chamado desvio Doppler. Como as ondas sonoras, as ondas de rádio possuem uma determinada freqüência, que corresponde ao número de oscilações por unidade de tempo. Quando o radar portátil e o carro estiverem parados, o eco terá a mesma freqüência de onda que o sinal original. Cada parte do sinal é refletida quando atinge o carro, espelhando exatamente o sinal original.

Mas quando o carro está se movendo, cada parte do sinal de rádio é refletida em um ponto diferente do espaço, o que altera o padrão da onda. Quando o carro se afasta do radar portátil, o segundo segmento do sinal tem que se deslocar por uma distância maior do que o primeiro segmento para alcançar o carro. Como você pode ver no diagrama abaixo, isso tem o efeito de "alongar" a onda, ou diminuir sua freqüência. Se o carro se mover na direção do radar portátil, o segundo segmento da onda se deslocará por uma distância menor do que o primeiro segmento antes de ser refletido. Como resultado, os picos e vales das ondas serão comprimidos uns contra os outros e, com isso a freqüência aumenta.

Lidar


Na última seção, vimos os radares portáteis convencionais que a polícia vem utilizando desde os anos 50. Hoje em dia, mais e mais departamentos de polícia estão usando medidores de velocidade portáteis a laser em vez do radar convencional. O elemento básico em um medidor de velocidade portátil a laser, também chamado de pistola lidar (de light detection and ranging, detecção e medição de luz), é uma luz concentrada Foto cedida K40 Electronics   

Dois tipos de medidores de velocidade lidar  

O medidor de velocidade portátil lidar cronometra o tempo que um disparo de luz infravermelha leva para alcançar um carro, ricochetear e retornar ao ponto de partida. Multiplicando esse tempo pela velocidade da luz, o sistema lidar determina a distância do objeto. Diferente dos radares de polícia tradicionais, o lidar não mede a alteração da freqüência de uma onda. Em vez disso, ele envia muitos disparos de laser infravermelho em um curto período de tempo para recolher múltiplas distâncias. Comparando essas amostras de distâncias diferentes, o sistema pode calcular a velocidade com que o carro se move. Esses medidores portáteis são capazes de obter centenas de amostras em menos de meio segundo, e apresentam extrema exatidão.

Sorria para a câmera!

A polícia pode usar sistemas de lidar portáteis, assim como radares portáteis, mas em muitas áreas o sistema lidar é completamente automatizado. O medidor espalha o feixe de laser em um ângulo através da estrada e registra a velocidade de qualquer carro que passe por ele (o sistema faz um ajuste matemático para considerar o ângulo de visão).

Quando um carro em excesso de velocidade é detectado, o sistema dispara uma pequena câmera, que tira uma foto da placa de licença do carro e do rosto do motorista. Como o sistema automatizado recolheu todas as evidências de que a polícia necessita, ao departamento de trânsito cabe simplesmente emitir uma multa e enviá-la ao infrator via correio.

Nas próximas seções, veremos como o detector ajuda os motoristas a evitarem as armadilhas de velocidade de radar e lidar. Também descobriremos o que a polícia pode fazer para descobrir quem usa um detector de radar.

Captando sinais


Nas seções anteriores, vimos como a polícia usa o radar tradicional assim como a nova tecnologia laser para flagrar motoristas em excesso de velocidade. Como visto, o radar convencional é relativamente fácil de detectar. O detector de radar mais simples é apenas um receptor de rádio básico, do tipo que você usa para ouvir estações de rádio AM e FM.

O ar está repleto de sinais de rádio que são usados para tudo, desde transmissões de televisão até controles remotos de porta de garagem. Assim, para que um receptor seja útil, ele deve captar somente os sinais em uma faixa determinada. O receptor de um rádio é projetado para captar sinais no espectro de freqüência de AM e FM, enquanto o receptor de um detector de radar é sintonizado para a faixa de freqüência usada pelos radares móveis da polícia. Porém, esta faixa é expandida periodicamente. Por isso, os motoristas acostumados a ultrapassar as velocidades permitidas são obrigados a utilizar um outro tipo de equipamento de detecção.

O detector de radar BEL 975R Vector Remote:


os corredores podem reprogramar a sensibilidade deste detector para coincidir com a mudança de tecnologia da polícia

Um detector de radar básico não adiantará muito se o policial estiver dirigindo atrás de você e ligar o radar móvel. O detector o alertará, mas nesse momento o policial já terá toda a informação que necessita. Em muitos casos, no entanto, os detectores captam o sinal antes que o carro em excesso de velocidade possa ser rastreado. A polícia freqüentemente deixa os radares móveis ligados por um longo período de tempo em vez de ativá-lo quando começa a perseguir um carro.

Os radares móveis possuem uma antena em forma de cone ou parabólica que concentra o sinal de rádio, mas a onda eletromagnética se espalha rapidamente por uma ampla área. O radar móvel é configurado de modo a monitorar somente a velocidade de um alvo em particular e não tudo que estiver na vizinhança. Assim, é mais provável que o detector capte o sinal de rádio antes que o radar móvel reconheça o carro.

É claro que, com esse aparelho, você aposta na sorte de detectar primeiro, pois se o policial decidir que você é o alvo, você certamente será flagrado. Os detectores modernos oferecem uma proteção muito maior aos motoristas que costumam correr, como veremos na próxima seção.


Sinais misturadores


Detectando detectores

Como possuem uma corrente oscilante, todos os receptores de rádio não somente captam sinais de rádio, mas também os emitem. Isso significa que qualquer detector de radar, com ou sem um misturador, irradia uma onda de rádio reveladora sempre que está ligado.

Em áreas onde os detectores de radar são ilegais, a polícia pode estar equipada com um dispositivo chamado VG2. O instrumento VG2 é simplesmente um receptor de rádio de alta potência sintonizado na freqüência dos sinais emitidos pelos detectores de radar. Assim, enquanto você está varrendo a área para encontrá-los, eles podem estar varrendo a área para captar você.

Na última seção, vimos o detector de radar convencional, que capta o radar da polícia com um simples receptor de rádio. Esse tipo de detector é um dispositivo completamente passivo: ele simplesmente reconhece a presença do radar. Os detectores mais sofisticados desempenham um papel ativo para se esquivar da polícia. Além do receptor básico, esses dispositivos possuem seu próprio transmissor de rádio, o qual emite um sinal misturador. Essencialmente, o sinal duplica o sinal original do radar móvel da polícia e mistura-o com um ruído de rádio adicional. Com essa informação acrescentada, o receptor de radar obtém um sinal de eco confuso e a polícia não pode fazer uma leitura exata da velocidade.

Os detectores modernos também podem incluir um painel sensível à luz que detecta os feixes provenientes de medidores de velocidade lidar. É mais difícil escapar desses dispositivos do que do radar tradicional porque o feixe é muito mais focalizado e não se propaga bem por grandes distâncias. No momento em que um detector reconhece a presença do feixe de laser, é muito provável que o carro já se encontre à vista do feixe. Alguns tentam contornar esses sistemas reduzindo a refletividade de seus carros. Uma superfície negra reduz a refletividade porque absorve mais luz. Os motoristas também podem obter capas plásticas especiais que reduzem a refletividade das placas de licença. Essas medidas reduzem o alcance eficaz do sistema lidar, mas não o alcance do detector do motorista. Com esse tempo extra, um infrator tem um período maior para desacelerar antes que a pistola lidar possa fazer uma leitura de sua velocidade.

Os velocistas também podem usar um misturador de laser. Ele funciona basicamente da mesma maneira que um misturador de radar. Além do painel sensível à luz, o detector possui seus próprios diodos emissores de luz (LEDs) embutidos que produzem um feixe de luz próprio. Quando esse feixe brilha no sistema lidar, o receptor não pode reconhecer nenhuma luz refletida e, assim, não pode fazer uma leitura exata da velocidade.

É importante observar que nenhum desses sistemas é 100% eficaz. Mesmo com um sistema de detecção e misturador top de linha, a polícia pode flagrar você por excesso de velocidade. Além disso, como a polícia introduz novas tecnologias de monitoração da velocidade, periodicamente, um detector pode subitamente se tornar obsoleto. Sempre que isso acontece, o motorista totalmente equipado tem de jogar tudo fora e instalar equipamentos atualizados.

É claro, há sempre uma maneira infalível de evitar multas por excesso de velocidade, não importa a tecnologia que a polícia use: diminua a velocidade!