Comprendiendo al: Radar SMART S mk2

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Comprendiendo al:

RADAR THALES SMART S MK2

Por  JC65/Septiembre 2014


Antecedentes

La empresa Hollandse Signaalapparaten B.V (SIGNAAL),   hoy día Thales Nederland B.V. creò, a finales del siglo pasado una familia de radares navales de gran éxito comercial basados en la filosofía de “FANBEAM”, esto es búsqueda volumétrica de objetivos, mediante un haz de ondas muy estrecho en el azimuth, pero de amplia cobertura en la vertical, llamando a esta familia SMART por Signaal Multibeam Acquisisition Radar for Targetting, es decir radares para la adquisición y designación de objetivos mediante uso de múltiples lóbulos.

Esta familia incluye a los SMART S, en banda S, el SMART L en banda L y el MW08 en banda C, los cuales han sido instalados por varias de las más importantes fuerzas navales del mundo, y en particular el más reciente miembro de esta familia el Smart S Mk2, motivo del presente artículo.

A la fecha actual, a solo 6 años de su lanzamiento, mas de 30 SMART  S Mk2 han sido vendidos, incluyendo  4  para los POVZEE Venezolanos y 4 para las Clase Padilla Colombianos, además de varios para las marinas de Dinamarca, Omán, Francia, Turquía, Marruecos y próximamente Canada y USA.



Como se ve su éxito comercial ha sido rotundo, y aún se vislumbra un mejor futuro para este producto Holandés.

Características y Funcionamiento.

Este radar 3D viene a sustituir, según su fabricante, a dos productos anteriores, el radar DA08  de búsqueda volumétrica y por otro lado al MW-08 o al Smat S,  de designación de objetivos, combinando ambas funciones en un solo producto.

Para ello posee capacidades de búsqueda a largo y medio alcance y buena precisión para la designación de objetivos, en particular posee 2 modos de operación: Largo Alcance, hasta 250 Km, con una velocidad de rotación de 13.5 rpm, y uno de mediano alcance (150 Km) a 27 rpm, pudiendo detectar “pequeños misiles” a 50 Km de distancia y aviones de patrulla a 200 Kms.

La cobertura en la vertical va desde abajo del horizonte hasta 70º hacia la vertical, con estabilización electrónica del haz, el cual en la horizontal abarca unos 2º. En transmisión se considera como un solo haz de tipo Fan o Abanico, pero para la recepción, y gracias al uso de técnicas de “digital beamforming” se consideran 12 lóbulos o haces independientes y montados uno sobre el otro hasta cubrir esos más de 70º de la vertical, y todos funcionado simultáneamente.   Estas características le permiten designar hasta 500 objetivos (entre aéreos y de superficie) con  una precisión de menos de 5 mrads en azimuth y 10 mrads en la vertical (17 mrads aprox 1º), mientras que en el rango la precisión mejora los 20 mts.


La antena del mismo está formada por 16 stripline o líneas de pequeños elementos radiantes, hasta alcanzar unos 1000 elementos de trasmisión/recepción en total, cada una de estas 16 líneas alimentan a un canal receptor con su propio juego de filtros, amplificadores de bajo ruido y convertidores análogo-digital, por lo que la combinación de las 16 señales se hace a nivel digital, permitiendo el ya mencionado “Beamforming” en recepción, y por consiguiente la alta precisión en la vertical usando técnicas monopulso.




Esta antena es alimentada por 16 (algunas fuentes indican 10) amplificadores de alta potencia y estado sólido, que sustituyen los antiguos amplificadores de válvulas termiónicas usados en anteriores radares, otorgándole al radar excelentes cualidades de mantenibilidad (MTBF superior a 2000 horas). Los mismos, al igual que los canales de recepción,  están situados en la propia estructura o “caja” que contiene a la antena, por lo que se elimina la necesidad de guías de ondas  entre las estructura rotante y los gabinetes de debajo de cubierta.

La frecuencia de trabajo es la correspondiente a la banda S (E/F 2 a 4 GHz ) con gran ancho de banda y total agilidad de cambiar tanto la frecuencia como la potencia de transmisión, y se puede especular, dadas las dimensiones de la antena una frecuencia específica de trabajo de 2.5 hasta 2.9 Ghz.

Encima de la estructura rotante es normal que se instala una antena IFF en configuración Janus, y  se debe considerar que los amplificadores son refrigerados por líquido, por lo cual la junta rotatoria debe permitir el paso de dicho refrigerante, el peso de todo el conjunto incluído el motor para el giro llega a unos 1000 Kgs. Y las dimensiones son 4 mts de ancho, 1.5 de profundidad y  1.2 de alto.

Bajo cubierta solo quedan 3 gabinetes, dedicados a el procesamiento digital de la señal, Sistemas de alimentación de poder y enfriamiento, y secador de aire. (Mas un  gabinete adicional para el sistema IFF)


El análisis de las señales, es por supuesto muy moderno, usando técnicas de digital beamformig para la formación de 12 lóbulos de recepción,  uso de un lóbulo por debajo del horizonte para la supresión de ecos de los objetivos en el mar (multipath supression), compresión digital de pulsos, procesamiento doppler usando filtros FIR para la determinación de la velocidad radial de los objetivos y el ajuste automático de los umbrales de clutter y jamming, técnicas CFAR (constante false alarm rate), Clasificación de objetivos no cooperantes, generación de hipótesis de trayectoria de objetivos y capacidad de fusión de datos propios con externos.

Todas estas características lo capacitan, no solo como un excelente instrumento para ambientes navales, sino también para los más complicados para los radares como son los entornos litorales, que combinan las dificultades propias del mar cambiante con las propias del retorno producido por objetos en la tierra.

Por ejemplo, con la fusión de datos se puede evitar marcar como objetivo válido un automóvil circulando por una carretera del litoral, al combinar los datos del radar con mapas digitales de carretera (fuente externa).

En resumen el Radar SMART S Mk2 representa un salto tecnológico importante por un precio al alcance de muchas marinas de guerra en el mundo.

Fuentes:

-          Thales Nederland B.V.

-          The Naval Institute Guide to World Naval Weapon System. Norman Friedman 5th ed.

-          Imagenes de Thales Nederland B.V. 

 

 

JC65/19092014


Actualización Diciembre 2018:

Tras 4 años de la aparición de este artículo, se debe indicar que ya son 15,  las naciones que han confiado en este radar, para su instalación en sus más importantes buques, con más de 50 sistemas vendidos, un auténtico “best seller” del mundo de los radares.

De especial importancia los casos de Francia, que lo usa en sus fragatas de defensa aérea clase Cassard, en sustitución del anterior radar DRBJ11, Canada, que lo escogió como sensor principal en el upgrade de su flota de 12 fragatas de la clase Halifax, y Turquia que lo fabrica bajo licencia para dotar todas sus nuevas unidades de corbetas y fragatas.

Desde el punto de vista técnico es necesario precisar algunos detalles, como el número de módulos amplificadores de potencia de estado sólido, que ya sin duda es de 16, intercambiables entre sí, aun en mar abierto, como se observa en estas gráficas:


Parte posterior de la antena de radar.


Sustitución de módulo de potencia.


También de notar, el uso de consolas dotadas de sistemas operativos comerciales, como interface para el usuario, que ve así facilitada su interacción con el radar y sus funciones:


Ejemplo de traza de objetivo aéreo, con el simple método de hacer click, sobre el mismo se despliega una ventana indicando sus datos de tipo, dirección, distancia, rumbo, velocidad y altura. Estos datos se mantienen y procesan simultáneamente para hasta 500 objetivos, que pueden ser aéreos o de superficie.


Las trazas se presentan sobre un mapa cartográfico móvil y se muestran trayectorias históricas (de los últimos segundos o minutos) de los objetivos, al estilo de radares tipo ARPA.


JC65/14122018.

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Comentarios

  • jc65
    jc65Soldado
    Colaborador
    Soldado
    Colaborador
    Saludos,
    dejo e a su consideración este articulo sobre el Smart S mk2, originalmente redactado en el 2014, ahora actualizado con algo mas de información.
  • MG42
    MG42Soldado
    Forista
    Soldado
    Forista
    Editado sáb, 15 diciembre 2018 #3
    ¿De qué sirve o en qué ayuda la posibilidad de intercambiar los módulos de potencia?
  • jc65
    jc65Soldado
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    Hola @MG42.

    Mantenibilidad. Al ser intercambiables, no necesitas llevar una variedad de repuestos en el buque. Con llevar solo 1 o 2 modulos garantizas el funcionamiento del radar, pues no importa cual de los 16 sea el que falle, al ser todos iguales, el repuesto es el mismo. Incluso se puede dar el caso extremo que no lleves ese repuesto, y falla alguno, de los mas importantes (los de vigilancia a baja cota por ejemplo), lo intercambias con otro no tal vital, y el radar seguira funcionando, aunque con capacidades algo reducidas.

    A esto ultimo los gringos lo llaman "gracefull degradation"
  • Enrique
    EnriqueTécnico del Tercera Grado
    EMC, Canal Informativo
    Técnico del Tercera Grado
    EMC, Canal Informativo
    Ve ¡Las consolas usan Windows XP! Y los medios criticando a los británicos hace unos años por usar ese sistema en sus submarinos  B)

    ¡Que excelente artículo @jc65
  • jc65
    jc65Soldado
    Colaborador
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    Colaborador
    Gracias @Enrique
    En realidad el sistema de radar es ofrecido para que trabaje con el sistema de combate instalado en el buque, así que si este tiene consolas basadas en Win XP, pues mostrara los datos en ese S.O., el de la foto en particular corresponde a una consola del sistema de combate C-Flex del HDMS Absalon. En el caso de las Padillas es el TACTICOS, el cual trabaja en Linux (hasta donde tengo entendido)

    En todo caso a vistas del usuario es hacer doble click sobre la traza de interés para obtener la información detallada de la misma.

    Como se ve, la información se muestra muy sintetizada, lo cual hace posible el manejo de muchísimas trazas (500) en forma intuitiva por operadores medianamente entrenados. Esa manera de trabajar, donde el sistema selecciona que mostrar y que no, presenta muchas ventajas, pero también algunos inconvenientes, al menos si se le pregunta a algún operador de radar de la "vieja escuela"
  • ErichSaumeth
    ErichSaumethSargento Primero
    Administrador
    Sargento Primero
    Administrador
    Editado mar, 18 diciembre 2018 #7
    jc65 escribió:
    Saludos,
    dejo e a su consideración este articulo sobre el Smart S mk2, originalmente redactado en el 2014, ahora actualizado con algo mas de información.

    Un verdadero trabajo investigativo del amigo venezolano jc65, técnico, objetivo, profundo y revelador en cuanto a sus conclusiones y sobre todo sin las pretensiones de los "análisis" de los xenofobos bolivarianos estos que pretenden saber mas sobre sistemas y equipos a partir de "investigaciones" que no son mas que burdas copia-pega.

    Gracias por tu colaboración jc65 y a compartir en otros espacios este link. 
  • wildcat
    wildcatSoldado
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    Forista
    Excelente.
    Es un verdadero privilegio poder leer lo que jc65 nos comparte. Como estar en clase en la U...
  • jc65
    jc65Soldado
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    Gracias por los comentarios @ErichSaumeth, @wildcat.

    Me gustaría que fuera algo mas interactivo el hilo, con mas inquietudes. Si no las se responder, mejor, porque me veo obligado a investigar !!!!

    Por ejemplo, en un comentario anterior deje este cabo suelto: "el sistema selecciona que mostrar y que no, presenta muchas ventajas, pero también algunos inconvenientes"... Como puede haber algo mejor en esto:

    que en esto????:


    La primera es una imagen relativamente cruda, pero aun así presenta ayudas al operador al etiquetar algunas trazas, pero también presenta ecos sin identificar. Radares mas antiguos incluso no dan esas ayudas.

    La segunda corresponde al Smart S mk2, que elimina cualquier cosa que no sea de interés, brindando una imagen sintetizada que favorece la conciencia situacional del buque.
     Las trazas rojas son blancos aéreos y su camino recorrido en los últimos segundos es de puntos verdes, la dirección actual se denota con una linea roja corta.



    Si la traza es azul, sera objetivo naval de superficie, buques botes, etc, y si es verde sera terrestre (!) 
  • jc65
    jc65Soldado
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    La respuesta que podría dar un operador de radares mas antiguos, puede tener que ver no, con lo que se muestra, si no con lo que se oculta.

    Y es que el que toma la decision de que mostrar y que no, en la imagen sintetizada es un algoritmo que se basa en condiciones, de seguro muy bien estudiadas por el fabricante, pero que pudiesen no ser las ideales en toda situación. Ademas de que se pueden presentar casos que no fueron tomados en cuenta cuando se elaboro el algoritmo.
  • JRAP20
    JRAP20Sargento Primero
    Forista
    Sargento Primero
    Forista
    jc65 escribió:
    La respuesta que podría dar un operador de radares mas antiguos, puede tener que ver no, con lo que se muestra, si no con lo que se oculta.

    Y es que el que toma la decision de que mostrar y que no, en la imagen sintetizada es un algoritmo que se basa en condiciones, de seguro muy bien estudiadas por el fabricante, pero que pudiesen no ser las ideales en toda situación. Ademas de que se pueden presentar casos que no fueron tomados en cuenta cuando se elaboro el algoritmo.

    Pero el software no da la posibilidad de mostrar todos los ecos, desactivando el modo de imagen sintetizada?
  • jc65
    jc65Soldado
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    Hola @JRAP20, El software te permite jugar con los niveles de las variables del algoritmo, como umbral de sensibilidad, PRF, modo de radar, etc. Mas la estructura básica del algoritmo es cerrada al usuario.

    Cuando se empezó a operar el Smart L, este era  tan potente, que empezaba a marcar como trazas de interés a cuanto pájaro se le atravesaba, saturando su capacidad de vigilancia. Se debió modificar no solo parámetros, si no la forma en que se decidía que era valido y que no.

    De seguro que esa experiencia fue aprovechada por el Smart S mk2, pero es valido un algoritmo para todas las situaciones, en especial las nuevas que se puedan enfrentar?... No estoy muy seguro.

    Como analogía, te pongo el ejemplo del programa autotune, que hace que cantantes mediocres suenen como los mejores... Sustituirá este a un buen ingeniero de sonido con sus costosos equipos de grabación???. tal vez en el 99% de los casos, pero no siempre.
  • MG42
    MG42Soldado
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    jc65 escribió:
    De seguro que esa experiencia fue aprovechada por el Smart S mk2, pero es valido un algoritmo para todas las situaciones, en especial las nuevas que se puedan enfrentar?... No estoy muy seguro.
    Las naves tipo stealth? 

    A mi parecer deberían de ofrecer al usuario un coeficiente de detección para el algoritmo ya sea que el mismo usuario sea quien elija que tan sensible lo quiere o mejor, integrar en el software una opción que permita graduarlo.

  • jc65
    jc65Soldado
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    Editado mar, 18 diciembre 2018 #14
    Te doy otro ejemplo, cuando se instalaron los primeros Smart S mk2, por alla en el 2006, esto no existia: 

    y sus características de RCS, velocidad de vuelo, etc. pueden ser similares a las de, digamos una gaviota. Esta el algoritmo del Smart S mk2 preparado para diferenciarlos?. Probablemente no, es un nuevo tipo de amenaza, que no se conocía cuando se diseño el radar.




  • jc65
    jc65Soldado
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    Las naves stealth, no se si te refieres a aviones o buques, pues la estrategia seria diferente a la hora de detectarlos.

    Pues seria otro caso en el que un operador bien entrenado podría ser insustituible.
  • JRAP20
    JRAP20Sargento Primero
    Forista
    Sargento Primero
    Forista
    jc65 escribió:
    Las naves stealth, no se si te refieres a aviones o buques, pues la estrategia seria diferente a la hora de detectarlos.

    Pues seria otro caso en el que un operador bien entrenado podría ser insustituible.

    En ese caso debe dar la posibilidad al operador de "bajar" la intensidad de frecuencia sacrificando alcance por capacidad de detección
  • MG42
    MG42Soldado
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    jc65 escribió:
    Te doy otro ejemplo, cuando se instalaron los primeros Smart S mk2, por alla en el 2006, esto no existia: 

    y sus características de RCS, velocidad de vuelo, etc. pueden ser similares a las de, digamos una gaviota. Esta el algoritmo del Smart S mk2 preparado para diferenciarlos?. Probablemente no, es un nuevo tipo de amenaza, que no se conocía cuando se diseño el radar.




    Ahh vale entiendo tu punto. También es que haber jc, no sería un problema único del Mk2 o sí? ¿existe algún radar naval capaz de diferenciar entre un drone y una gaviota en la actualidad?Ahí es donde entra en juego la importancia del algoritmo que supongo estará balanceado de la mejor forma para hacer mejor su trabajo pero cómo tu dices, el dichoso algoritmo muy posiblemente se quede corto con objetivos más pequeños y difíciles de detectar cómo un drone por eso pienso que le caería bien un modo u opción que deje graduar al usuario un coeficiente de detección por así decirlo, para cuando se necesite.

  • MG42
    MG42Soldado
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    También es que hay que ver el material, no van a reflejar con la misma intensidad un drone metálico, uno de fibra de carbono, uno plástico y una gaviota, o ¿si?
  • jc65
    jc65Soldado
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    Pues todo lo que indican, apuntan a que el operador sea capaz de "meterse" en los parámetros básicos de funcionamiento del radar. Cosa que va en contra con la idea de un sistema fácil de operar, como se venden estos productos.

    En la practica, las ciencias informáticas, están abordando este tipo de problemas mediante programación neuronal y el "machine learning", donde la maquina aprende en base a la experiencia diaria. Y realmente no se que radar moderno ya este metido en esto (tratare de investigar).

    Algo habrá de diferente entre un tipo particular de drone y un pájaro en especifico, y la maquina eventualmente aprenderá a diferenciarlos! en base a decirle este es un DIJ Phantom y esta es una gaviota. B)

  • jc65
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    Algo, que si es capaz de hacer el Smart S mk2, es diferenciar un vehículo (automóvil), en una carretera, de una lancha, a pesar de tener similar RCS y velocidad. Y lo hace mediante la fusion de información de distintas fuentes. (data fusion)

    En ese ejemplo, el radar detecta el eco a baja altura, con cierto corrimiento doppler, y mezcla esta información con un mapa que tenga guardado en memoria. Obviamente si el objeto esta sobre el mar sera una lancha, pero si esta sobre tierra, en particular una carretera sera un automóvil (o camión con bacteria de misiles!)

    Este tipo de cosas es de vital importancia en los entornos litorales. Y la fusion puede ser tambien con sensores ópticos, data satelital, o cualquiera disponible.


  • jc65
    jc65Soldado
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    MG42 escribió:
    También es que hay que ver el material, no van a reflejar con la misma intensidad un drone metálico, uno de fibra de carbono, uno plástico y una gaviota, o ¿si?

    Pues si el RCS es ligeramente diferente y las combinaciones infinitas, allí es donde el operador experimentado podría hacer diferencia. Un algoritmo cubrirá muchas circunstancias y casos, pero siempre podría presentarse una nueva.
  • Excelente información Jc65, el Smart-S ha llegado a ser un sistema de mucho éxito como señalaste y además sus capacidades no son 'modestas' compartativamente hablando si consideramos el hecho de que haya sido instalado como radar principal en la modernización de las 12 clase Halifax de Canadá, principales FFG de su armada.


  • jc65
    jc65Soldado
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    Editado jue, 20 diciembre 2018 #23
    Hola @DavidRec , numéricamente muy representativo el contrato Canadiense, 12 en fragatas + 1 en una instalación en tierra.

    Pero, mas representativo de sus capacidades, es haber sido seleccionados por la Marine Nationale (Francia) para el update se sus fragatas de la clase Cassard, pues estas son especializadas en defensa antiaérea de la flota. 

    con misiles RIM-66 standart. Eso si manteniendo el radar 2D DRBV 26c, en banda L, para la alerta temprana, por lo que se presume que el Smart actue como un designador de objetivos de largo alcance.

    Ahora no debemos engañarnos, el Smart S mk2 nunca ha sido el producto top, de la empresa Holandesa. Es mas bien su caballo de batalla comercial. Buenas prestaciones para su precio.
  • Estimado, crees que con los años y la popularización / reducción de precios de producción de la tecnología AESA los radares como el Smart-S de barrido mecánico vayan de salida? o crees que técnica y comparativamente ofrecen alguna característica un poco más difíciles de sustituir en el escenario naval.

    Me ha interesado mucho el nuevo radar AESA  NS-100 de Thales, en banda S; pareciera el llamado a suplir el segmento comercial del Smart-S en el futuro. Máximo rango instrumental de 280 km. Para las PES por ejemplo me parecería bastante buena opción.
  • Y lo que señalas de las Cassard sin duda muy relevante pues dada su función muestran que los patrulleros Avante 2400 de la ANB, como las clase Padilla tienen una buena base de radar para proveer la info. necesaria a sistemas antiaéreos de medio-alcance y algo más., incluso ESSM con sus 50+ km de alcance. Es decir, ya tienen el componente más costoso  de lo necesario para ello, con el asunto claro que pesa restricción comercial para ANB. Pero sin duda si no exisitieran esas restricciones la Armada venezolana habría gestionado y ocupado ya la disposición para VLS en sus clase Guaiquerí.
  • jc65
    jc65Soldado
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    El camino natural es que, con el tiempo, todos los radares navales sean AESA,  Por la próxima década aun serán competitivos en relación beneficio/precio los radares de barrido mecánico en azimuth como el Smart S. En algún momento se producirán radares adaptados a las superficies del vehículo portante, como si fueran fundas de telas, sobre todo para aviones, se usaran inicialmente no 4, sino 6, 8  o mas facetas en los radares, arreglos cilíndricos y otros tipos de soluciones, pero por ahora el mercado no esta dispuesto a adquirir(pagar) los últimos avances de la tecnología, cuando aun la presente generación de radares no se ha amortizado.

    Sobre el NS-100 y su hermanos mayores el NS-200 y el Smile, serán el reemplazo del Smart S mk2, sobre todo para clientes mas exigentes, en la familia Thales. Se basan en tener la capacidad multibeam (fanbeam o stacked beam) que aplica el Smart en la vertical, en los dos planos, y con la opcion de escoger y/o intecalar entre ambos de acuerdo a la necesidad tactica. Despues posteo algo mas sobre esto.

    Sobre el eventual uso del ESSM, en conjunto al Smart, pues se suponen que son sistemas complementarios, la POLA Mexicana, aparentemente lo adoptara, y en Turquia se tiene previsto. Para el caso POVZEE y Padilla, requeriría cambiar/modificar el director de tiro Sting. 

    Para todos estos casos se debe estar consciente que solo se puede atacar un objetivo por vez/ por director de tiro, y de seguro sin aprovechar todo el potencial del misil en alcance y prestaciones. 


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