RADAR
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(App. II, II, p. 636; III, II, p. 537; IV, III, p. 125)
Negli ultimi anni le tecniche e i sistemi r. hanno consolidato ed esteso il loro dominio applicativo nel quadro di più efficaci e complesse architetture di sistema basandosi sull'uso di nuove tecnologie. Qui di seguito vengono sintetizzate, con riferimento agli anni Novanta, le principali aree applicative, le tecniche radaristiche più diffuse e innovative, gli elementi costitutivi e relative tecnologie.
Aspetti applicativi e di sistema. - Le aree applicative dei r. rimangono quelle tradizionali: la sorveglianza per scopi di controllo e gestione del traffico, la difesa e il telerilevamento ambientale. Altre applicazioni molto specializzate sono quelle industriali e scientifiche.
Per quanto riguarda la sorveglianza del traffico (aereo, marittimo, terrestre) l'importanza del r. è legata alla capacità di rivelare e localizzare oggetti mobili, anche non ''cooperanti'', e ostacoli anche a distanze molto grandi. Sono però frequenti anche diversi sistemi moderni di ''sorveglianza dipendente automatica'', i quali richiedono che l'oggetto mobile sia in grado di determinare la propria posizione autonomamente e la trasmetta al centro di controllo; essi cioè richiedono che l'oggetto mobile sia ''cooperante'', condizione, questa, che non sempre si verifica. Ai r. per controllo del traffico sono richiesti elevata disponibilità, funzionamento di norma non presenziato, capacità di riconfigurazione automatica, per quanto possibile, al variare delle condizioni ambientali e operative.
Nella gestione e nel controllo del traffico aereo (ATC, Air Traffic Control; ATM, Air Traffic Management) è fondamentale la disponibilità di un quadro completo del traffico, aggiornato in tempo reale, tramite il quale il ''controllore r.'' opera per mantenere le separazioni tra gli aeromobili e renderne sicuro e ordinato il traffico.
I r. ATC sono sia di tipo ''primario'', cioè r. dal funzionamento canonico, con ricezione ed elaborazione dell'eco retrodiffuso dall'aeromobile o ''bersaglio'', sia di tipo ''secondario'' (SSR, Secondary Surveillance Radar), con ricezione del segnale radioelettrico (denominato reply, ''risposta'') trasmesso da un apposito trasponditore a bordo dell'aeromobile in risposta a un opportuno segnale (denominato interrogation, ''interrogazione'') trasmesso dalla stazione di terra del r. secondario.
I r. secondari operano su una coppia di frequenze portanti stabilite dalla normativa internazionale, e precisamente 1030 MHz per le interrogazioni e 1090 MHz per le risposte. I r. primari operano nella cosiddetta banda L (tra 1250 e 1350 MHz) o nella banda S (tra 2700 e 3000 MHz). Spesso i r. primari e secondari operano congiuntamente (in maniera integrata), anche se nei tempi recenti si assiste a più economiche installazioni di soli r. secondari.
I r., integrati con altri sensori, sono pure fondamentali nella sorveglianza del traffico sulla superficie aeroportuale, caratterizzato, oltre che dagli aeromobili in rullaggio, da elevate densità di mezzi mobili, di varia natura, in un ambiente ristretto, e con ostacoli fissi e mobili. Per tali applicazioni è richiesta una capacità di discriminazione molto spinta, cosa che comporta tra l'altro l'uso di gamme di frequenze elevate (bande X: intorno a 9 GHz, banda Ku: intorno a 16 GHz) fino, in prospettiva, alle lunghezze d'onda millimetriche (frequenze maggiori di 34 GHz). In avanzate applicazioni del prossimo futuro, piccoli r. in gamma millimetrica possono costituire un'efficace rete di sorveglianza per l'area aeroportuale.
Nel governo di imbarcazioni di classe adeguata a navigare senza riferimenti visivi e con ogni tempo, il r., denominato ''di navigazione'', gioca un ruolo fondamentale per la condotta del mezzo in sicurezza, specie di notte o con nebbia. I r. di navigazione devono essere di basso costo, semplici da utilizzare e da manutenere, di ridotto peso e ingombro. Le gamme di frequenza utilizzate sono due: la banda X, caratterizzata da minori dimensioni d'antenna e migliore risoluzione, e la banda S, caratterizzata da migliore comportamento in caso di pioggia. Apparati analoghi sono installati a terra per scopi di controllo del traffico navale, specie in acque ristrette (porti, canali, stretti, ecc.). Nei sistemi di controllo del traffico marittimo (VTS, Vessel Traffic System) il r. localizza natanti, boe, ostacoli fissi e può fornire una buona immagine dell'ambiente circostante.
Il traffico stradale oggi non utilizza sensori automatici di sorveglianza se non per conteggi e misure di velocità e lunghezza dei veicoli, effettuate con spire induttive nell'asfalto. Tuttavia, sono in corso di studio e sviluppo prototipi di r. per anticollisione automobilistica. In condizioni di scarsa visibilità, in particolare di nebbia, tali sistemi dovrebbero avvertire in tempo utile il guidatore della presenza di ostacoli (principalmente, altri veicoli).
Un r. anticollisione dovrebbe avere dimensioni e costi estremamente ridotti insieme a un tasso di falsi allarmi che risultasse accettabile. Il problema del costo ne ha finora frenato lo sviluppo. Nell'ambito dell'assistenza al traffico stradale, è stato sviluppato un piccolo ed economico r. bistatico (con il trasmettitore e il ricevitore rispettivamente collocati su lati opposti della carreggiata) in grado di rilevare la presenza di acqua e neve sul manto stradale.
La difesa e, più in generale, le applicazioni militari sono state all'origine dello sviluppo dei r. negli anni Trenta. Esse hanno costituito e costituiscono anche oggi (benché in misura ridotta rispetto al passato) la principale quota del mercato degli apparati radar. I r. militari hanno particolari requisiti di robustezza rispetto alle condizioni ambientali di installazione (urti, vibrazioni, temperatura, umidità, salmastro) e ancor più rispetto all'ambiente operativo, caratterizzato da disturbi elettronici attivi (jammer) e passivi. Inoltre, in alcune applicazioni, essi devono essere protetti dalla minaccia di distruzione fisica costituita dai missili antiradar (ARM, Anti Radiation Missiles o Anti Radar Missiles), capaci di dirigersi verso la sorgente della radiazione r., e da bombe guidate con analoga capacità. I r. militari devono rilevare bersagli di caratteristiche molto diverse e che di norma tendono a sfuggire, con varie tecniche, al rilevamento (per es. i cosiddetti caccia e bombardieri stealth). Devono infine estrarre dal segnale d'eco il massimo d'informazione riguardo a tali bersagli. Un'informazione di vitale importanza è quella della quota ricavata nel passato mediante un apparato ad hoc (il cosiddetto r. quotametro); attualmente tale funzione è inclusa in moderni apparati denominati r. tridimensionali o 3D, che utilizzano più lobi d'antenna a diversi angoli di elevazione.
La difesa aerea territoriale ha lo scopo di identificare tutti gli aeromobili che entrano nello spazio aereo nazionale e di guidare i mezzi di contrasto (caccia intercettori o missili) contro eventuali nemici. Essa necessita di r. a grande portata, dell'ordine di 400 km, tale che una rete di sorveglianza costituita da un numero limitato di essi (per es. meno di dieci per un territorio di una media nazione europea) sia in grado di coprire l'intero spazio aereo nazionale. Sistemi r. a bordo di navi sono pure utilizzati per la difesa di una flotta o di una singola unità navale (difesa di punto); essi pongono ulteriori problemi dovuti al moto della piattaforma. Le frequenze più utilizzate per i r. di difesa aerea e navale sono nelle bande L ed S.
Per superare le limitazioni dovute all'orizzonte, particolarmente gravi quando i bersagli da rilevare viaggiano a bassa quota, sono stati sviluppati complessi sistemi denominati AEW (Airborne Early Warning), a bordo di aeromobili di grande capacità (per es. un derivato del B707). Si tratta di veri e propri sistemi di difesa aerea imbarcati, dei quali il più noto e diffuso è l'AWACS (fig. 1). Un radar AEW ha capacità molto spinte sia contro i disturbi passivi (echi indesiderati, clutters) sia contro quelli attivi. Un'altra tecnica che consente di superare le limitazioni dell'orizzonte e di raggiungere portate dell'ordine delle migliaia di km è quella dei r. ''oltre l'orizzonte'' (OTH, Over The Horizon) operanti nella gamma delle onde decametriche (gamma HF: da 3 a 30 MHz) con propagazione ''per onda di cielo'' (skywave) basata sulla riflessione da parte della ionosfera. Tali grossi sistemi, con antenne fisse a schiera che si estendono per uno o due km, sono stati sviluppati e installati in USA, nella ex Unione Sovietica e in Australia. La difesa di unità militari terrestri, e in genere del ''campo di battaglia'', richiede dei r. trasportabili o mobili, con diverse portate in funzione dell'impiego, operanti tipicamente nelle bande S (attorno a 3 GHz) e C (attorno a 5 GHz).
La seconda applicazione militare del r. è la gestione delle armi. Nel caso di armi di tipo balistico, il r. deve consentirne il puntamento con elevate precisioni (dell'ordine di alcuni secondi d'arco) verso il cosiddetto ''punto futuro''; questo giustifica il nome ''r. di inseguimento''. La precisione del r. è quindi il principale requisito, e la soluzione tecnica più moderna è quella ''monoimpulso''. Nel caso di armi di tipo missilistico, il r. deve guidare il missile sul bersaglio; la guida può essere: 1) attiva, e in tal caso il missile è dotato di un piccolo r., denominato seeker; 2) semiattiva, con la quale il missile è dotato della sola parte ricevente; 3) di tipo command, nella quale il missile riceve via radio i comandi di direzione dal sistema d'arma, dotato di radar.
I r. di inseguimento operano tipicamente nelle bande C, X (attorno ai 9 GHz) o anche a frequenze superiori. Essi di solito acquisiscono il bersaglio in seguito alla ''designazione'' di un r. di avvistamento, ma possono avere capacità di acquisizione autonoma di bersagli a bassa quota.
A bordo degli aerei militari le diverse funzioni di sorveglianza, designazione, inseguimento e guida missili sono svolte da un unico apparato con caratteristiche cosiddette ''multifunzionali'', posizionato nell'estremità anteriore del velivolo sotto una struttura di protezione aerodinamica e trasparente alla radiazione r. denominata radome. Un altro r. di tipo specializzato, con capacità della sola misura di distanza, svolge la funzione di altimetro. I r. avionici operano nella banda X o a frequenze superiori (bande Ku, attorno ai 16 GHz, Ka attorno ai 34 GHz). Il concetto di r. multifunzionale è recentemente applicato anche ai r. militari navali, specie quando l'arma di difesa della nave è il missile a guida attiva. Tali r. hanno antenne a scansione elettronica e operano di norma nelle bande S, C o X
Lo schema a blocchi di un moderno r. multifunzionale è rappresentato nella fig. 2, che comprende, più in generale, aspetti dell'architettura di un r. moderno. La gestione del r. è eseguita da un elaboratore in base alla conoscenza dell'ambiente, continuamente aggiornata e disponibile in una struttura di dati (data base), e ai segnali di retroazione forniti dallo stesso r., in particolare dalla parte di elaborazione dei segnali e di estrazione e aggiornamento delle informazioni sui bersagli. In tal modo è possibile ottimizzare l'uso delle risorse r., scegliendo opportunamente la direzione di puntamento dell'antenna, la forma d'onda trasmessa (tipo, durata, numero e periodo di ripetizione degli impulsi emessi nella direzione scelta), la frequenza di trasmissione e infine il tipo di elaborazione del segnale e dei dati.
Il telerilevamento ambientale (secondo la dizione anglosassone, remote sensing) è un'area di notevole sviluppo tecnico-scientifico per la radaristica (v. anche telerilevamento, in questa Appendice). Il concetto generale di telerilevamento corrisponde a quello di ''misura a distanza'', senza contatto fisico tra lo strumento e l'oggetto da misurare. Un primo settore del telerilevamento si riferisce alla superficie della Terra (superfici terrestri e marine). L'eco retrodiffuso dalla superficie di interesse dipende in maniera complessa dalle caratteristiche della stessa: materiale, forma, rugosità, ecc. Una volta determinate le leggi che governano tale dipendenza (problema diretto) è possibile affrontare il più difficile problema inverso, cioè ricavare certe caratteristiche della superficie dai parametri dell'eco radar.
I r. di telerilevamento superficiale sono collocati a bordo di aeromobili o satelliti artificiali e appartengono a due categorie principali: scatterometri e r. d'immagine. Gli scatterometri sono caratterizzati dalla capacità di misura della sezione trasversa di retrodiffusione, o area equivalente r. (backscattering cross section o Radar Cross Section, nel seguito indicata brevemente RCS) della superficie di interesse. Si tratta essenzialmente di r. calibrati, nei quali, cioè, è possibile mettere in relazione univoca la potenza del segnale ricevuto con la RCS. Un'interessante applicazione di tale concetto al telerilevamento oceanico è quella del wind scatterometer, nel quale da almeno due (in pratica, tre o quattro) misure di RCS in direzioni diverse si estrae la direzione del vento superficiale, fondamentale per i modelli di circolazione atmosferica. In ambito terrestre, dalla RCS si possono, per es., dedurre informazioni sull'umidità del suolo, sullo stato delle foreste e delle colture, ecc.
I r. d'immagine sono caratterizzati da un'elevata risoluzione spaziale, tipicamente da qualche metro a qualche decina di metri. Essi sono basati sull'uso di antenne laterali avioniche di grandi dimensioni (SLAR, Side Looking Airborne Radar) o, più frequentemente, in applicazioni avioniche o satellitari, di antenne sintetizzate mediante un'opportuna elaborazione della successione di echi provenienti da ciascun punto fisso della superficie (SAR, Synthetic Aperture Radar). Il concetto del SAR, relativamente antico (introdotto da C. Wiley della Goodyear Corp., negli anni Cinquanta) ha avuto sviluppi dapprima esclusivamente militari e successivamente (dagli anni Settanta in poi) anche in ambito del telerilevamento ambientale, per la sua capacità, unica, di fornire immagini r. con risoluzioni tipiche della decina di metri da satelliti orbitanti ad altezze tipiche di un migliaio di km, con capacità di copertura globale. La prima applicazione satellitare è stata, nell'estate del 1978, quella del telerilevamento oceanico tramite il satellite SEASAT, che imbarcava un SAR in banda L capace di fornire immagini con risoluzione di 25 × 25 m. Le applicazioni delle immagini SAR sono le più svariate e spaziano negli ambiti di: oceanografia, geologia, glaciologia, agricoltura e foreste, analisi dell'inquinamento, analisi delle risorse terrestri e altri ancora. Una sempre maggiore quantità d'informazione è fornita dai moderni SAR che operano con più frequenze (per es. nelle bande L, C ed X) e più polarizzazioni. Inoltre, tecniche interferometriche consentono di ricavare una terza misura spaziale (oltre a quelle tradizionali di distanza e azimut).
Di norma un satellite per il telerilevamento, quali il già citato SEASAT o il satellite europeo ERS-1, lanciati nel luglio 1991, imbarca, oltre al SAR e allo scatterometro, un altimetro. Quest'ultimo è un particolare r. capace di misurare la distanza tra il satellite e la superficie sottostante (supposta piana) con una precisione dell'ordine della decina di centimetri. Da tale misura, e da quella, connessa, dell'altezza delle onde, si possono dedurre informazioni sul movimento delle masse d'acqua (correnti) e sui venti che lo sollecitano.
Infine, un diverso tipo di r. è talora utilizzato nel telerilevamento della superficie marina da stazioni fisse: il già citato r. OTH operante nella gamma delle onde decametriche con propagazione ''per onda superficiale'' (ground wave). In tale applicazione, le onde marine interagiscono con le onde r. secondo il classico meccanismo di Bragg, e dall'analisi spettrale dell'eco r. si desumono importanti caratteristiche (intensità, direzione, ecc.) del moto ondoso.
Appositi r. sono stati utilizzati per scopi di telerilevamento di corpi celesti, quali il pianeta Venere, sfruttando la capacità delle microonde di penetrare la fitta nube di vapori che ricopre il pianeta, fornendo immagini e misure altimetriche della sua superficie (missioni Venera 15 e 16, e Magellano).
Un secondo importante filone è quello del telerilevamento atmosferico. In tale ambito operano r. finalizzati all'analisi della precipitazione piovosa, nevosa e grandinigena, denominati r. meteorologici, e r. finalizzati alla misura dell'intensità e direzione del vento in quota, la cui denominazione corrente è wind profilers.
Il funzionamento dei r. meteorologici si basa sulla retrodiffusione del segnale trasmesso dal r. da parte delle idrometeore, cioè delle particelle di pioggia, neve o grandine. Per quanto riguarda la scelta della frequenza di lavoro, essa è il risultato di un compromesso tra la sensibilità (proporzionale alla sezione di retrodiffusione della precipitazione per unità di volume) e l'attenuazione, che risultano entrambe crescenti con la frequenza. Il compromesso, che naturalmente tiene anche conto delle dimensioni di antenna, comporta nella maggior parte dei casi l'uso della banda S o della banda C.
Una volta calibrato il r. meteorologico, la potenza del segnale retrodiffuso è in relazione univoca con la riflettività r. per unità di volume e pertanto con il tasso di precipitazione. In realtà per poter determinare con ragionevole accuratezza il tasso di precipitazione occorrono più misure r. indipendenti. Per ottenere un'ulteriore misura ci si può giovare del fatto che al crescere del diametro le gocce passano dalla forma sferica a quella di uno sferoide oblato; pertanto, il rapporto delle potenze ricevute in polarizzazione orizzontale e in polarizzazione verticale, cioè la cosiddetta ''riflettività differenziale'', fornisce una seconda misura, possibile con i r. meteorologici polarimetrici. Altre misure, che risultano indicative della velocità radiale delle idrometeore e della turbolenza, possono essere fatte mediante elaborazione del segnale nel dominio della frequenza Doppler.
Nell'ambito dei wind profilers, analoghe elaborazioni del segnale ricevuto da direzioni diverse (normalmente in numero di tre) corrispondenti ad altrettanti lobi d'antenna puntati verso l'alto, consentono di ricavare tre componenti del vettore velocità del vento, e quindi di ricostruire il campo di vento in quota. Tali apparati devono essere sensibili alle turbolenze dell'aria ''chiara'' (clear air), cioè senza particelle sospese, e pertanto sono di alta potenza media e utilizzano la gamma UHF (Ultra High Frequency, frequenze intorno a 400 o a 900 MHz), adeguata per la bassa atmosfera. Una maggiore portata, fino alla stratosfera, viene ottenuta nei cosiddetti r. MST (Mesosfera-Stratosfera-Troposfera) operanti, con potenze ancora più elevate, nella gamma VHF (Very High Frequency), tipicamente attorno a 50 MHz.
In particolari condizioni il segnale r. può penetrare nel sottosuolo, consentendo un particolare ''telerilevamento'' sia a ''corto'' raggio (fino a 50 cm: per ritrovamento di oggetti murati, di mine e proiettili, per analisi di cavità in pareti e di spessore di pareti nell'industria estrattiva) sia a ''medio'' raggio (da mezzo metro a circa 5 m e oltre, se la natura del mezzo lo consente: per rilevamento di tubazioni, di cavi interrati, di corpi, per scopi archeologici e geologici, per analisi delle risorse terrestri, dei ghiacci, ecc.). Tali apparati, denominati GPR (Ground Probing Radar o Ground Penetrating Radar), lavorano spesso con impulsi a larghissima banda (senza la portante, in ingl. carrier-free). In funzione della particolare applicazione e del tipo di sottosuolo, esistono GPR operanti a frequenze da 10 MHz fino a 4 GHz.
Nell'esame, necessariamente limitato, delle applicazioni r. occorre infine citare quelle di misura di posizione e di velocità radiale in ambito industriale e, con tecnologie molto differenti, in ambito di rendez vous & docking (''incontro e aggancio'') di veicoli nello spazio, nonché di atterraggio degli stessi. In generale, le differenti applicazioni del r. comportano l'uso di frequenze che vanno dalla gamma HF a quella millimetrica, e quindi lunghezze d'onda da circa 100 m a circa 3 mm. In particolari applicazioni (per es. la formazione di immagini di bersagli) che richiedono precisioni e discriminazioni, sia angolari che in distanza, più spinte di quelle ottenibili nella regione delle microonde e delle onde millimetriche, si utilizzano apparati simili ai r. e basati su emettitori laser (laser-radar, LIDAR), che possono operare nella gamma dell'infrarosso termico (lunghezze d'onda intorno a 10 μm), o dell'infrarosso vicino (intorno a 1 μm).
Le moderne tecniche radar. - Lo sviluppo delle tecniche r. è stato in gran parte orientato alla necessità di eliminare o quantomeno ridurre a livelli tollerabili le interferenze di varia natura, di ricavare informazioni sempre più complete riguardo all'ambiente o agli oggetti di interesse, d'integrare in maniera sempre più efficace il r. nel sistema e infine di ridurre pesi, ingombri e costi, incluso quello del personale, cosa quest'ultima consentita dal funzionamento non presidiato. Nel descrivere i principi usati per la soppressione delle interferenze occorre distinguere tra le interferenze di tipo passivo, dovute cioè a riflessioni del segnale emesso dallo stesso r., le interferenze attive, prodotte da azioni di disturbo volontario (jammers) e quelle non volontarie dovute a sorgenti radioelettriche diverse dal r. considerato. In fig. 3 è schematizzato l'ambiente operativo di un r. militare per uso terrestre con i principali tipi di interferenza.
Le interferenze passive possono essere naturali (echi indesiderati, detti clutters, dovuti alla terra, al mare, ai fenomeni atmosferici) e artificiali (il cosiddetto chaff, costituito da foglioline di stagnola o fili di lana di vetro metallizzata, dispersi nell'atmosfera, capaci di generare bersagli r. di elevatissima area equivalente in rapporto al proprio peso). Per ridurre l'effetto del clutter e del chaff è anzitutto necessario un filtraggio nel dominio della frequenza Doppler, basato sulla minore velocità radiale di tali oggetti rispetto ai bersagli utili. Il r. deve quindi essere di tipo coerente, e cioè fornire l'informazione di fase oltre a quella di ampiezza. Il filtraggio può essere notevolmente sofisticato (tecniche cosiddette MTD, Moving Target Detector, o Adaptive Moving Target Indicator, brevemente Adaptive MTI).
Nel caso di r. su postazione fissa si opera spesso un ulteriore filtraggio di tipo spaziale, sagomando opportunamente il diagramma di radiazione dell'antenna in modo da ridurre l'eco di clutter senza pregiudicare eccessivamente la ricezione dei bersagli. L'informazione polarimetrica può ulteriormente discriminare il clutter dai bersagli utili: una semplice tecnica polarimetrica, e cioè la trasmissione e ricezione in polarizzazione circolare, è correntemente utilizzata per ridurre l'intensità dell'eco di pioggia nei r. ATC. Infine, particolari tecniche di elaborazione del segnale sono utilizzate per riportare a un valore accettabile e costante i falsi allarmi dovuti al clutter e al chaff (CFAR: Constant False Alarm Rate, ''tasso costante di falsi allarmi'').
Contro le interferenze attive, dette anche disturbi attivi, occorre operare mediante più tecniche. La prima è il filtraggio spaziale, tramite il quale vengono generati dei ''nulli'' nel diagramma di antenna nelle direzioni di provenienza dei disturbi. Ciò richiede, oltre a un sistema di antenne e ricevitori multipli (MSLC, Multiple Side Lobe Cancellation, ''Cancellazione multipla dei disturbi provenienti dai lobi laterali del diagramma di antenna''), delle complesse elaborazioni del segnale per realizzare l'autoadattamento del sistema ricevente. La seconda è la variabilità dei parametri r., principalmente: frequenza portante, polarizzazione, forma d'onda trasmessa, al fine di renderli quanto più possibile differenti da quelli del disturbo. Infine occorre ridurre l'intercettabilità della emissione r., utilizzando forme d'onda codificate e a bassa potenza di picco e gestendo opportunamente gli istanti di emissione r. (il modo più semplice è un funzionamento intermittente). La riduzione dell'intercettabilità è pure necessaria per contrastare la minaccia dei missili (e delle bombe guidate) antiradar.
Un'architettura intrinsecamente resistente a questo tipo di minacce è quella bistatica, la quale prevede la separazione del trasmettitore r. dal ricevitore. Il trasmettitore r., infatti, viene collocato in zona protetta, lontana dal ricevitore, che non può essere intercettato. Si sono sviluppati per es. protitipi di sistemi bistatici, e si sono studiati particolari sistemi bistatici, che utilizzano ''trasmettitori di opportunità'', come quelli per la diffusione radio-televisiva.
Nel considerare l'analisi dell'ambiente occorre tener presente che le stesse tecniche di filtraggio Doppler, e in generale di elaborazione nel dominio della frequenza, di variazione della frequenza portante, di polarimetria utilizzate per la soppressione delle interferenze sono necessarie per una migliore caratterizzazione dell'ambiente per scopi di telerilevamento. Tecniche multifrequenza e multipolarizzazione vengono attualmente utilizzate sia nel telerilevamento della superficie terrestre e marina che nel telerilevamento atmosferico. L'elaborazione nel dominio della frequenza Doppler è alla base dello stesso funzionamento del r. ad apertura sintetica, utilizzato nel telerilevamento della superficie da aereo o satellite; in altro ambiente, tecniche di analisi spettrale sono utilizzate in radarmeteorologia per ricavare la velocità radiale media e la dispersione delle velocità delle idrometeore.
L'informazione di polarizzazione presenta potenzialità notevoli, in parte già utilizzate operativamente, sia per la classificazione delle superfici naturali (per es. in applicazioni agricolo-forestali) sia per la radarmeteorologia. Un r. completamente polarimetrico deve poter trasmettere in una qualsiasi di due polarizzazioni ortogonali e ricevere simultaneamente, mediante due appositi canali, in entrambe. In alcune applicazioni si può rinunciare all'informazione cosiddetta cross-polare e utilizzare tecniche più semplici che prevedono la trasmissione e ricezione alternativamente nelle due polarizzazioni ortogonali e pertanto richiedono un solo canale ricevente nella polarizzazione trasmessa.
Gli sviluppi della radaristica prevedono un sempre maggiore uso delle tecniche di integrazione. Come concetto generale, si tratta della messa a fattor comune di informazioni e risorse di più sottosistemi per ottenere migliori prestazioni e/o realizzare un'economia di scala. Un'integrazione, concettualmente semplice, di più apparati dello stesso tipo è l'inseguimento multiradar (multiradar tracking), nel quale le informazioni sintetiche relative ai bersagli (tracce) vengono ottenute combinando i rilevamenti di quei r., in numero maggiore di uno, che sono in grado di rivelare correttamente un dato bersaglio. Si ottiene così una migliore accuratezza e un inseguimento più affidabile.
Un'integrazione più complessa è quella di sensori e apparati differenti, che implica la combinazione o ''fusione'' di informazioni diverse relative allo stesso oggetto o fenomeno (multisensor data fusion). Esempi sono: integrazione del r. di inseguimento e del sensore passivo a infrarosso in un sistema di puntamento; integrazione del r. meteorologico, dei pluviometri ed eventualmente delle immagini dai satelliti meteorologici; integrazione del r. di immagine, dello scatterometro e del radiometro nel telerilevamento della superficie della Terra.
La gestione ''intelligente'' del sistema r. è richiesta dalla necessità di ottimizzarne il funzionamento in un ambiente mutevole con intervento umano minimo o nullo. Ciò assume, dal punto di vista realizzativo, configurazioni molto diverse nei vari ambiti applicativi. Nel caso dei r. di sorveglianza, per es. quelli ATC, è necessaria una continua retroazione sui vari blocchi funzionali della catena ricevente per fissare i valori ottimali dei guadagni, dei parametri di filtraggio, delle soglie di rivelazione e altro ancora. A tale scopo occorre misurare e registrare le quantità pertinenti, quali: livelli del clutter e, in generale, delle interferenze, superamenti delle soglie, dati dei bersagli rivelati e localizzati (plot), tracce. Tali quantità forniscono l'ingresso del sistema di autoadattamento. Il concetto della gestione ''intelligente'' è pienamente attuato nei moderni r. multifunzionali con antenna a schiera fasata (phased array). In tal caso l'elaboratore di gestione del r. stabilisce, in funzione dei bersagli di interesse e del disturbo, la pianificazione (schedul ing) dell'uso delle risorse r.: energia e tempo. In pratica vengono programmate le direzioni di puntamento del lobo principale d'antenna e i tempi d'insistenza per ogni direzione; viene altresì stabilita la forma d'onda da utilizzare e, di conseguenza, l'energia da spendere in quella direzione.
Elementi costitutivi e tecnologie realizzative. - Gli elementi, o ''unità'' che costituiscono un moderno r. sono l'antenna, il trasmettitore, il ricevitore, l'elaboratore del segnale, l'elaboratore dei dati. Quest'ultimo può comprendere l'elaborazione (''estrazione'') per generare i cosiddetti plots, la successiva elaborazione (''tracciamento'') per generare le tracce e infine le funzioni di gestione del radar. Un'opportuna sottounità, spesso facente parte del ricevitore, svolge l'importante funzione di generazione delle forme d'onda da trasmettere e delle frequenze di riferimento.
Alle antenne possono essere richieste particolari forme del lobo principale (concetto del ''fascio sagomato''), o anche fasci multipli. Questi ultimi sono necessari per applicazioni quali l'inseguimento con tecnica monoimpulso, nella quale il requisito di misurare la direzione di provenienza dell'eco a ogni impulso comporta due fasci in ricezione: uno, chiamato ''somma'', di forma tradizionale, e l'altro, chiamato ''differenza'', caratterizzato da un elevato gradiente angolare. Anche nei r. di avvistamento sono utili i fasci multipli in ricezione per un'efficace copertura in elevazione. Tali fasci possono essere ottenuti con una rete di combinazione a radio frequenza o a media frequenza, oppure con un'opportuna elaborazione dei segnali provenienti dai diversi segmenti dell'antenna. In quest'ultimo caso si parla di ''formazione numerica dei fasci'' (digital beam forming).
La scansione elettronica richiede l'utilizzazione di antenne a schiera fasata di tipo passivo oppure attivo; queste ultime hanno elementi capaci di trasmettere oltre che di ricevere. In un'antenna a schiera sono usate tecnologie particolari, che si rendono necessarie per realizzare linee a basse perdite, per distribuire segnali e controlli (fibre ottiche) e, nel caso di schiere attive, per realizzare i moduli ricetrasmittenti (circuiti integrati a microonde). In fase di progetto particolari accorgimenti devono essere presi per realizzare, come di solito è necessario, lobi laterali molto bassi, e cioè anche di quattro ordini di grandezza inferiori al lobo principale.
I trasmettitori possono generare potenze di picco che, a seconda delle applicazioni, vanno dai watt ai megawatt. I r. a potenze relativamente alte usano, come dispositivi di potenza, tubi che, nella regione delle microonde, possono essere oscillatori quali il magnetron o, per applicazioni di maggior costo, amplificatori quali il tubo a onda progressiva (Traveling Wave Tube, TWT, caratterizzato da una buona larghezza di banda) o il klystron (con minore larghezza di banda ma ottima stabilità e purezza spettrale). Si giunge fino alle lunghezze d'onda millimetriche con tubi amplificatori del tipo EIA (Extended Interaction Amplifier) e oscillatori quali lo stesso magnetron e l'EIO (Extended Interaction Oscillator). Per potenze basse e, recentemente, intermedie si utilizzano, fino alla banda X, uno o più dispositivi a stato solido (transistor bipolari e a effetto di campo, FET, Field Effect Transistor) le cui uscite sono opportunamente combinate per raggiungere le potenze richieste. Rispetto ai tubi, si hanno potenze minori ma migliore affidabilità e assenza di alte tensioni.
I ricevitori devono essere caratterizzati da grande stabilità (intesa come proprietà dell'intera catena ricetrasmittente), elevato guadagno, elevata dinamica. Per quanto riguarda la parte a radio frequenza, è richiesta in molti casi una bassa cifra di rumore (attualmente si ottengono valori sotto 1,5 dB fino alla banda S). L'alta dinamica (fino a 90 dB) può essere ottenuta con un amplificatore dotato di controllo automatico di guadagno oppure, quando non è richiesta la coerenza di fase, con un amplificatore logaritmico.
Gli elaboratori del segnale sono caratterizzati dalla larghezza di banda e dalla dinamica del segnale in ingresso, che definiscono la velocità di conversione da analogico a numerico e il numero di bit. Gli algoritmi elaborativi sono molteplici, per es. filtraggio in frequenza Doppler (MTI, MTD) e analisi in frequenza Doppler; controllo soglia (CFAR); inseguimenti in angoli e distanza per i r. di inseguimento; compressione numerica dell'impulso; elaborazione SAR per i r. d'immagine. Si utilizzano anche, a livello di studio, algoritmi di analisi spettrale moderna: massima entropia, massima verosimiglianza, minimo autovettore. Il notevole carico elaborativo richiesto da questi sistemi impone architetture elaborative dedicate, di tipo cablato (con componenti integrati su grandissima scala, VLSI, Very Large Scale Integration, oppure specializzati per l'applicazione, ASIC, Application Specific Integrated Circuit), oppure, nelle realizzazioni più moderne, di tipo programmabile, che utilizzano microelaboratori a elevata capacità di calcolo quali i moderni DSP (Digital Signal Processor) e i transputer.
Gli elaboratori dei dati devono operare con assoluta tempestività (funzionamento in tempo reale) e affidabilità, sia per la parte hardware che per il software. Le principali funzioni sono, nel caso di r. di sorveglianza, il calcolo delle coordinate del bersaglio (estrazione) e il loro aggiornamento (tracciamento). In applicazioni più sofisticate si aggiunge l'integrazione di più sensori (inseguimento multiradar o addirittura multisensore) e il riconoscimento del bersaglio (Non Cooperative Target Recognition, NCTR). Rilevante la componente software, la quale tende attualmente a utilizzare la tecnologia dei sistemi esperti per la gestione dell'apparato, e dei sistemi di supporto alle decisioni per l'interfaccia con l'operatore. Vedi tav. f.t.
Bibl.: Principles of modern radar, a cura di J.C. Eaves e E.K. Reedy, New York 1987; N. Levanon, Radar principles, ivi 1988; F. Neri, Introduzione ai sistemi di difesa elettronica, Roma 1990; F. Musto, Storia della tecnologia radar, ivi 1990; S. Kingsley, S. Quengan, Understanding radar systems, Maidenhead (Berks.) 1992.