A parte mais crítica de um sistema de guerra antiaérea (AAW) naval é conter ataques de saturação. Estes ataques incluem aeronaves e mísseis antinavio vindo de varias direções coordenadamente, para vencer as defesas. O engajamento de cada alvo pelos sistema AAW requer acompanhamento preciso para que o sistema de controle de tiro seja suprido com informações adequadas.
As antenas convencionais de radar fazem este acompanhamento relacionando os ecos sucessivos de cada alvo. Esta informação é feita no modo TWS "track-while-scan" e é feita com quantos alvos o computador do sistema permitir. Quanto maior a razão de varredura do radar, maior a quantidade de informação do alvo. A razão de dados é proporcional a rotação da antena.
A qualidade dos dados necessária passa a ser alta e necessitando de uma rotação muito alta. Alvos em alta velocidade e alta agilidade passam a ser praticamente impossíveis de engajar. Para alvos a longa distância, a energia refletida deve ser grande e para isto a rotação deve ser mais lenta. Aumentando a rotação o alcance diminui. Não é possível compatibilizar longo alcance e boa capacidade de controle de tiro com antena giratória.
A resposta é usar antenas separadas para cada função. Os radares de vigilância fazem detecção de longo alcance e passa os dados para o radar de acompanhamento para rastreio de alta qualidade e operação de controle de tiro (iluminação de alvo). Esta solução é adequada para cenário com alvo único ou poucos alvos e inadequado para cenário de saturação. A capacidade multialvo é igual ao námero de radares de iluminação e geralmente instalados em pequeno numero (2 por escolta leve e 4 para escoltas pesados).
Um novo sistema para operar num cenário de saturação obviamente não poderia ser giratório. Para se ter um grande razão de dados o feixe de radar deve mudar de alvos quase instantaneamente o que é impossível para antena mecânica. Isto seria possível se a antena fosse apontada eletronicamente com vários transmissores independentes.
O principio físico dos radares de varredura eletrônica é relativamente simples. Primeiro temos uma antena plana composta de transmissores regularmente espaçados (phased array ou arranjo em fase), todos emitindo o mesmo sinal. O padrão de cada sinal é sinusoidal com amplitude máxima e única. A interferência entre eles pode ser grande e isto é intencional e aceito.
Com a interferência construtiva a energia eletromagnética é máxima quando estão em fase. A região onde forma esta fase pode ser usada para formar um plano dimensional virtual. O vetor do lóbulo principal do pulso transmitido é sempre perpendicular ao plano do campo eletromagnético gerado pelo transmissor.
Quando todos os transmissores estão na mesma fase (como na antena mecânica), o plano do campo eletromagnético é paralelo ao da antena, e o lóbulo principal será apontado direto para frente. Mudando a ordem de transmissão, ou alterando a fase, com um pulso logo a frente e outros mais para atras, o plano eletromagnético gira e o lobo principal é apontado para outra direção. Por ser feito eletronicamente, o giro é praticamente instantâneo.
Princípio de funcionamento dos radares de arranjo em fase.
As antenas de radar mecânicas usam este princípio com varias guias de ondas, cada uma como elemento transmissor independente. Mudando a fase é possível alterar a direção vertical para obter dados de altitude, mas a varredura horizontal depende da rotação da antena. Um exemplo é o APY-1/3 do E-3 Sentry e a maioria dos radares 3D da US Navy como o SPS-48. Esta mediada é um passo provisório devido ao alto custo e tecnologia imatura. Com a diminuição dos custos passou a ser mais viável o uso de múltiplos elementos para varredura horizontal e vertical.
A capacidade de obter uma grande razão de dados de um grande número de alvos a grande distância não é a única vantagem das antenas de varredura eletrônica. Devido a mudança do feixe quase instantâneo, um único radar pode fazer vários funções simultaneamente. Por exemplo, vigilância de logo alcance, acompanhamento de alvos suspeitos com baixa razão de acompanhamento, acompanhamento de alvos inimigos com alta razão de dados e iluminação de alvos. Estas funções precisariam de uma cooperação sem falha de vários radares de varredura mecânica. O resultado pode ser a diminuição do número de sensores.
Durante a detecção de um alvo em potencial, um radar de varredura mecânica espera alguns retornos para correlacionar, pelo menos dois, e extrair o curso e velocidade, para reiniciar um novo processo de acompanhamento.
Dependendo da razão de atualização, é gasto tempo valoroso na detecção de alvos inimigos. Se o alvo consegue negar algumas varreduras durante o acompanhamento, como baixar no horizonte ou obstáculos, o acompanhamento terá que ser reiniciado com novos atrasos.
Alguns radares tem memória de acompanhamento para diminuir este problemas, e se perdem o acompanhamento, eles mantém a busca na direção esperado para tentar readquirir o alvo, mas só funciona por pouco tempo. Realizando mascaramento do terreno, interferência ou "beaming", os alvos inimigos passam a ter boa chance de se aproximarem sem serem acompanhados e engajados.
Os radares de varredura eletrônica podem iniciar o acompanhamento imediatamente com a detecção do alvo por reposicionarem o feixe de radar imediatamente ao invés de esperar uma varredura. Apesar de também poderem ser atrapalhados pelas mesmas técnicas de quebra de acompanhamento, eles podem conter mais facilmente. Por exemplo, para o feixe principal pode ser instruído para aumentar seu tempo varrendo o ponto onde a ameaça foi detectada, diminuindo tempo de varredura de outros alvo menos ameaçadores, para o caso dele reaparecer e ser rapidamente detectado.
Os radares convencionais criam lóbulos secundários além do lobulo principal. Estes lobulos são altamente indesejáveis por serem úteis para o reconhecimento eletrônico inimigo e fonte de vulnerabilidade de interferência. Os radares de varredura eletrônica produzem pequenos lóbulos laterais e são menos vulneráveis de explorar.
Antenas convencionais são vulneráveis a vibração e difíceis de manter e operar. Os radares de varredura eletrônica tem poucas partes moveis e não vibram. São mais fáceis de estabilizar em relação ao movimento do navio. As antenas convencionais tem mecanismos complicados de estabilização que são difíceis de manter.
Os radares convencionais tem várias fontes de falha. Se o servo motor da antena falha o radar pára. Se o estabilizador falha, a unidade de acompanhamento é degradada. Se a antena tem falhas na forma deixa de ter utilidade. Os radares de varredura eletrônica falham, mas tem construção modular e podem falhar em alguns módulos sem problemas, mesmo por fragmentos de um míssil anti-radar, mas continua com capacidade reduzida.
As antenas de varredura mecânica são projetadas com um conjunto de requerimentos operacionais que direcionam especificações técnicas. O radar irá transmitir um pulso com certa energia e frequência, um certo PRF e com um feixe de certa largura. O tamanho e forma da antena depende deste requerimentos e irá girar a certa velocidade. O hardware terá que ser alterado se o adversário usar uma nova técnica de interferência ou o retorno da costa ou mar for maior que o esperado, ou a razão de dados for maior que o necessário, ou se o uso operacional mostrar que estas especificações são inadequadas.
Os radares de varredura eletrônica tem limitações físicas como potência de transmissão, cobertura de varredura mas são bem mais flexíveis nos limites operacionais. Suas características técnicas são direcionadas por software e o hardware pode ser modificado para se ajustar ao ambiente. Um sistema controlado por software também aumenta a flexibilidade tática do seu emprego operacional. O feixe pode ser alterado no campo para se adaptar a situação tática ao invés de considerar os dados de inteligência.
Antenas formadas com vários módulos transmissores em um único receptor são chamados Passive Electronic-scan Arrays. O próximo passo são módulos transmissões/receptores (TRM) e chamados Active Electronic-scan Arrays (AESA). Os radares AESA precisam de muito mais integração de eletrônicos e é mais cara de desenvolver.
O beneficio claramente justifica os custos e complexidade. Ao invés de formar um único feixe e apontá-lo, a presença de vários TRM permite formar vários feixes independentes e cada um com uma tarefa. Ao invés de ter um único feixe com tarefas divididas no tempo como vigilância, acompanhamento, controle de tiro etc, e pular de um alvo para outro, é possível considerar um feixe constante para cada alvo e outras tarefas sendo realizadas por outros feixes. Esta capacidade multifuncional abre outra capacidades como transmitir dois sinais ou mais complemente diferentes e usar como interferidor potente. Um radar AESA usam menos potência e cada TRM tem pequeno pulso eletromagnético com os feixes sendo formados com a intercessão dos pulso.
Outras vantagens agora mais bem entendidas são a redundância, resiste mais a danos de batalha, tem menos peças de reposição, baixo custo dos TRM e custo ciclo de vida. Os radares convencionais tem limitação de potência, e o TRM não e podem se múltiplos. A baixa voltagem também torna mais seguro para manter. Os custos chegam a metade de um radar convencional com menos tripulação e menos tamanho para economia.
Capacidades de um radar naval multifuncional com tecnologia de arranjo em fase.
O princípio dos radares de arranjo em fase (phased arrays) está em uso desde a Segunda Guerra Mundial. Os maiores avanços na teoria e tecnologia foram conseguidos nas décadas de 50 e 60. O uso operacional ocorreu na década de 60 e 70. Isto ocorreu devido a tecnologia de controladores de fase computação para controle.
Embora a maioria dos radares de arranjo em fase tenha a aparência do SPY-1, nem todos são assim. Outros exemplos são os radares de alerta de mísseis americanos com tamanho de prédio de 10 andares, ou radares OTH como o Jindalle australiano e o RIAS francês este último com antena circular omnidirecional.
As antenas de arranjo em
fase também tem outras aplicações como equipar
caças, radares de busca em terra, comunicações
por satélite e interferência eletrônica. Em 2003 a
QinetQ
britânica iniciou o teste de radares de arranjo em fase em
mísseis
para melhorar a capacidade de contra contramedidas eletrônicas
(ECCM).
Próxima Parte: AEGIS
2004
©Sistemas de Armas
Site
criado e mantido por Fábio Castro
| Opinião |
Fórum - Dê a sua
opinião sobre os assuntos mostrados no Sistemas de Armas
Assine a lista para receber informações sobre
atualizações e participar das discussões enviando
um email
em branco para sistemasarmas-subscribe@yahoogrupos.com.br