Técnicas NCTR
Os meios de reconhecimento e identificação de combate (CID - Combat Identification) podem ser cooperativos como o IFF, procedimentos e datalink e não cooperativos como o radar e assinatura acústica, infravermelha (IR) e ótica (EO).
Os meios relacionados com a identificação de combate são bem variados como o radar, radar biestático, modulação de sinal de radar, radares de alta resolução, sistemas de apoio de guerra eletrônica (ESM, MAGE, RWR etc) para estudar modulação de radar e comunicações, assinatura acústica, infravermelha e ótica, datalink, planejamento de vôo/missão, inteligência humana (HUMINT), procedimentos de controle de espaço aéreo, origem do contato, perfil de vôo, comportamento do alvo, rota e associação com outra plataforma (algumas aeronaves voam em certos padrões e formações). Todas as informações são fundidas de modo a dar uma identificação correta.
O objetivo é destruir alvos inimigos e evitar destruição de alvos amigos, neutros e não combatente. O militar tem que matar ou morrer e não agir rápido e decisivamente pode dar vantagem ao inimigo. O sistema deve declarar o alvo por tipo e com confiança para obter os requisitos citados. A identificação de combate feita de forma rápida e confiavel a longa distancia é um desafio e função critica para os sistemas de Comando e Controle e sistemas de armas.
O IFF é o sistema de identificação cooperativo tradicional, mas apenas identifica alvos amigos e todas as plataformas tem que estar equipadas e com o sistema funcionando para ser eficiente. As técnicas não cooperativas são capazes de identificar inimigos também.
A identificação não cooperativa de aeronaves varia do reconhecimento visual simples até a detecção, analise e classificação baseada em diferenças de emissões passivas e ativas do alvo.
O reconhecimento (ou identificação) de alvos não cooperativos (NCTR - NCTI), que não depende de processos de interrogação/resposta, tem várias vantagens. Sistemas NCTI fazem identificação com sensoriamento remoto sem coordenação com alvo sendo sensoriado.
Os processos de NCTR inclui dados referentes ao número de alvos; classificação (aeronave, UAV, míssil cruise etc); reconhecimento (F-16 ou Gripen); e identificação que é mais importante no nível operacional que técnico e depende do ambiente tático.
Os sistemas não-cooperativos podem discriminar amigos de inimigos com bases nas suas mudanças sutis. Se estes equipamentos não forem capazes de identificar todos os alvos, os sistemas cooperativos tipo pergunta e resposta podem concentrar os esforços em alvos ambíguos. Por exemplo, apenas os alvos que não respondam a um sistema IFF devem ser examinados por uma técnica não cooperativa.
O sistemas NCTR recebem entradas de dados de um ou mais sensores, e os manipula através de meios de fusão de dados e algoritmos de reconhecimento de alvo em processadores de alta velocidade. Os sensores operando em qualquer parte do espectro eletromagnético podem dar informações úteis.
Como exemplos temos os FLIR de 3a geração, radares de abertura sintética (SAR), radares laser ( LADARS) e sistemas de apoio a guerra eletrônica (MAGE). Estes sensores podem estar operando sozinhos ou em conjunto.
O fim da Guerra Fria mudou a equação do IFF não cooperativo para a OTAN. Nos conflitos futuros onde a OTAN terá superioridade aérea total, a identificação positiva de inimigos, e alvos não cooperativos, será importante. Além disso, qualquer aeronave não identificada pega aleatoriamente poderá ser amiga nestas condições, e uma falha na resposta ao IFF não será justificativa para o disparo de um míssil ar-ar de longo alcance.
Também existira a possibilidade de aliados e inimigos estarem usando o mesmo equipamento como aconteceu na Guerra do Golfo como no caso dos Mirage F1 iraquianos e do Qatar.
Uma medida única não será suficiente para identificar inimigos, um quadro composto de vários canais ou de várias fontes de informações será necessário e será parte das regras de engajamento.
A identificação de alvos (ou contatos) é importante para melhorar a consciência espacial, avaliar ameaça, diminuir fratricídio, reduzir o tempo de resposta (principalmente para interceptação), otimizar a resposta e gerenciamento de armas(permite o uso de mísseis de longo alcance) e otimiza a vigilância e gerenciamento da batalha.
Técnicas NCTR de Radar
As técnicas NCTR de radar incluem radares de abertura sintética invertida (Inverse Synthetic-Aperture Radar - ISAR), High-Range-Resolution Profiling ( HRRP) e modulação de turbina (Jet-Engine Modulation - JEM).
A analise cuidadosa do retorno do radar revela muito mais sobre o alvo do que distancia e direção. Logo após o desenvolvimento do radar, os operadores notaram que a hélice da aeronave modulava a frequência do retorno do radar de modo característico.
O equivalente moderno é chamado Jet Engine Modulation (JEM). A entrada de ar do motor reflete sinais de radar muito eficientemente. Ondas de radar que penetram a entrada de ar são refletidas pelas paletas do compressor. O movimento das paletas causam mudanças Doppler na frequência das ondas refletidas. Estas mudanças podem ser detectadas, e caracterizadas por modelo de motor e então a aeronave que a usa.
A JEM é muito dependente da geometria de aspecto entre o radar e o alvo. Esta dependência restringe a aplicação num engajamento dinâmico.
Outra limitação do JEM é clara: a técnica identifica o motor e não a aeronave. O número de motores é bem menor que o de aeronaves. O F-16 usa a turbina GE F-110 ou a P&W F-100. A F-100 também é usada pelo F-15. A GE F-110 é usada pelo F-14 e B-1B.
Os caças também usam turbinas bem diferentes em relação as aeronaves de transportes que tem um by-pass ratio (BPR) maior. Porém, o Boeing 757 usa a P&W F-117 que também é usada pelo C-17.
O HERM (Helicopter Rotor Modulation) é o equivalente do JEM para identificação de helicópteros.
A técnica JEM iniciou em 1984, com testes e operação entre 88-92. Em 1992 foram iniciadas estudos com técnicas de radar imagem.
Ondas de rádio ou radar são apenas uma forma de radiação eletromagnética, como a luz, e tem a mesma velocidade, cerca de 300 metros em um microsegundo. Um radar típico envia pulsos, ou ondas de rádio, que duram microsegundos. Isto significa que o pulso de radar tem vários metros de comprimento.
A resolução de um objetos muito menor que o comprimento de pulso do radar é difícil de obter. Os radares são bons para detectar mas não para detalhar objetos pequenos como aeronaves. Um alvo aparece apenas como um borrão na tela do radar. Porém, se o radar tiver um pulso bem compacto, para determinar detalhes da superfície da aeronave, ela poderá ser identificada.
Os radares de alta resolução, ou HRR (High Resolution Radar), estão em pesquisa e desenvolvimento. O desafio dos HRR são grandes. Primeiro o pulso deve ter nanosegundos. Outro problema são os desafios operacionais. Cada alvo tem um padrão de eco diferente dependendo do aspecto que esta sendo visto. Uma visão lateral é bem diferente de uma frontal e o catalogo de dados deve considerar todos os ângulos possíveis. As armas e tanques extras penduradas também alteram a assinatura.
Radares de alto desempenho podem ajudar no desenvolvimento de algoritmos para modos NCTR e ser a base para equipamentos operacionais. A predição de assinatura radar e descrição de geometria são requerimentos para algoritmos de identificação. Estes radares trabalham desde a banda UHF até Ku. Usam programas CAD para comparar com a imagem radar. O processador reconhece formas e retorno da imagem radar da aeronave, de vários ângulos e aspectos
Espectro de frequência de um F-16 (acima) e um F/A-18 (abaixo). É preciso saber a direção e aspecto do alvo para saber qualquer assinatura comparar ou para se posicionar para conseguir o aspecto desejado. O NCTI é prioridade máxima para USAF e os radares HRR poderão ser o sensor primário pois a classificação é excelente.
Modos de radar NCTR são secretas mas certamente envolvem medidas de distâncias precisas. Se a orientação do alvo é conhecida, a distribuição da assinatura em uma pequena porção de forma pode formar um perfil de distância que é característica de certo tipo de aeronave.
A resolução de distancia é a capacidade de determinar pontos do alvo separados em distancia do radar. Funciona iluminando o alvo com energia de banda larga e processando a energia de retorno. Após processada, a assinatura do alvo é formada com a energia refletida em função do alcance.
O problema com o HRR é que a assinatura muda com a orientação do alvo. A assinatura pode ser obtida de aeronaves reais ou sinteticamente com modelos em escala.
Modo de resolução de distância com um HRR.
Na técnica de medida de distancia, se for conhecida a orientação do alvo, a distribuição da assinatura em pequenos distancias é característica de cada aeronave.
Uso de radares de ondas milimétricas (MMW) na frequência de 94GHz foi usado para testar técnicas NCRT (ISAR e JEM) pelo USMC. Os radares de onda milimétrica podem ser usados para classificação, guiagem e controle de armas de auto-defesa de navios contra alvos voando a altitude muito baia, tem grande capacidade de contra-contramedidas eletrônicas e boa discriminação de alvos para defesas contra mísseis balísticos.
Porém, os radares MMW tem grande atenuação de propagação em alta umidade e chuva em relação a outros radares de frequência menor, mas tem melhor penetração em nuvens, nevoeiro e fumaça que a luz visível e fontes infravermelha.
Imagem radar de um DeHavilland Dash 8 a 9,3km de distancia com resolução de 0,3 metros tirada de um radar Norden APG-76 modificado operando na banda Ku. A aeronave sobrevoava a fabrica durante o teste.
Imagem ISAR de um DC-9.
Assinatura HRR e SAR de uma aeronave.
Enquanto na JEM a característica da turbina é independente do aspecto do alvo e o banco de dados é simples, os radares HRR são sensíveis ao aspecto do alvo e cargas externas. O resultado é uma demanda por banda larga e um banco de dados complexo.
Os modos de radar NCTR tem limitações. Num episódio durante uma patrulha na zona de exclusão no sul do Iraque, o AWACS autorizou dois F/A-18C a dispararem contra um alvo que desceu o paralelo 32 na zona de exclusão aérea no sul do Iraque. Os pilotos optaram por fazer identificação visual e era uma aeronave comercial do Sudão. A cauda em T do Boeing 727 escondeu os motores e não reconhece com modos JEM. O AWACS pensou ser um par de caças próximo. O C-5 Galaxy também pode ser confundido com 3 caças baseado na reflexão da cauda e duas asas, cada um registrado com alvo separado.
Vários radares de caças atuais já estão equipados com técnicas NCTR. O ECR-90 Captor do Eurofighter trabalha na banda I/J e usa técnicas "target adaptive waveforms" junto com o IRST Pirate para identificação visual.
O APG-77 do F-22 forma feixes de radar bem finos para gerar uma imagem de alta resolução do alvo com processos ISAR. O modo ISAR usa mudança Doppler do alvo causada pela mudança de posição do alvo para criar um imagem tridimensional. O alvo dá a mudança Doppler e não a aeronave iluminando o alvo. A imagem de radar é comparada com a armazenada no banco de dados da aeronaves. A precisão é estimada em 98% para identificação. O F-22 nem será equipado com um IRST devido a precisão do sistema.
Nos teste do APS-137(V)5 dos P-3 Noruegueses foi possível identificar navios com imagem ISAR a 100 milhas e também alvos em terra. As foto de radar a 100km e 8 mil pés tirada da base russa de Severomorsk, permitia ver navios individuais no porto claramente. O NAe Kusnetosv ancorado mostrava aeronaves no convôo. Também era possível identificava aeronaves estacionadas em aeroporto a 22 milhas e 23 mil pés. Os modos ISAR não serve para vigilância, mas é ideal para checar uma área especifica de interesse para apoiar operações.
Contramedidas NCTR
Da mesma forma que existem técnicas cooperativas de identificação usados por aeronaves amigas, as aeronaves podem aumentar a capacidade de métodos não cooperativos de discriminar alvos amigos. São idéias conceituais como aumentadores de radar para ajudar HRR, ou induzir vibrações em radares Doppler.
O inimigo pode fazer o contrário para atrapalhar as medidas de identificação não cooperativas. As contramedidas contra as técnicas NCTR já existe na forma de material absorvente de ondas de radar (RAM). Disperso aleatoriamente na aeronave ele pode atrapalhar a assinatura e visualização do alvo por um radar inimigo. O algoritmo usado para discriminar aeronaves não ira olhar detalhes mas extrair dados de características próprias. Porém o inimigo pode saber qual característica é usada e tentar suprimi-la.
A cobertura da entrada de ar com material RAM também evita que os reflexos retornem ao radar. O RAM é capaz de absorver 99% da energia. Com 1/100 retornando é possível diminuir em 40dB com duas reflexões dentro do duto. Com isso o duto fica invisível ao radar evitando retorno do motor para uso de técnicas JEM.
Se material RAM não permite transformar aeronaves convencionais em aeronaves furtivas, ou invisíveis ao radar, evitando detecção, o RAM pode ajudar a evitar o reconhecimento e identificação da aeronave.
A própria furtividade já é uma contramedida contra modos NCTR pois a aeronave nem é detectada. As técnicas NCTR e a furtividade são dois lados da mesma moeda. Qualquer medida que faça uma plataforma mais furtiva em termos de assinatura radar, visual, térmica, eletrônica ou acústica a torna menos susceptível ao NCTR. Por outro lado, qualquer falha nesta defesa poderá ser explorada.
Os respondedores IFF negam a furtividade de caças como o F-117 e F-22. A RAF usava vôo a baixa altitude na rota de ingresso do alvo e com silencio de radio. A mudança de cenário após o fim da Guerra Fria passou para táticas de grandes formações a media altitude. Se precisar usar o IFF as aeronaves irão dar a posição para o inimigo sem usar seus radares e rádios. Com a ameaça de mísseis anti-radiação o inimigo irá gostar.
Durante o conflito de Kosovo, os caças J-22 Orao e G-4 Super Galeb realizaram ataques contra KLA em Kosovo debaixo do nariz dos aliados. Voavam em total silencio de radio e muito baixo rápido, só subiam quando tinha que localizar o alvo. Seus RWR só eram iluminados quando estavam nos picos dos morros. Realizaram 31 missões incluindo próximo as áreas sobre ataque aéreo da OTAN. Nenhum foi interceptado. Os helicópteros também realizaram 174 vôos e os de carga 19 saídas.
As contramedidas eletrônicas também são úteis pois os modos NCTR são muito susceptíveis durante processo.
Próxima Parte: Técnicas de identificação visual e passiva
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