Pistola de radar de velocidad

Una pistola de velocidad de radar, también conocida como pistola de radar, pistola de velocidad o pistola trampa de velocidad, es un dispositivo utilizado para medir la velocidad de objetos en movimiento. La policía lo utiliza comúnmente para verificar la velocidad de los vehículos en movimiento mientras realiza controles de tránsito, y en deportes profesionales para medir velocidades como las de campos de béisbol, saques de tenis y bolos de cricket.

Una pistola de radar de velocidad es una unidad de radar Doppler que puede ser portátil, montada en un vehículo o estática. Mide la velocidad de los objetos a los que apunta detectando un cambio en la frecuencia de la señal de radar devuelta causada por el efecto Doppler, por el cual la frecuencia de la señal devuelta aumenta en proporción a la velocidad de aproximación del objeto. si el objeto se acerca y baja si el objeto se aleja. Estos dispositivos se utilizan con frecuencia para hacer cumplir los límites de velocidad, aunque los instrumentos de velocidad LIDAR más modernos, que utilizan luz láser pulsada en lugar de radar, comenzaron a reemplazar a los radares durante la primera década del siglo XXI, debido a las limitaciones asociadas con los radares pequeños. sistemas.

Historia

La pistola de velocidad por radar fue inventada por John L. Barker Sr. y Ben Midlock, quienes desarrollaron un radar para el ejército mientras trabajaban para Automatic Signal Company (más tarde División de Señales Automáticas de LFE Corporation) en Norwalk, Connecticut, durante la Guerra Mundial. II. Originalmente, Grumman se acercó a Automatic Signal para resolver el problema específico del daño del tren de aterrizaje terrestre en el avión anfibio Consolidated PBY Catalina. Barker y Midlock improvisaron una unidad de radar Doppler con latas de café soldadas para fabricar resonadores de microondas. La unidad se instaló al final de la pista en las instalaciones de Grumman en Bethpage, Nueva York, y apuntó directamente hacia arriba para medir la tasa de caída de los PBY de aterrizaje. Después de la guerra, Barker y Midlock probaron un radar en Merritt Parkway. En 1947, el sistema fue probado por la Policía Estatal de Connecticut en Glastonbury, Connecticut, inicialmente para realizar estudios de tráfico y emitir advertencias a los conductores por exceso de velocidad. A partir de febrero de 1949, la policía estatal empezó a emitir multas por exceso de velocidad en función de la velocidad registrada por el dispositivo de radar. En 1948, el radar también se utilizó en Garden City, Nueva York.

Mecanismo

Efecto Doppler

Las pistolas de velocidad por radar utilizan un radar Doppler para realizar mediciones de velocidad.

Las pistolas de velocidad por radar, al igual que otros tipos de radar, constan de un transmisor y un receptor de radio. Envían una señal de radio en un haz estrecho y luego reciben la misma señal después de que rebota en el objeto objetivo. Debido a un fenómeno llamado efecto Doppler, si el objeto se acerca o se aleja del arma, la frecuencia de las ondas de radio reflejadas cuando regresan es diferente de las ondas transmitidas. Cuando el objeto se acerca al radar, la frecuencia de las ondas de retorno es mayor que la de las ondas transmitidas; cuando el objeto se aleja, la frecuencia es menor. A partir de esa diferencia, el radar puede calcular la velocidad del objeto desde el que han rebotado las ondas. Esta velocidad viene dada por la siguiente ecuación:

v=Δ Δ ff× × c2{displaystyle {V}={frac} {Delta f}f}times {frac}{2}}}

Donde c{displaystyle c} es la velocidad de la luz, f{displaystyle f} es la frecuencia emitida de las ondas de radio, y Δ Δ f{displaystyle Delta f} es la diferencia de frecuencia entre las ondas de radio que se emiten y las que reciben de nuevo por el arma. Esta ecuación sostiene precisamente sólo cuando las velocidades de objetos son bajas en comparación con la de la luz, pero en situaciones cotidianas, este es el caso y la velocidad de un objeto es directamente proporcional a esta diferencia en frecuencia.

Radar estacionario

Después de recibir las ondas de retorno, se crea una señal con una frecuencia igual a esta diferencia mezclando la señal de radio recibida con un poco de la señal transmitida. Así como dos notas musicales diferentes tocadas juntas crean una nota de ritmo en la diferencia de frecuencia entre ellas, cuando estas dos señales de radio se mezclan crean un "tiempo" señal (llamada heterodina). Luego, un circuito eléctrico mide esta frecuencia usando un contador digital para contar el número de ciclos en un período de tiempo fijo y muestra el número en una pantalla digital como la velocidad del objeto.

Dado que este tipo de pistola de velocidad mide la diferencia de velocidad entre un objetivo y la pistola misma, la pistola debe estar estacionaria para dar una lectura correcta. Si se realiza una medición desde un automóvil en movimiento, dará la diferencia de velocidad entre los dos vehículos, no la velocidad del objetivo en relación con la carretera, por lo que se ha diseñado un sistema diferente para funcionar desde vehículos en movimiento.

Radar en movimiento

En el llamado "radar en movimiento", la antena del radar recibe señales reflejadas tanto del vehículo objetivo como de objetos estacionarios del fondo, como la superficie de la carretera, señales de tráfico cercanas, barandillas y postes de alumbrado público. En lugar de comparar la frecuencia de la señal reflejada por el objetivo con la señal transmitida, compara la señal del objetivo con esta señal de fondo. La diferencia de frecuencia entre estas dos señales da la velocidad real del vehículo objetivo.

Consideraciones de diseño

Los radares modernos normalmente funcionan en las bandas X, K, Ka y (en Europa) Ku.

Los radares que funcionan en el rango de frecuencia de la banda X (de 8 a 12 GHz) son cada vez menos comunes porque producen un haz potente y fácilmente detectable. Además, la mayoría de las puertas automáticas utilizan ondas de radio en el rango de la banda X y posiblemente puedan afectar las lecturas del radar policial. Como resultado, las bandas K (de 18 a 27 GHz) y Ka (de 27 a 40 GHz) son las más utilizadas por las agencias policiales.

Algunos automovilistas instalan detectores de radar que pueden alertarles de la presencia de un control de velocidad más adelante, y las señales de microondas del radar también pueden cambiar la calidad de recepción de las señales de radio AM y FM cuando se sintoniza una estación débil. Por estas razones, el radar portátil normalmente incluye un disparador de encendido y apagado y el radar sólo se enciende cuando el operador está a punto de realizar una medición. Los detectores de radar son ilegales en algunas zonas.

Limitaciones

El radar de tráfico viene en muchos modelos. Las unidades portátiles funcionan en su mayoría con baterías y, en su mayor parte, se utilizan como herramientas estacionarias para controlar la velocidad. El radar estacionario puede montarse en vehículos policiales y puede tener una o dos antenas. El radar en movimiento se emplea, como su nombre lo indica, cuando un vehículo policial está en movimiento y puede ser muy sofisticado, capaz de rastrear vehículos que se acercan y se alejan, tanto delante como detrás del vehículo patrulla y también puede rastrear múltiples objetivos a la vez. También puede rastrear el vehículo más rápido en el haz de radar seleccionado, delantero o trasero.

Sin embargo, existen una serie de limitaciones en el uso de pistolas de velocidad por radar. Por ejemplo, se requiere capacitación y certificación del usuario para que un operador de radar pueda utilizar el equipo de manera efectiva, y los alumnos deben estimar visualmente de manera constante la velocidad del vehículo dentro de +/-2 mph de la velocidad real del objetivo, por ejemplo, si el objetivo La velocidad real es de 30 mph, entonces el operador debe poder estimar visualmente de manera consistente que la velocidad objetivo está entre 28 y 32 mph. El radar de control de tráfico estacionario debe ocupar una ubicación encima o al costado de la carretera, por lo que el usuario debe comprender la trigonometría para estimar con precisión la velocidad del vehículo a medida que cambia la dirección mientras un solo vehículo se mueve dentro del campo de visión. Por lo tanto, la velocidad real del vehículo y la medición del radar rara vez son iguales debido a lo que se conoce como efecto coseno; sin embargo, a todos los efectos prácticos, esta diferencia entre la velocidad real y la velocidad medida no tiene trascendencia, siendo generalmente una diferencia de menos de 1 mph, ya que la policía está entrenada. posicionar el radar para minimizar esta inexactitud y, cuando está presente, el error siempre favorece al conductor que informa una velocidad inferior a la real.

Además, la ubicación del radar también puede ser importante para evitar grandes superficies reflectantes cerca del radar. Dichas superficies reflectantes pueden crear un escenario de trayectorias múltiples en el que el haz del radar puede reflejarse en el objetivo reflectante no deseado y encontrar otro objetivo y regresar, provocando así una lectura que puede confundirse con el tráfico que se está monitoreando. Sin embargo, MythBusters hizo un episodio intentando conseguir que el arma tuviera lecturas incorrectas cambiando la superficie del objeto que pasaba y no encontró ningún efecto significativo.

Los radares de velocidad no diferencian entre objetivos en el tráfico, y la capacitación adecuada de los operadores es esencial para controlar con precisión la velocidad. Esta incapacidad para diferenciar entre objetivos en el campo de visión del radar es la razón principal por la que el operador debe estimar visualmente de manera consistente y precisa las velocidades de los objetivos dentro de +/-2 mph, de modo que, por ejemplo, si hay siete objetivos en el campo de visión del radar y el operador puede estimar visualmente la velocidad de seis de esos objetivos en aproximadamente 40 mph y estimar visualmente la velocidad de uno de esos objetivos en aproximadamente 55 mph y la unidad de radar muestra Una lectura de 56 mph deja claro qué velocidad del objetivo está midiendo la unidad.

En la operación de radar en movimiento, se produce otra posible limitación cuando la velocidad de patrulla del radar se fija en otros objetivos en movimiento en lugar de en la velocidad de avance real. Esto puede ocurrir si la posición del radar está demasiado cerca de un objetivo reflectante más grande, como un remolque de camión. Para ayudar a aliviar esto, el uso de entradas de velocidad secundaria desde el bus CAN del vehículo, la señal VSS o el uso de una velocidad medida por GPS puede ayudar a reducir los errores al proporcionar una velocidad secundaria con la que comparar la velocidad medida.

Tamaño

La principal limitación de los dispositivos de radar móviles y portátiles es el tamaño. Un diámetro de antena de menos de varios pies limita la direccionalidad, que sólo puede compensarse parcialmente aumentando la frecuencia de la onda. Las limitaciones de tamaño pueden hacer que los dispositivos de radar móviles y portátiles produzcan mediciones de múltiples objetos dentro del campo de visión del usuario.

La antena de algunos de los dispositivos portátiles más comunes tiene solo 2 pulgadas (5,1 cm) de diámetro. El haz de energía producido por una antena de este tamaño que utiliza frecuencias de banda X ocupa un cono que se extiende unos 22 grados rodeando la línea de visión, 44 grados de ancho total. Este haz se llama lóbulo principal. También hay un lóbulo lateral que se extiende de 22 a 66 grados desde la línea de visión, y otros lóbulos también, pero los lóbulos laterales son aproximadamente 20 veces (13 dB) menos sensibles que el lóbulo principal, aunque detectarán objetos en movimiento cercanos. por. El campo de visión principal tiene aproximadamente 130 grados de ancho. La banda K reduce este campo de visión a unos 65 grados al aumentar la frecuencia de la onda. La banda Ka reduce esto aún más a unos 40 grados. Las detecciones de lóbulos laterales se pueden eliminar mediante la supresión de lóbulos laterales, que reduce el campo de visión, pero las antenas adicionales y los circuitos complejos imponen limitaciones de tamaño y precio que limitan esto a aplicaciones para el ejército, el control del tráfico aéreo y las agencias meteorológicas. Los radares meteorológicos móviles se montan en camiones semirremolque para estrechar el haz.

Distancia

Una segunda limitación de los dispositivos portátiles es que tienen que utilizar un radar de onda continua para hacerlos lo suficientemente ligeros como para ser móviles. Las mediciones de velocidad sólo son fiables cuando se conoce la distancia a la que se ha registrado una medición específica. Las mediciones de distancia requieren operación pulsada o cámaras cuando hay más de un objeto en movimiento dentro del campo de visión. El radar de onda continua puede apuntar directamente a un vehículo a 100 yardas de distancia, pero produce una medición de velocidad desde un segundo vehículo a 1 milla de distancia cuando apunta hacia una carretera recta. Una vez más, recurrimos al requisito de capacitación y certificación para una estimación visual consistente y precisa, de modo que los operadores puedan estar seguros de qué velocidad del objeto ha medido el dispositivo sin información de distancia, que no está disponible con el radar de onda continua.

Algunos dispositivos sofisticados pueden producir diferentes mediciones de velocidad de múltiples objetos dentro del campo de visión. Esto se utiliza para permitir que la pistola de velocidad se use desde un vehículo en movimiento, donde se debe apuntar simultáneamente a un objeto en movimiento y a uno estacionario, y algunas de las unidades más sofisticadas son capaces de mostrar hasta cuatro velocidades de objetivo separadas mientras operan en movimiento. modo una vez más enfatizando la importancia de los operadores' Capacidad para estimar visualmente la velocidad de manera consistente y precisa.

Environmental

El entorno y la localidad en la que se realiza la medición también pueden influir. Utilizar un radar portátil para escanear el tráfico en una carretera vacía mientras se está a la sombra de un árbol grande, por ejemplo, podría suponer el riesgo de detectar el movimiento de las hojas y ramas si el viento sopla fuerte (detección de lóbulos laterales). Puede haber un avión sobrevolando desapercibido, especialmente si hay un aeropuerto cercano, lo que nuevamente enfatiza la importancia de una capacitación adecuada del operador.

Cámaras asociadas

Las limitaciones de los radares convencionales se pueden corregir con una cámara apuntada a lo largo de la línea de visión.

Las cámaras están asociadas a máquinas expendedoras de billetes automáticas (conocidas en el Reino Unido como radares) donde se utiliza el radar para activar una cámara. El umbral de velocidad del radar se establece en o por encima de la velocidad máxima legal del vehículo. El radar activa la cámara para tomar varias fotografías cuando un objeto cercano excede esta velocidad. Se requieren dos fotografías para determinar la velocidad del vehículo utilizando las marcas topográficas en la carretera. Esto puede resultar fiable para el tráfico en entornos urbanos cuando hay varios objetos en movimiento dentro del campo de visión. Sin embargo, en este caso es la cámara y su información de sincronización la que determina la velocidad de un vehículo individual; el radar simplemente alerta a la cámara para que comience a grabar.

Instrumentos más nuevos

Los dispositivos láser, como una pistola de velocidad LIDAR, son capaces de producir mediciones confiables de alcance y velocidad en entornos de tráfico urbanos y suburbanos típicos sin la limitación de la inspección del sitio y las cámaras. Esto es confiable en el tráfico urbano porque LIDAR tiene una direccionalidad similar a la de un arma de fuego típica porque el haz tiene la forma más parecida a un lápiz que produce mediciones solo del objeto al que apunta.