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Comprendiendo al: Radar SMART S mk2

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Comentarios

  • cesar
    cesarEMC Técnico de Quinto Grado
    EMC Técnico de Quinto Grado
    Editado Fri, 28 December 2018 #42
    jc65 escribió:
    Volviendo al hilo, he quedado con la disyuntiva de desglosar los componentes y funcionamiento del Radar Smart S mk2, que de ahora en adelante en este hilo llamare RSS2, o seguir con el tema de su uso dentro de un sistema de defensa anti-aérea...
    Escucho sugerencias.

    A mí me gustaría mucho que nos cuentes tu opinión acerca de cuándo los Tu-160 pasaron por el caribe colombiano hacia Managua, y fueron detectados por el RSS2 de alguna de las Padilla. Así mismo me gustaría saber qué capacidades tienen a la hora de detectar pequeños objetos en la superficie del mar como periscopios, pequeños botes o incluso hasta buzos.
  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Saludos.
    al que este interesado en aprender algo sobre física cuántica y algo mas, en forma amena y sencilla, le recomiendo este canal:
    https://www.youtube.com/user/QuantumFracture

    A @cesar , El Tu-160 no presenta características stealth ni nada parecido, es muy vulnerable a ser detectado cuando esta en vuelo de crucero a gran altura. Sobre el caso opino que los Rusos no pretendieron ocultar su presencia de forma alguna, no se por cual motivo.

    El alcance máximo del RSS2 es de 250 Km contra ese tipo de avión, así que de seguro fue detectado tanto por una o mas Padilla y también por radares TPS-70/78 de estar encendidos.

    Allí es donde cobra importancia la tecnología de transmisores de estado solido del RSS2 (y del TPS-78) que pueden estar encendidos por largos periodos de tiempo, mucho mas que anteriores radares, que debían "racionar" su uso, debido al desgaste y propensión a fallas de sus componentes de NO estado solido.

    Sobre su capacidad de detección de pequeños y lentos objetos en la superficie del agua, definitivamente no es su fuerte, a pesar de disponer de canales dedicados a la vigilancia de superficie, los radares especializados en ello son mas efectivos en esa misión, como es el caso del Scanter 2001 en las Padilla o el Thales Scout mk2 de las Guaiqueri.

    Mas sobre el tema se discutio hace tiempo en el hilo de las FS-1500:
     https://americamilitar.com/discussion/comment/77272#Comment_77272

  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Para facilidad del lector copio y pego aqui lo que expuse en ese hilo:

    "...sobre el asunto que quedó pendiente de argumentar sobre porque radares muy capaces de detectar pequeños objetos en mar picado (ej. la flia. scanter), no pueden hacer lo mismo con misiles rozaolas, paso a explicar algo sobre los diferentes filtros que se usan en la recepción de un radar (si es off-topic, ruego lo ubiquen en el hilo que corresponda)

    Pienso que aquí todos tenemos una idea de como funcionan los radares, Se emite una señal, esta viaja hasta un objeto, rebota en él y una pequeña fracción de esa energía reflejada regresa a la antena del radar, se mide el tiempo transcurrido y esto da la distancia a dicho objeto. 

    pero así como llega la señal reflejada, llegan muchas otras señales, así que debemos filtrar lo que llega para obtener una información válida,

    El Primer Filtro, es la propia antena del radar, que apunta en una dirección determinada, captando toda señal que venga de esa dirección, pero rechazando las que vengan de otras direcciones.

    El segundo Filtro, es el de frecuencia, en electrónica se denomina pasa-banda, es decir si mi radar opera en la frecuencia 9,5 GHz, sintonizaré mi filtro para amplificar los ecos en 9.5 Ghz, pero rechace cualquier otra frecuencia. Eso mismo hacemos a diario cuando escuchamos radio, sintonizamos nuestro filtro pasabanda para amplificar la señal de nuestra emisora preferida y rechazar las demás.

    Hasta aquí todo bien si apuntamos nuestro radar hacia el espacio vacío, la señal se emitirá y no retornará hasta que choque con un objeto como un avión o similar. Pero que sucede si apuntamos nuestro radar hacia la superficie (mar o tierra). ????  

    La señal rebotará tanto en nuestro objetivo (avión, misil, etc.) como en el agua, tierra, montañas, etc. y se llenará nuestra pantalla de puntos o ecos, haciendo imposible distinguir que es que.

    Pero sucede que algunos objetos reflejarán mejor la señal que otros, haciendo que su eco sea mas fuerte, en general objetos metálicos reflejaran mejor que las masas terrestres, y estas que el mar. Aqui introducimos un

    Tercer filtro, de magnitud o intensidad, esto es si el eco recibido es fuerte lo amplifico, si es débil lo rechazo, y establezco un UMBRAL de sensibilidad, de manera que en la pantalla solo aparezcan las cosas de interés. En radares modernos este umbral puede variarse para mostrar mas o menos objetos en pantalla. Si es poco sensible los objetos de bajo RCS no se mostrarán, pero si aumentamos la sensibilidad si se mostrarán, pero también se mostrarán los ecos indeseados del mar o la tierra.

    Como se ve hay un dilema y problema cuando un objeto tiene un RCS parecido al de su entorno, y ese es precisamente el caso de un rozaolas de unos 0.5 mt2 de RCS.

    Para poder detectar ese tipo de objetivos, pero rechazar los ecos del mar, recurrimos a un 

    Cuarto Filtro, Doppler o de corrimiento de frecuencia. 

    Este se basa en el efecto doppler, el cual nos dice que la frecuencia de rebote variará en función de la velocidad a la que se mueva el objeto, esto es si se esta acercando la frecuencia será levemente mayor, y si se aleja será levemente inferior.

    Luego la frecuencia que recibimos en nuestro radar, proveniente de un misil aproximándose a gran velocidad no será de 9.5 Ghz (de nuestro ejemplo) si no 9.55 o  9.60 Ghz, es decir ligeramente superior. Luego lo que debemos hacer es afinar y correr nuestro filtro pasabanda para que rechace todo eco que no sea de 9.55 a 9.60 Ghz, y amplifique solo los que estén en ese rango.

    Al hacer esto , podremos aumentar la potencia de nuestro radar, poner nuestro UMBRAL del filtro anterior en la mayor sensibilidad posible y aun así mantener nuestra pantalla libre de los retornos de las olas. Solo así podremos detectar a grandes distancias misiles rozaolas. Peeeeero habremos perdido la capacidad de detectar objetos estáticos o de movimiento lento (como botes), pues su eco estará en 9.5Ghz.

    Como se ve, si deseo detectar misiles rozaolas debo olvidarme de detectar botes de contrabandistas, y si voy a detectar botes de contrabandistas debo olvidarme de detectar misiles rozaolas.

    En otras palabras, cada radar se especializa en una función, y mientras mas especializado en algo, menos capacidad en otros funciones tendrá. Por supuesto radares modernos y costosos como el Smart S, tienen canales de superficie (con un tipo de filtro) y canales de detección aérea ( con otro tipo de filtro) que pueden trabajar simultaneamente, y de allí su alto costo.

    Esta es una explicación simplificada, pero espero que haya sido útil.

    La idea que planteas es la correcta, y en particular algunos radares navales tienen una cualidad denominada CFAR, o constant false alarm rate, que no es mas que vigilar constantemente el nivel de retorno del mar circundante para así ajustar el Umbral de sensibilidad. Para ello recurre a algoritmos estadísticos y clasificación de mar circundante por sectores. Hay que recordar que el retorno radar del mar variará en función del viento, mareas, e incluso nivel de salinidad y contaminación.

    Algunos radares se "sintonizan" o especializan en la detección de manchas de petróleo basado en ese fenómeno

    Las estrategias para detectar botes de bajo RCS en mar picado se basan en afinar la resolución en azimuth, y para ello se usan antenas de gran ganancia, que generan lóbulos principales muy estrechos como de 1/2 grado, dividir el mar en pequeñas "celdas", y comparar el retorno de cada una respecto a las circundantes.

    Existen otros tipos de filtros, con otros objetivos, por ejemplo para evitar jamming o interferencias no naturales, se puede codificar la señal emitida, y el retorno si es válido debería contener esa misma codificación, si no la tiene es porque es un intento de interferencia."

  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Editado Tue, 1 January 2019 #45
    En todo caso el RSS2 si tiene capacidad de detectar botes en el agua, pero periscopios y buzos, hmmm, lo dudo mucho.

    Los nuevos radares de Thales, sustitutos del RSS2, como el NS-100, mejoran enormemente estas características gracias al aumento del DWELL TIME, esto es el tiempo que dedica a permanecer el haz "iluminando" cierto sector, durante cada rotación. Así intercalan el tiempo que dedican a vigilancia aérea y de superficie de la forma mas optimizada posible a la situación táctica que enfrenten.

    PD: Modificacion de prueba al post para desenmascarar a un falsificador (disculpen el OT)
    Editado por jc65 on
  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Editado Sat, 29 December 2018 #46
    Ampliando lo anterior:
    Mientras que el RSS2, actúa en su parte de recepción como si fueran 12 pequeños radares con haces amontonados uno sobre el otro en la vertical:


    La nueva generación de radares Thales, AESA-Multibeam, puede distribuir esos haces en la vertical, la horizontal, o en combinaciones mas útiles como de digamos 3 x 4 (HxV):



    Dedicándole mas "tiempo de radar" a las zonas de mas interés, de acuerdo a la situación que se enfrente.

    Por cierto, dentro de esta filosofía, en la que están desde hace años, la serie NS-100/200 y el Smart L EWC. Recientemente se le agrega un nuevo miembro, el NS-50. Misma tecnología pero mas compacto y menos potente:

  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Sigo...
    Al tener varios lóbulos o haces seguidos en la horizontal, no solo se aumenta el dwell time, si no que por ser trenes de pulsos independientes, se pueden confirmar trazas y luego arrancar el TWS en la misma primera rotación del radar. Eso reduce enormemente el tiempo de reacción ante amenazas.

    Esa idea en realidad no es nueva, por ejemplo el spq-9b

    usa tres lóbulos independientes en la horizontal para detectar misiles rozaolas apenas se asoman en el horizonte.

    Otros radares como el Terma scanter 2001 (Padilla) , usan 2 lóbulos horizontales, aunque en ese caso para otro objetivo: La detección de pequeños objetos en el agua. Este radar usa magnetron, por lo que su señal es NO coherente, lo que lo imposibilita a usar el efecto doppler para detección de roza olas. Tambien su antena es de tipo slotted por lo que su ancho de banda es restringido. Pero a veces, lo que pudieran parecer debilidades se convierten en fortalezas:


    Ese tipo de antena tiene un defecto llamado squint (estrabismo), que se produce al usar una frecuencia que no es la de diseño, y es que dirige el lóbulo en forma desviada, como la mirada de un bizco. Este defecto se aprovecha para generar 2 haces horizontales consecutivos e independientes, uno en la frecuencia de diseño, y el otro en una cercana, pero lo suficientemente alejada para producir un squint de 1 o 2 grados.


     

  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Saludos.
    Para revivir el hilo y de paso darle descanso a la cabeza sobre los acontecimientos en Venezuela, trato el tema de la capacidad de detección del RSS2 ante amenazas "roza-olas":

    Como ya se indico, el fabricante asegura que este radar puede detectar "pequeños misiles" a 50 Kms de distancia, esto obviamente bajo circunstancias ideales, que nada tienen que ver con el caso roza-olas.

    Para hacerlo, y de paso polemizar algo el tema, lo expondré de la siguiente manera: A que distancia podría una Padilla, dirigir su armamento actual o futuro, contra una amenaza de este tipo?...

    Por el comentario del fabricante debemos entender que la potencia del radar junto a su sensibilidad no son el "cuello de botella" a la hora de enfrentar esta amenaza, quedándonos como limitantes el llamado RADAR-HORIZONTE, la velocidad de refrescamiento del radar y las características de vuelo del misil como principales datos a estudiar...

  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Editado Sun, 3 February 2019 #49
    El problema del radar-horizonte: La ondas radioeléctricas, y en particular las microondas del radar viajen normalmente en linea recta, y solo bajo ciertas condiciones suelen curvarse en cierto grado. Y puesto que la tierra es esférica, cuando dirigimos la mirada hacia el horizonte, lo que podemos ver (en linea recta) esta limitado.



    No importa que tan potente y/o sofisticado sea nuestro radar, esta limitante estará presente. Pero esa distancia, cuanto sera? Pues el calculo es matemática sencilla, pero ya existen muchas calculadoras en linea que nos facilitan, mas aun, el resultado, que dependerá de la altura a que este la antena de nuestro radar, y la altura del objetivo a detectar, una de estas aquí:

    http://members.home.nl/7seas/radcalc.htm

    Se introducen los valores de altura de ambos puntos y se obtienen 2 resultados, el horizonte visual, el cual es el que matemáticamente obtenemos en base al radio terrestre, y el horizonte radar, el cual toma en cuenta ese pequeño doblez que pueden tener las microondas bajo ciertas condiciones atmosféricas que llamaremos "standart", y que es ligeramente superior al visual.

    Si se quiere tener un valor de seguridad, se debe tomar en cuenta el horizonte visual, si se es optimista el valor a leer seria el "radar".  Para operaciones en el Caribe, donde las condiciones atmosféricas no suelen favorecer ese "doblez", un valor intermedio entre ambas lecturas seria lo mas realista.

    Aqui se muestra en rojo y azul oscuro la mayor probabilidad de ocurrencia de condiciones atmosfericas que propician el "doblez" mencionado de las microondas. En verde y azul claro, las de menor ocurrencia 
  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Editado Sun, 3 February 2019 #50
    Vamos ahora con el ejemplo especifico de las "Padilla":
    Segun esta imagen shipbucket de @Enrique el RSS2 se ubica a unos 17 mts de altura

    Y si consideramos que el misil roza-olas se encuentra en una fase de crucero, a unos 4 mts de altura, obtenemos HV=21.9 Kms y uno HR=25.3 Kms, bajo el razonamiento antes descrito, una distancia de 23.6 Kms seria razonable de predecir.

    Invito a los foristas a discutir sobre estos numeros, y propongan sus propias estimaciones  

    Después de algún comentario, proseguiré con los otros factores que limitan, aun mas, la probabilidad de detección e implementacion de acciones  defensivas-

  • Jimmy_S
    Jimmy_SForista Técnico de Quinto Grado
    Forista Técnico de Quinto Grado
    Velocidad promedio del roza-olas? Porque se entendería que no habría tiempo 26 kms +/_ para tratar de tumbar el misil, por otro lado habría posibilidad de defensa o alistamiento del buque ante un eventual impacto para poder o minimizar daños o tratar de interceptarlo previendo la zona o punto de ataque desde el cual fue lanzado?
    Posiblemente detectando con anterioridad el vector de lanzamiento???
  • AndresK
    AndresKForista Subteniente
    Forista Subteniente
    No, Jimmy. Tiempo para tumbar el misil entrante hay, sobrado. El problema es cuando haya ataque de saturación, ya que habría tiempo para derribar el primero, pero tal vez no lo haya para un segundo o incluso un tercero.
    Siendo muy optimista, una FS-1500 podría derribar dos misiles en curso de impacto, pero un tercero ni de fundas, a no ser que el del Breda de 40mm tenga una precisión bestial o del Simbad le dé a la primera...
  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Bien, continuemos, estableciendo las condiciones del ejemplo.
    - Mar Caribe, con poca refracción atmosférica típica.
    - Como la idea en el hilo es evaluar el RSS2, se tomara en cuenta solo a este sensor, obviándose el sistema ESM, y otras posibles fuentes de información externas.
    - La fragata se encuentra en estado de alerta antiaérea, por lo cual el radar esta en modo de rotación rápida, es decir de 27 rpm, con cobertura desde los 70° hasta por debajo del horizonte:

    En este modo se dedica menos energía del radar al sector cercano al horizonte, pero la tasa de escaneo es mayor.
    - Estado del mar 4, es decir "mar moderado" con olas de entre 1.25 y 2.5 mts.
    A mayor altura de olas, mayor el clutter o interferencia sobre el radar, cosa mala para la fragata, pero el misil debe ajustarse para volar mas alto, cosa mala para el atacante.
    - A falta de sugerencias, selecciono el(los) misil(es) Otomat, cuya velocidad es sub-sonica muy alta 310 mts/s (Comparese con el harpoon 240 mts/s o el Brahmos +800 mts/s). El perfil de vuelo del Otomat es de vuelo de crucero ajustable de acuerdo a la condición del mar(unos 4 mts para edo. 4) y unos 10 Km antes de la supuesta posición del objetivo asciende para comenzar la búsqueda con su radar, luego de lo cual desciende sin perder el enganche hasta unos 3 mts de altura.
  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Tambien de recordar, es que las capacidades de deteccion de radar se deben expresar como funciones probabilisticas, es decir nunca habrá una certeza total, solo cierta probabilidad.

    Como vimos en un post anterior, la distancia máxima de detección para este objetivo sera de unos 23.6 Kms., momento en el cual se asoma el misil desde abajo del horizonte. Pero como el radar esta en rotación, y apunta en cada dirección cada 2.22 seg, es sensato tomar ese tiempo como el primer "vistazo" al misil. Y dada su poca altura, el clutter reducirá las probabilidades de detección a menos 95% por escaneo.

    Ya se podrán dirigir armas hacia dicho misil?, aun no pues como función estadística, se necesitan mas de una muestra, y el radar a sabe que hay algo muy rápido en cierto sector del cielo, pero si marcara toda detección como una "traza valida", pronto se saturaría de objetivos en seguimiento. 

    2.22 segundos después, vuelve a escanear el mismo sector del cielo, y si y solo si se repite la detección, le asigna una identificación, y determina su azimuth, rango, altura y velocidad radial. Datos aun insuficientes para evaluar su peligrosidad.

    Otros 2.22 segundos mas, suponiendo que vuelve a efectuar la detección, repite las medidas anteriores, y ahora si tiene 2 puntos entre los cuales trazar una recta que sera la primera muestra histórica del rumbo y velocidad real de la amenaza. Esta se puede extrapolar y así evaluar la peligrosidad de la amenaza.

    Note el énfasis en el SI SE EFECTUA  LA DETECCION en cada escaneo, y es que si el objetivo se desvanece, bien porque se esconde tras una ola alta, da un perfil de bajo RCS, coincide con una zona ciega del haz de mico-ondas, o cualquier otra circunstancia, que esta englobada en ese 5% que le faltaba a la probabilidad mencionada del 95%.  NO se iniciara el seguimiento de la traza (TWS) y el proceso se debe reiniciar!  

    Aquí las estadísticas atentan contra la fragata pues se deben tomar en cuenta 3 detecciones a 95% c/u, es decir (P=0.95x0.95x0.95=0.86 ) se lograra iniciar el proceso de TWS solo en el 86% de las veces !!!

    Para asegurarse mas del 93% de éxito es conveniente tomar 5 o 6 escaneos, lo que en tiempo representan unos (2.22x6=13.2 seg), tiempo en el cual el misil se ha desplazado unos (13.2x310) unos 4 KM....  

  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Es razonable, entonces asumir 19.6 Kms como la distancia a la cual se comenzaran a tomar acciones defensivas, que van desde las maniobras en el buque hasta accionamiento de misiles y cañones, pasando por ECMs.

    El Otomat, necesitara de 63 segundos de vuelo para cubrir esas distancia.

    De haber sido un misil supersonico tipo Brahmos, la distancia de inicio del TWS hubiese sido de solo 10.6 KMs !, y a partir de allo al misil solo le habria tomado poco mas de 13 segundos para llegar hasta el buque.

    Todo esto hablando de un solo misil, si se usan 2 o mas , el escenario se complica bastante.
  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Recordemos que el análisis hecho aquí es sobre las capacidades del RSS2, en la realidad otras variables actuarían, y entre la detección y el uso de armas, habrían pasos intermedios, entre los cuales podría estar la decision humana, todos los cuales requieren de cierto tiempo de reacción.

    Pasemos ahora al caso de 2 o mas misiles. Aquí se pueden plantear 2 casos diferentes:

    1- Los misiles convergen al blanco desde diferentes direcciones.
    Desde el punto de vista del radar, seria relativamente fácil la detección en "simultaneo" de los mismos dada su gran capacidad de llevar blancos en su memoria. La mayor complicación estaría en la asignación de cual es la amenaza de mayor peligro para el buque, pues pudiese darse el caso que esta se alterne entre los blancos en periodos relativamente cortos de tiempo.
    Es de suponer que a dicha amenaza se le asignara el seguimiento via el radar de tiro (sting mk2).

    Es obvio que este caso es el mas complicado para el sistema de armas, si se disponen de limitados canales de control de tiro.

    2- Los misiles convergen desde una misma dirección (y poca distancia entres si) 
    Este caso es bastante mas complicado para el radar, pues pueden confundirse como una sola traza, y luego al acercarse, y poder distinguir que hay varios blancos, iniciar nuevos seguimientos en forma bastante tardía....
  • jc65
    jc65Colaborador Soldado
    Colaborador Soldado
    Aquí el parámetro clave en el radar es su RESOLUCIÓN (resolution), es decir su capacidad de distinguir entre 2 señales o ecos diferentes. Y que no debe confundirse con la PRECISION (accuracy), o error esperado entre la medición y la realidad, lo cual es el dato que mas frecuentemente se expresa en las hojas de datos:

    http://www.thales7seas.com/html5/products/256/Thales_-_Datasheet_SMART-S_Mk2_DS116_10_10_H_nw_stijl_HR.pdf

    Segun Thales la precision del RSS2 se resume asi:
    En elevacion < 10 mrad
    En la horizontal < 5 mrad
    En rango < 20 mts

    Pero cual es su Resolución????

    Esperare por algún comentario, a ver si hay interés en ahondar en este tema.

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