PARÂMETROS DE RADAR

Frequência

O fonte básica de radiação do radar é um transmissor de alta potência. Este são cavidades ressonantes de modo que sua frequência primaria é determinada pelo tamanho físico. Para uma dada fonte(geralmente um magnetrom ou klystrons), variações desprezíveis no centro da frequência ou operações em harmônicas é possível, mas estas variações reduzem a potência de saída do radar.

A frequência do radar(RF) é uma onda sinusóidal em cadeia gerada pelo transmissor no seu estado livre. Num pulso de radar, a saída é desligada/ligada para gerais séries de pulsos. Cada pulso na série tem uma RF do transmissor. Isto é, cada pulso no conjunto de onda de  uma frequência igual a do transmissor.

A seleção de uma frequência de operação é determinada pela janela de transmissão atmosférica e a função do radar. A frequência determina as dimensões ótimas da antena, estágios dos receptores de entrada, as conexões antena-transmissor-receptor e os níveis de potência de saída. Um radar normalmente deve operar na sua ressonância natural para obter a melhor performance. A agilidade de frequência de um radar opera na variação normal de modulação do transmissor ou ele varia as harmônicas. As duas técnicas precisam de tempo para serem efetuadas e degradam o desempenho do radar de modo que a agilidade de frequência pulso a pulso é mais teórica que prática. A agilidade de frequência é comumente creditada ao sistema de radar, mas normalmente significa que várias frequências estão disponíveis. Uma vez que o radar está rastreando, a frequência deve manter-se quase fixa.

Os radares ameaças podem ser caracterizados por suas frequências - geralmente alta frequência(2-40  GHz). Com o aperfeiçoamento do estado de arte dos radares, as frequências estão aumentando. Atualmente, um ESM/RWR precisa apenas atuar em frequências de 2-20 GHz.

Largura de Pulso

A resolução de alcance é na melhor das hipóteses metade da distância da que o pulso viaja num tempo igual a largura de pulso. Esta limitação é imposta pela natureza. O radar ameaça deve ser capaz de separar alvos múltiplos e interferências. Então, o radar ameaça pode ser caracterizado por larguras de pulsos curtos

O pulso move-se a cerca de 330m/microsegundos. A redução do tamanho das cabeças de guerra necessitam  larguras de pulsos mínimas. O estado da arte e razão de sinais-ruídos determinas a largura de pulso mínima. Um RWR precisa concentrar-se nas larguras de pulso na faixa de 0,1-1,0 microsegundos.

Radares que funcionam apenas na detecção inicial e localização de setor do alvo são chamados de alerta antecipados, busca ou radares de aquisição. Desde que a resolução de alcance não seja necessária( mas sim uma grande potência), a largura de pulso destes radares é muito longa. A análise teóricas ou pesquisas de campo suportam a generalização  que larguras de pulso maiores que 1,5ms não são de radares ameaça.

Desde que o radar ameaça precise estreitar a largura de feixe, muitos TTRs tem modos de aquisição de operação para localização(aquisição) inicial. Apesar destes modos poderem ter larguras de pulso e varreduras que violam as regras acima, eles não devem ser confundidos com um radar de aquisição real.

Frequência de Repetição de Pulso(FRP)

Um computador de radar determina o alvo pela medida do tempo decorrido entre a transmissão do pulso e o retorno do alvo. Para medidas de alcance, não pode ser recebido mais que um pulso do alvo para cada pulso transmitido pelo radar. Então, o alcance máximo necessário pelo radar determina a razão de pulso do radar. Dois colorários da condição de distância são:

1 - Radares de alto FRP são rastreadores de curto alcance;
2 - Armas de curto alcance tem radares de alto FRP.

Interferidores de distância de radar podem atuar facilmente ao  repetirem a interferência de dentro da aeronave. Para cada pulso recebido, o repetidor envia um ou mais pulsos que levam o computador de radar a calcular a distância incorreta. Desde que os pulsos do alvo tenham a mesma FRP dos pulsos transmitidos, o radar pode usar filtros de FRP para receber apenas naquela razão. Isto requer que o processador de sinal do repetidor de interferência avalie o FRP que chega para que sua razão seja usada.

Balanceamento

Vários medidas adaptativas podem ser assumidas pelo radar para diminuir sua suscetibilidade a CMEs. Uma que fará o trabalho do repetidor de interferência mais difícil é a incorporação de séries de pulsos calibrados. Contudo, as mesmas leis básicas da natureza se aplicam ao pulso exótico(o tempo entre um grupo de pulsos não pode ser menor que o alcance máximo do radar). O pulso balanceado(FRP) também melhora se associado a características como indicação de alvos móveis(MTI) pela redução do efeito de pontos cegos no radar.

Uma série de pulsos balanceados tem fundamentalmente um FRP básico com a mesma FRP enfatizado sobre si mesmo uma ou mais vezes. Cada nível de assinatura utiliza um tempo de partida diferente ou referência que evita a geração de pulsos concorrentes ou pulsos sombreados. O número de níveis é o número de vezes que o FRP/PPI(período inter-pulso) é integrado a série de pulsos.

Jitter

O trabalho do interferidor pode ser dificultado usando um PRI Jittered(nervoso). No modo Jitter, o tempo entre pulsos sucessivos, é permitido variar em uma tonalidade randômica de modo que uma série de intervalos determinados tão longos quando o as condições de alcance máximo permita.

Padrões de Balanceamento-Jitter

Até alcançar o alcance máximo permitido, um número infinito de padrões PRI pode ser gerado pelo balanceamento e Jitter. O PRI pode ser modulado por funções bem definidas: um PRI movendo-se muito devagar/diminuindo o FPR; uma diminuição de PRI em declive em intervalos com uma função de decrescimento cíclico; e uma variação de modulação de PRI a intervalos de modo sinusoidal ou triangular. Algumas combinações parecem ser projetadas para frustar processadores de análise digital.

Guiagem de Mísseis

Os mísseis guiados não são guiados após a passagem de um alvo, eles não perseguem ou seguem uma aeronave. Ao invés disso, o computador de controle de fogo prediz um ponto de interceptação numa parte futura da trilha de vôo do alvo pelos parâmetros do TTR e pelo envelope de manobras conhecidos do alvo e míssil. Os mísseis são como canhões que são disparados num ponto a frente(lead-angle). O míssil é acelerado(boosted) na fase inicial do seu vôo após o qual ele nunca acelera e apenas muda de direção para manter-se centrado no ponto de interceptação.

Comando de Guiagem

Para um míssil guiado interceptar um alvo, ele deve saber o tempo todo onde o ponto de interceptação está em relação ao próprio míssil. O método mais simples para o míssil é a separação do transmissor, localizado próximo do TTR, que envia códigos de comando de guiagem(para esquerda, para cima, etc) para o míssil. Assim ele funciona como uma aeromodelo radio controlado. Este método é barato e o sinal de guiagem quase imune a interferência desde que a antena e o receptor sejam direcionais, o que permite o comando por métodos manuais e rastreio ótico do alvo quando o radar de rastreio esta sendo interferido ou inoperante. Tem a séria desvantagem da necessidade do sitio de rastreio ter que manter o rastreio do míssil para gerar comandos de uplink(erros de correção).
Quando o míssil e o alvo se aproximam do ponto de interceptação o rastreador do míssil(MRT) deve apontar diretamente para o alvo e então é altamente susceptível a interferência. Uma segunda fraqueza deste sistema é que desde que o míssil nunca vê o alvo, alguma espoleta deve ser levado pelo míssil para reduzir erros de distância. Contudo, este sistema é vulnerável a CM de três formas: TTR, MTR e de espoleta.

Guiagem tipo Homing

É uma variação do comando de guiagem. O MTR é substituído por um potente radar iluminador de onda contínua(CW) que é pareado e direcionado pelo TTR. O míssil se guia no retorno Dooppler do alvo. Este método é vulnerável de três formas. A principal diferença é que como o comando de guiagem é transmitido. Desde que o radar iluminador CW não seja um MTR, a terminologia usada no RWR usa Radar de Guiagem de Míssil(Missile Guidance Radar - MGR) para designar todos os radares usados pelo RWR para determinar a identificação.

Guiagem Beam Rider

Um terceiro método de guiagem é o "beam rider" onde os mísseis SAM voam no feixe do TTR. Um computador de bordo mantém o míssil centrado no feixe do radar usando uma antena voltada para trás. Desde que o feixe de rastreio do alvo seja pequeno o suficiente para assegurar a acurácia do rastreio, a estação de terra normalmente usa um radar de baixa potência e feixe largo para "capturar" o míssil durante o estágio inicial do vôo e guiá-lo dentro do feixe de rastreio. Este sistema requer que o míssil esteja em giro constante enquanto segue o feixe de rastreio até o alvo. Esta manobras se tornam severas durante a fase terminal do vôo e podem exceder as limitações físicas do míssil, particularmente se o alvo "jinks"(manobra evasivamente). O feixe de captura é imune a interferência do alvo desde que o receptor e a antena do míssil estejam direcionadas para trás. Perdas de distância pode ser melhorada se o sistema tiver uma espoleta de proximidade. Esta abordagem simplifica a estação em terra ou mar ao descartar itens caros e tendo poucos pontos susceptíveis a interferência - o TTR e a espoleta de proximidade. A desvantagem mais séria dos sistemas beam rider é que o TTR deve estar ligado para guiagem do míssil, mesmo que o rastreio seja feito por outros meios.

Interferência de Espoleta

O comando de guiagem e o beam rider são susceptíveis a interferência de radar de rastreio e de espoleta. A espoleta mais simples é o radar de proximidade que envia um sinal de feixe alargado e mede a potência do eco do alvo. Para um dado tamanho do alvo e espoleta, a potência transmitida que retorna do alvo quando o míssil esta no raio letal da cabeça de guerra pode ser calculada. Ao usar um limiar de detecção no receptor da espoleta a cabeça de guerra é detonada quando o raio letal é atingido. Este sistema pode ser interferido ao fazer  o retorno do alvo maior do que o normal para a cabeça de guerra detonar prematuramente, fora do raio letal.

Na terminologia das contramedidas, a interferência de espoleta é uma "ação de ultimo recurso". Ela pode ser evitada nos dois sistemas de guiagem se o radar de rastreio puder ser vencido completamente ou degradado. A maioria dos sistemas CMEs são dedicados a radares de rastreio desde que alvos levando transmissores interferidores de espoleta possam agir como meio de acionamento de espoleta.

Correlação de Guiagem de Mísseis

Dos métodos de guiagem, o comando de guiagem é o mais encontrado. No caso de pulsos TTR ou MGR, deve-se notar que a sincronização de dois radares e a correção dos comandos do míssil precisa de alguma proximidade entre o PRF dos dois radares. Então, é possível no caso de sistemas de todos-pulsos determinarem se a TTR entrou no estado de lançamento de míssil(LM) ao testar a relação entre a série de pulsos TTR e MGR.

Para um RWR detectar o estado de lançamento de mísseis de um sistema de guiagem de mísseis, o iluminador de CW deve ser recebido. Esta detecção precisa de um se um receptor de entrada superheterodyne no RWR. Num sistema CW puro, a detecção de microonda do estado de lançamento de mísseis não é possível.

Determiando o LM de um sinal de espoleta de proximidade é questionável pois a potência da espoleta é muito baixa e nenhum alerta real será obtido. Uma espoleta de 100-200 watts, detectada de um míssil a Mach 2 a menos de 1km dará 1 ou 2 segundos de alerta, o que significa que a tripulação terá uma "morte tensa".

Uma das características mais útil do radar é sua habilidade de predizer continuamente a próxima localização do alvo a partir de uma informação recebida do alvo e se alinhar continuamente para apontar para a localização predita. Quando isto ocorre, o radar é dito estar "rastreando o alvo". Para fazer esta predição, o radar mede o retorno de potência do alvo de várias posições levemente balanceada do alvo além da que retorna diretamente do alvo. Feito isto, para rastrear o alvo, o radar deve olhar onde o alvo não está. Quando a energia de retorno se move numa destas localizações, o radar pode dizer que o alvo se moveu. O tempo decorrido entre a olhada diz ao radar o quanto rápido o alvo está se movendo. Este movimento dofeixe do radar ao redor do alvo é chamado "padrão de varredura" ou "varredura" do radar.

Tipos de Varredura

Varredura Cônica

Os sistemas de radares podem ser categorizados pelos seus padrões de varredura. O mais usado é a varredura cônica padrão Con Scan(varredura cônica). Neste método, o radar gira seu radar ao redor do circulo descrito pelo ponto de meia-potência do feixe quando o feixe é avistado no alvo. O feixe, quando recebido no alvo ou no radar,  terá uma forma de onda sinusoidal cuja amplitude é proporcinal a distância do alvo que está longo da vista. Ao monitorar a localização exata do feixe de varredura, a localização do alvo pode ser determinada pela localização da potência máxima recebida. Quanto mais acuradamente o radar rastreia o alvo, menor a amplitude da onda sinusoidal, na amplitude zero o radar esta diretamente sobre o alvo.

Sistema de varredura cônica precisam de um conjunto mínimo de hardware e então são geralmente usados em sistemas móveis e baratos como AAA e estações de SAM. Eles tem a série desvantagem de não serem capazes de ver o alvo fora do seu padrão de varredura estreita. Isto significa que não apenas é necessário um segundo radar para ajudar a encontrar o alvo(adquirir o alvo) mas também a aeronave rastreada pode facilmente escapar se consegue quebrar o rastreio pois o radar de varredura cônica não pode ver o alvo, exceto no modo de rastreio.

Rastreia-Eenquando-Varre(Track-While-Scan - TWS)

O problema de varredura cônica pode ser superada com os radares TWS. Eles varrem seus feixes sobre uma área relativamente grande. O computador do radar ainda mede a energia refletida como uma função da localização do feixe para fornecer rastreio mas a maior área varrida permite que o radar ainda veja o alvo mesmo se o rastreio é quebrado ou perdido. Contudo, esta grande área varrida faz o radar TWS altamente vulnerável a CMEs.

Radar TWS

Os radares TWS precisam de considerações especiais durante o projeto dos sistemas RWR. Desde que muitos receptores variam a banda de frequência, é possível que o receptor possa não estar "olhando" na banda de frequência TWS. A probabilidade desta perda de interceptação aumenta com a distância do TWS pois a área varrida tem divergência angular. Para superar este problema, o RWR deve ser programado para mostrar o TWS na sua primeira interceptação e deve ser programado para não apagar o símbolo do TWS até um certo número de interceptações perdidas. Destes dois fatores, a interceptação perdida é a mais preocupante para a aeronave desde que o símbolo tenha que permanecer no mostrador mesmo após o TWS ter parado o rastreio a muito tempo.

Varredura Monopulso

A varredura também pode ser feita pela pulsação sequencial de várias antenas secionais ou de uma grande antena como na figura abaixo. Enquanto esta técnica render altas taxas de varredura, é preciso um hardware adicional pode excluí-lo do cenário ameaça. É geralmente encontrado em sistemas navais.

Diagrama do radar de padrão der feixe monopulso. É usada no AIM-7M Sparrow.

Receptor de Padrão de Varredura

Alguns sistemas de radares não podem varrer seus feixes transmitidos e uma antena receptora varre uma seção angular enquanto o transmissor fica no alvo o tempo todo. Para o receptor do radar, o retorno do sinal tem a mesma forma sinusoidal de uma varredura normal, mas o RWR não mostra nenhum padrão de varredura. Esta falta de varredura pode ser usada pelo processador do RWR desde que caracterize certos tipos de radares. Contudo, desde que a perda de modulação na varredura cônica signifique que o radar esteja visando no alvo, a perda de varredura não identifica o tipo de radar.

SISTEMAS DE RECEPTORES DE ALERTA RADAR

Para identificar completamente um sinal eletromagnético num ponto remoto como sendo originário de um sistema radar em uma certa localização, são necessários setes parâmetros:

1 - Frequência
2 - Largura de pulso
3 - Padrões de FRP
4 - Guiagem de Mísseis
5 - Padrão de varredura
6 - Densidade de potência(potência transmitida e largura de feixe)
7 - Ângulo de chegada(AOA)

Estas "assinaturas" identificam e localizam os sistemas onde foram geradas. Desde que os parâmetros de todos os sistemas de radar sejam bem conhecidos, um receptor digital de alerta radar identifica um radar particular ao armazenar suas assinaturas conhecidas na forma digital num banco de memória para comparação com o sinal recebido. Esta é a função do processador de sinais para receber sinais desconhecidos, digitaliza-los em formato de palavras e apresentá-lo as palavras identificadoras armazenadas na memória para compatibilização. Quando uma compatibilidade é encontrada, o processador mostram um alerta alfanumérico da localização e situação da ameaça.

O sistema pode ser simplificado para mostrar apenas a banda do radar ameaça e a largura de pulso como sendo curta/longa. As ambiguidades podem ser resolvidas ao correlacionar o sinal de guiagem do míssil com o radar de controle de fogo. O padrão de varredura pode ser incluído por identificar certos tipos de radares de AAA. A azimute pode ser obtida para localização e a distância pelo nível de energia recebida. Se a capacidade da arma associada ao sistema de radar for conhecido ela pode ser adicionada ao mostrador. Quando a identificação esta completa ela é mostrada com simbologia apropriada num indicador de azimute. Um alerta de áudio pode ser incluído e varia de acordo com a ameaça. O resultado final e sequência de dados mostrados poderia ter a sequência:

Banda de frequência/ Largura de pulso / padrão de FRP / Correlação com guiagem de míssil / padrão de varredura / Azimute / potência/  letalidade.

Os primeiros RWR eram direcionados para a ameaça e mostravam poucos dados, mas para exemplificar sua importância, no início da Guerra do Vietnã os primeiros ataques do SA-2 tinham 50% de eficácia. O uso de RWR e aeronaves Wild Weasel baixou a taxa para 3%.
 

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