Eletrônicos

A evolução dos radares náuticos

por Redação Mariner Brasil
Postado em 02 de Maio de 2018

Como os desenvolvimentos da indústria afetam o mercado de radares

(Foto: arquivo/Mariner Brasil)Era uma noite fria de inverno, como tantas outras em Puget Sound, nos EUA: o céu parcialmente encoberto, revelando pedaços estrelados entre a passagem de uma ou outra garoa. Estava em companhia de dois amigos fazendo uma passagem de Anacortes para Seattle, para entregar um veleiro de 45 pés. Navegar pelo estreito de Juan de Fuca foi um passeio no parque, a favor de uma maré tranquila. Apesar da navegação continuar tranquila com a maré a favor, chegando em Puget Sound começamos a enfrentar alto tráfego marítimo, variando de enormes navios conteineiros a balsas de transporte de automóveis, passando por grandes rebocadores de alto-mar. Nosso barco estava equipado com AIS (Automatic Identification System, ou Sistema de Identificação Automático), mas não tínhamos radar e, apesar de estarmos ligados no tráfego comercial, não podíamos “enxergar eletronicamente” os barcos não equipados com o sistema.  

Hoje em dia, essa passagem seria muito menos estressante para a tripulação, caso houvesse a bordo a mais nova geração de radares de semi-condutores, desenvolvidos a partir de novas tecnologias e materiais (e que contam, inclusive, com o efeito Doppler) que auxiliam na diferenciação entre objetos ou fenômenos meteorológicos dinâmicos, navios e massas costeiras estacionárias. Trazemos, a seguir, um breve apanhado de como os recentes desenvolvimentos da indústria afetam e beneficiam o mercados de radares náuticos para uso recreacional.

A Brooks & Gatehouse (B&G) O tradicional fornecedor de eletrônicos para veleiros, e que hoje pertence ao grupo Navico, surpreendeu o mercado no final de 2011, quando lançou seu novo sistema de radares de semi-condutores de banda larga 4G. Seu diferencial é que utiliza tecnologia de ondas contínuas com frequência modulada (FMCW), ao invés da técnica de compressão de pulsos para transmissão e recepção. Um aparelho FMCW transmite as ondas de radar e recebe os ecos simultaneamente, explica Mark Harnett, gerente de produto da linha de radares recreacionais da B&G. Dentro do radome — aquela panela montada na targa ou nos mastros das embarcações — há duas antenas independentes, o que permite emitir continuamente os pulsos de radar, ao mesmo tempo em que capta seus ecos. Os radares que se utilizam de magnetron e alguns dos primeiros radares de semi-condutores possuem apenas uma antena, que emite as ondas e recebe os ecos em ciclos, alternadamente. 

O radar 4G tem processador duplo, gerando imagens simultâneas de faixas de alcance diferentes (por exemplo, 3 milhas náuticas e 36 milhas náuticas) e que podem ser colocadas lado a lado em telas multifuncionais ou em duas telas individuais. 

“É como se você tivesse dois radares em um”, diz Mark. (O Fantom da Garmin e o DRS4D-NXT da Furuno também têm essa funcionalidade, mas utilizam outra tecnologia para obter as imagens. Já voltamos ao tema). 

O 4G também possui tecnologia para concentração do facho emitido, que permite o uso de antenas menores com o mesmo grau de separação de objetos que as maiores. Isso é importante porque possibilita ao usuário ver, por exemplo, que há um rebocador puxando um navio ou que dois barcos estão navegando em fila indiana, o que, em sistemas mais antigos, apareceria como um único eco. 

Outra característica desenvolvida pela B&G para seu radar de banda larga 4G é chamada de Directional Sensitivity Time Control (controle de sensibilidade do tempo direcional), que realiza um ajuste automático do ganho. Mark diz que o Directional STC usa um algoritmo para aumentar a sensibilidade ao navegar a favor das ondas (quando há menos interferência) e diminuir quando se navega no sentido contrário; o sistema monitora continuamente a quantidade de ruído e ajusta o ganho correspondentemente, baseado na direção de navegação. Isso significa que será exibida sempre a melhor definição do alvo possível, independente do estado das ondas do mar.

Além disso, o radar de banda larga 4G está equipado com um MARPA (Mini Automatic Radar Plotting Aid, ou Mini Auxílio Automático para Plotagem de Radar), que permite ao usuário marcar e acompanhar até 10 alvos em cada faixa de alcance (ou seja, consegue acompanhar até 20 alvos em modo de tela dupla), desde que o equipamento esteja conectado a uma bússola eletrônica. Os equipamentos de banda larga 4G são compatíveis com a linha de displays multifuncionais Zeus da própria B&G.

Ainda não está claro se a B&G passará a fornecer uma atualização para efeito Doppler na atual linha de produtos ou se o fará somente na próxima geração, já que ele já é compatível com a tecnologia FMCW. 

Furuno lança Doppler
Se você já prestou atenção em uma ambulância no trânsito, viu que a frequência do som da sirene fica mais aguda quando ela se aproxima, tornando-se mais grave depois que passa. A isso se dá o nome de efeito Doppler. Quando a ambulância se aproxima do observador, cada onda sonora leva menos tempo para chegar ao seu ouvido, ou seja, elas ficam mais próximas umas das outras, o que aumenta a frequência, fazendo com que o som fique mais agudo. Quando ela se afasta, o tempo entre as ondas fica cada vez maior, diminuindo a frequência e, portanto, o som fica mais grave. Note que a frequência da sirene não muda.

O efeito Doppler pode ser usado para determinar se um alvo está se movendo.

Os radares tradicionais usam magnetrons de cavidade para gerar o pulso de micro-ondas usado para detectar os alvos, mas a sua frequência não é constante no tempo, sendo influenciada por vários fatores, inclusive a temperatura. Mesmo a diferença entre unidades de mesmo modelo é suficientemente grande para inviabilizar o uso da tecnologia Doppler nos radares recreacionais, conta Eric Kunz, gerente de produtos da Furuno. Os amplificadores com semi-condutores, mais avançados e sofisticados e que geram pulsos de radar comprimidos de alta intensidade, em frequências muito precisas (conhecidos por CHIRP, acrônimo de Compressed High Intensity Radar Pulse), ficaram bem mais baratos, de forma que a Furuno e outros fabricantes puderam usá-los em seus radares, trazendo consigo as vantagens do processamento de sinal Doppler. A Furuno incluiu essa tecnologia em seu novo DRS4D-NXT, de 25W.

Ao contrário dos radares convencionais, os radares Doppler determinam instantaneamente se um objeto está estacionário ou não, se está se movendo, qual a sua velocidade e direção. Os alvos estacionários são apresentados na tela como nos radares tradicionais, mas o software de análise de alvos desenvolvido pela Furuno, que pode ser ligado ou desligado conforme a necessidade, considera um alvo qualquer coisa se movendo acima de 3 nós; os que estão se aproximado são apresentados em vermelho, enquanto os que não representam perigo, em verde. 

De acordo com Eric, o radar tradicional gera pulsos que viajam em uma direção específica à velocidade da luz. O equipamento sabe quando o pulso deixou a antena e quanto tempo levou para retornar, e usa essa informação para determinar a distância do alvo e para mapear a redondeza. Ele acrescenta que a Furuno fabrica os seus próprios circuitos integrados de micro-ondas que, em última instância, determina como os aparelhos processam as imagens. “Demos um salto quântico na qualidade da informação, já que a frequência do pulso é precisa”, diz. “Enviamos um pulso comprimido em uma frequência exata e, ao retornar o descomprimimos para processar as informações nele contidas.” 

O radar DRS4D-NXT apresenta dupla faixa de alcance e MARPA com capacidade para rastrear automaticamente até 40 alvos diferentes (podem ser acrescentados mais 60 alvos manualmente); no entanto, é necessário incluir uma bússola eletrônica no sistema, para que a função possa ser habilitada. O aparelho é compatível com o NavNet TZtouch e TZtouch2 da Furuno. 

A evolução tecnológica da Garmin
Quando pensamos em instalar um radar em um veleiro, imediatamente pensamos em antenas dentro de radomes, pois são bem mais práticas que os sistemas de antenas abertas. Elas normalmente requerem menos potência e espaço e, acima de tudo, não se enroscam em cabos e velas como as antenas abertas. Olhando por esse ângulo, o GMR 24xHD de 4 kW atualmente é o topo de linha da Garmin para veleiros. Apesar de fornecer imagens precisas, ele ainda usa um magnetron de cavidade e não semi-condutores de nova geração para gerar pulsos de micro-ondas de radar. A mais recente tecnologia da Garmin está presente nos equipamentos recém lançados, os GMR Fantom 6 e GMR Fantom 4, que possuem antenas abertas de, respectivamente, 1,5 m e 1 m, com amplificador de pulsos com semi-condutores capazes de gerar pulsos com frequências precisas CHIRP na faixa X. Com elas, o MotionScope desenvolvido pela Garmin consegue processar sinais Doppler.

Ryan Schmitz, o gerente de projeto e líder do time de desenvolvimento de radares da empresa, explica que a compressão de pulsos proporciona imagens muito mais precisas, apresentadas em alta resolução em seus displays utilizando muito menos energia. Ryan ainda complementa que magnetron com mesma capacidade usam 4kW ou 6kW, sendo que o Fantom precisa de 40W. 

Os radares da linha Fantom apresentam alvos dinâmicos usando cores distintas, similar ao processo da Furuno.

Os radares Fantom foram lançados no começo do ano passado e não é difícil imaginar que em breve a tecnologia de semi-condutores estará também disponível nas antenas de radome, já que ela agora tem custo menor que os magnetrons convencionais.

O próximo passo da Raymarine
Como os sistemas concorrentes da DRS4D-NXT, da Furuno, e Fantom, da Garmin, a nova série de radomes Quantum de 20W da Raymarine gera os pulsos de micro-ondas de radar, CHIRP, através de amplificadores de semi-condutores, ao invés de usar os tradicionais magnetrons de cavidade. Além disso, os radares Quantum são fabricados com novos componentes que reduzem a emissão e indução de ruídos em sistemas eletrônicos adjacentes. Jim McGowan, gerente de marketing para as Américas da Raymarine, conta que, dessa forma, é possível usar frequências mais altas em uma faixa de temperatura maior, com menos degradação ou perda de performance a longo prazo do que a geração anterior. Como benefício adicional, o uso de frequências mais altas permite ao sistema se focar em eliminar ruídos externos, ao invés de combater ruídos gerados pelo próprio equipamento. 

“CHIRP já existe há algum tempo, mas foi introduzido recentemente em radares recreacionais”, conta Adam Murphy, gerente de produto de radares da Raymarine, que compara o CHIRP usado em radares ao usado em sondas submarinas. A Raymarine e outras empresas introduziram o produto há alguns anos em suas sondas, permitindo criar imagens detalhadas do fundo do mar. “Com essa tecnologia, enviamos um pulso mais curto de micro-ondas, mas ele pode ser formatado para que, mesmo assim, possa detectar com precisão objetos próximos”, diz Adam. “Como os pulsos são formatados, pode ser feita uma correspondência mais precisa quando o eco retorna dos alvos.”

A capacidade de formatar os pulsos de micro-ondas e fazer a correspondência com os ecos é a chave para que radares CHIRP possam detectar e apresentar com maior precisão as imagens de alvos próximos, tais como boias ou marcadores de canal, mesmo mostrando uma faixa de alcance maior quando comparados com equipamentos que utilizam magnetrons de frequência fixa. Em sua operação no mar, o formato do pulso permite enviar e receber duas “assinaturas” de radar simultâneas ao invés de um só sinal, que não detectaria dois alvos alinhados. 

Jim demonstrou a capacidade de separação de alvos da nova série Quantum no Boat Show Internacional de Miami, em 2016, em um barco equipado com o sistema e navegando embaixo da Travessa Rickenbacker. No display, podia-se ver e contar todos os pilares de sustentação da ponte. 

O sistema Quantum apresenta faixas de alcance de um dezesseis avos de milha a vinte e quatro milhas náuticas, bem como a capacidade de transmitir através de Wi-Fi as imagens geradas para displays multifuncionais compatíveis Raymarine. Isso facilita sobremaneira a instalação, uma vez que, ao invés de um cabo com muitos condutores, apenas dois cabos de alimentação necessitam ser levados até a unidade (quem não quiser usar a conexão Wi-Fi, pode optar por um cabo de rede ethernet para efetuá-la).

Apesar de ainda não suportar a tecnologia Doppler, Jim e Adam ressaltam que ela é apenas um software dentro de um equipamento com capacidade CHIRP. “Nada nos impede de oferecer um upgrade de software que contemple a tecnologia Doppler no futuro”, diz Adam. Apesar de palavras lançadas ao vento trazerem insegurança e incerteza, as chances de que em breve a linha Quantum receba software que contempla a tecnologia Doppler a curto prazo é bastante grande. 

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