Che tecnologia è? Come funziona? Quali sono i vantaggi dei sensori RADAR?
di Consystem
La parola RADAR, anche se tecnica, è ormai entrata nel vocabolario di tutti. È talmente comune e utilizzata che, pur essendo un acronimo, è oggi accettata anche la grafia in minuscolo.
Tecnologia RADAR: come funziona?
L’acronimo RADAR sta per “RAdio Detection And Ranging”, la cui traduzione è “rilevamento radio e misurazione a distanza”.
Il funzionamento della tecnologia radar si basa su un principio molto semplice: si utilizzano le onde radio, a frequenza specifica, per trasmette e ricevere un segnale. Il segnale viene trasmesso e irradiato nello spazio libero: se questo viene intercettato da oggetti (bersagli o, in inglese, target), torna riflesso (eco) verso il radar e viene codificato.
Nell’elaborazione dell’eco, innanzitutto, si valuta se è stato ricevuto realmente un segnale target, dopodiché si misura il tempo di andata e ritorno del segnale per determinare velocità, distanza, posizione (e altri dati) del bersaglio.
Un po’ di storia
I primi concetti di funzionamento radar furono dimostrati a partire dal 1885, con ulteriori sviluppi via via negli anni. Anche Guglielmo Marconi, nel 1922, ne parlò in un discorso tenuto presso l’Institute of Radio Engineers (oggi IEEE).
Lo sviluppo di un vero e proprio apparato radar risale, però, alla Seconda Guerra Mondiale, quando fu utilizzato per scopi militari soprattutto da parte delle Forze Alleate (in primis britanniche). Il primo a sviluppare un sistema radar funzionante, infine, fu Robert Watson-Watt nel 1935 (si trattava di un radar che rilevava oggetti di grandi dimensioni e molto distanti, quindi poco efficace).
Un mondo di sensori RADAR
Come molte altre soluzioni nate inizialmente per uso militare, anche i sensori radar hanno poi trovato applicazione in ambito civile. Ad esempio, nei sistemi automotive moderni si possono trovare sensori radar per la frenata assistita, per l’anticollisione o i misuratori di livello radar. Addirittura, esistono e sono presenti nel portafoglio CONSYSTEM, sensori radar per il rilevamento della direzione, del movimento e della velocità.
Le frequenze RADAR
Come detto in precedenza, il segnale viene trasmesso ad una data frequenza, che può variare da 230 MHz fino a 110 GHz. Ogni range di frequenza ha una denominazione e, soprattutto, un uso specifico.
Sempre nel portafoglio CONSYSTEM, troviamo radar con frequenze da 10 GHz (denominata banda X) a 24 GHz (chiamata banda K) e sensori in banda 60-64 GHz (nominata banda V o mm – che sta per “millimetrica”).
I segnali
Per completezza d’informazione, i sensori radar si differenziano, oltre che per la frequenza del segnale, anche per il modo in cui questi segnali vengono trasmessi. Bisogna sottolineare che la scelta del sensore radar (per ogni tipo di applicazione) avviene in base alla sua frequenza operativa e alla tipologia del segnale (anche se i principi di funzionamento sono uguali, infatti, un sensore radar per applicazioni di sorveglianza avrà frequenza e tipologia di segnale differenti da un sensore radar per applicazioni automotive, al fine di dare informazioni e risultati ottimali per l’applicazione specifica).
Vediamo queste sigle:
CW: radar Continuos Wave – ad onda continua
FMCW: radar Frequency-Modulated Continuous Wave – onda continua modulata in frequenza
FSK: radar Frequency Shift Keying – a cambio di frequenza
MIMO: radar Multiple Input Multiple Output – ingresso multiplo uscita multipla (con più antenne sia in TX che in RX e segnali non correlati irradiati simultaneamente in più direzioni o in una sola direzione
SIMO: radar Single-Input-Multiple-Output. Ingresso singolo uscita multipla, come il precedente solo che c’è una singola trasmissione e più antenne in ricezione.
Cosa misura un sensore RADAR e quali sono le sue applicazioni
Un sensore radar, come spiegato in precedenza, può elaborare diversi dati per fornire informazioni come la presenza del target, il rilevamento del movimento, la velocità, la distanza (del target dal sensore), la direzione del movimento e la posizione angolare.
Grazie a tutte le informazioni che sono in grado di fornire, tali sensori possono essere utilizzati in molteplici settori/applicazioni: sicurezza, sorveglianza perimetrale, sorveglianza di area, rilevamento intrusioni, sistemi di allarme, door opener (apriporta), smart home, controllo illuminazione, domotica, interruttori touchless, applicazioni industriali mobili e stazionarie, sensori touchless per vending machine, building automation, risparmio energetico, controllo di scale mobili, traffico, prevenzione delle collisioni, allarme pre-crash, gestione degli incroci, robotica, smart factory, misurazioni di livello, misurazione degli spazi, sensori radar per rilevamento velocità. Chiaramente, per ogni applicazione specifica è consigliabile utilizzare sensori radar con la frequenza e la tipologia di segnale più adatta, ai fini di una quanto più elevata efficienza del sensore e dell’applicazione.
Come vediamo, i settori e le applicazioni possibili sono tantissime e diverse. Sicuramente la lista esposta non è completa né esaustiva, poiché il sensore radar può essere ancora applicabile in altri mercati e ambiti grazie ai diversi moduli radar presenti sul mercato (ad esempio quelli per rilevare lo stato di occupazione, ossia la presenza o meno di un veicolo, in un parcheggio).
Caratteristiche e vantaggi dei sensori RADAR
Vediamo quali sono le caratteristiche chiave che un sensore radar possiede, con i conseguenti vantaggi e benefici.
1. Anonimo
Il rilevamento è anonimo, non si trasmettono immagini, consentendo la sola misurazione dei contorni. Niente identificazione della persona o raccolta di dati personali: le rigide regole della sorveglianza (es. il rispetto della privacy) sono così attuate.
2. Multitarget
Il rilevamento e monitoraggio di una specifica area tiene traccia, distingue e riconosce più target (obiettivi o bersagli) e non un solo target. Il riconoscimento è per target statici o in movimento, persone o cose.
3. Multitasking
Le informazioni complete sui target disponibili, relative al monitoraggio, vengono trasmesse tutte contemporaneamente (ad esempio, velocità, distanza, direzione, ecc.).
4. Condizioni Meteo
Il sensore radar funziona e, soprattutto, non è influenzato dalle condizioni meteo, dunque è attivo sia con temperature molto alte che molto basse, sole, maltempo, pioggia, neve, gelo, foschia, nebbia.
5. Ambienti difficili o “harsh”
Funziona in ambienti difficili, comunemente chiamati anche harsh dall’inglese, in modo affidabile e senza causare problemi (polvere, inquinamento, sporcizia, formazione di schiume, vapore, umidità, pressione, rumore, riverbero e vibrazioni).
6. Per interni ed esterni (indoor e outdoor)
Può essere utilizzato sia per ambienti esterni (outdoor) che per ambienti interni (indoor), poiché non è influenzato da luce o da oscurità (giorno e notte).
7. Privo di manutenzione
Non essendo condizionato da influssi e insensibile alle condizioni ambientali, una volta installato non è necessaria una manutenzione regolare, anche in sistemi RADAR complessi. Si ricorda che il sensore (con i suoi componenti funzionali) è protetto da una copertura in plastica che non ne compromette il funzionamento.
8. Durevoli e sicuri
Grazie alle sue caratteristiche di funzionamento, è estremamente robusto e durevole. Inoltre, non essendo i sensori radar esposti, visibili facilmente e con dimensioni compatte, si evitano i pericoli di manomissioni e atti vandalici.
9. Efficienti dal punto di vista energetico
I sensori radar possono concorrere in modo molto significativo all’efficienza energetica, ad esempio, nella smart home o nella building automation, spegnendo le luci automaticamente o aprendo le porte in maniera ridotta.
10. Flessibilità applicativa, adattabili e versatili
Non rappresentano una soluzione solo per i settori sorveglianza e sicurezza, bensì possono essere utilizzati in molteplici applicazioni (dal sensore di posteggio alla prevenzione anticollisione), con la capacità di rilevare diversi materiali (liquidi, materiali sfusi, polveri ecc.). Senza contare che i sensori radar hanno anche una facile adattabilità in impianti, prodotti esistenti o in nuovi progetti dove possono essere integrati facilmente e nascosti (le onde radio del sensore radar penetrano in diverse plastiche e non sono percepibili, dunque senza alcun contatto).
11. Piccole o grandi distanze
I sensori radar possono essere utilizzati per rilevamenti in piccole distanze (meno di 10 metri, ad esempio) o grandi distanze (oltre 100 metri). Anche in quest’ultimo caso, è sufficiente un solo sistema radar di rilevamento. Infine, anche la precisione di misura è un punto di forza di questa tecnologia.
12. Tecnologia perspicace
I sensori radar possono apprendere tramite i filtri. Durante un rilevamento è possibile escludere una tipologia di target, distinguere diverse tipologie di target e classificarli in categorie. In questa maniera, si evitano falsi allarmi (ad esempio, se in una zona protetta entrano persone e animali, tramite il filtro e nelle successive rilevazioni, l’animale viene escluso).
13. Efficaci
Grazie alle caratteristiche sopra esposte, gli allarmi sono dati solo in determinate situazioni e, considerata la precisione dei sensori radar, possono essere attivate le giuste contromisure in maniera efficace (ad esempio, allarme ad addetti di sorveglianza o attivazioni di telecamere nel luogo preciso dell’allarme).
Altre tecnologie di sensori: PIR, a ultrasuoni e laser
Esistono altre tecnologie di sensori che possono essere utilizzate per varie applicazioni ma nessuna di queste ha tutti i vantaggi (assieme!) della tecnologia radar.
I sensori di altra tecnologia più comuni sono i sensori PIR (Passive InfraRed), molto utilizzati per la sorveglianza e la sicurezza, ma che per loro natura devono essere collocati lontani da fonti di calore (sole, fuoco, ecc.) e possono risentire di variazioni elettromagnetiche repentine.
Inoltre, possono essere visibili, hanno portata e copertura limitate (dunque bisogna utilizzare più sensori in un sistema), hanno bisogno di manutenzione (con relativi costi) e non distinguono i target. E questi sono solo alcuni degli svantaggi di questa tecnologia.
I sensori a ultrasuoni sono anch’essi molto utilizzati, ma la particolarità più evidente è che hanno un cortissimo range di rilevamento (fino a 10 metri), risentono delle condizioni meteo (vento, variazioni di temperatura ecc.), della pressione e di altre varie interferenze. Infine, la rilevazione del target non è ottimale (solo per distanza e non per velocità e angolo).
Poi bisogna sicuramente menzionare i sensori laser che hanno alcune proprietà interessanti, ma sono molto costosi, sensibili alle variazioni ambientali, poco versatili, di dimensioni maggiori rispetto ai sensori radar e il raggio laser, come quello degli ultrasuoni, non penetra nei materiali (il raggio non deve essere ostacolato) ed è anche pericoloso per l’occhio umano. Anche per questi sensori, inoltre, il rilevamento del target non è ottimale (per angolo e distanza, non per velocità).
Tanti Pro. E i contro? Pochi!
La domanda sorge spontanea: ma i sensori radar hanno degli svantaggi? Quali sono? Chiaramente non esiste la tecnologia perfetta e anche i sensori radar hanno degli svantaggi, ma veramente pochi!
Allo stato attuale forse il costo iniziale è un po’ più alto rispetto ad altri tipi di sensori, ma bisogna poi valutare gli ammortamenti nel tempo (manutenzione, efficienza, vandalismo ecc.)
Altri svantaggi evidenti non ci sono, dunque hanno versatilità, adattabilità, efficienza, intelligenza e tanto altro!
Cosa si vuole di più da un sensore? Magari uno specialista CONSYSTEM dedicato a cui rivolgere domande e curiosità tecniche.
