Ηλεκτρονική Υποστήριξη (Electronic Support – ES), Μέρος Α’

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Από το βιβλίο «Συστήματα Ραντάρ και Ηλεκτρονικού Πολέμου»

Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2018

ISBN 9789604911196

Εισαγωγή – Γενικά

Η ηλεκτρονική υποστήριξη ES (Electronic Support), γνωστή από παλαιότερα και ως μέτρα ηλεκτρονικής υποστήριξης ESM  ή ηλεκτρονικά μέτρα υποστήριξης ESM (Electronic Support Measures) αποτελεί πολύ βασικό τομέα του ηλεκτρονικού πολέμου. Παραδοσιακά, περιλαμβάνει παθητικά συστήματα, δραστηριότητες και διαδικασίες έρευνας / επιτήρησης, υποκλοπής, αναγνώρισης και εντοπισμού των εκπομπών του αντιπάλου (ραντάρ, επικοινωνιών, laser, υπέρυθρης ακτινοβολίας, κτλ), καθώς επίσης καταγραφής, ανάλυσης και ταξινόμησης των βασικών παραμέτρων αυτών. Στην περίπτωση των ραντάρ, οι πρωτεύουσες παράμετροι είναι η συχνότητα εκπομπής (RF), το εύρος (διάρκεια) παλμού PW, η συχνότητα επανάληψης παλμών PRF, ο ρυθμός περιστροφής της κεραίας και ο τύπος σάρωσης, ενώ οι δευτερεύουσες παράμετροι είναι ευελιξία συχνότητας (frequency agility), PRF agility, διαμόρφωση κυματομορφής (παλμών), κτλ. Επίσης, σημαντικό στοιχείο που παρέχουν τα συστήματα ES είναι η αζιμουθιακή κατεύθυνση (διόπτευση) του υποκλεπτόμενου ραντάρ. Συνδυάζοντας μεταξύ τους όλα αυτά τα στοιχεία επιτυγχάνεται ο σκοπός που είναι η αναγνώριση της συγκεκριμένης απειλής (τύπου ραντάρ, κτλ), καθώς και η παροχή έγκαιρης προειδοποίησης, ώστε να αναλαμβάνονται οι απαραίτητες εκείνες ενέργειες, ανάλογα με την προτεραιότητα της απειλής. Για παράδειγμα, η υποκλοπή εκπομπής ραντάρ διεύθυνσης βολής πυροβολικού ή κατευθυνόμενων βλημάτων, συνήθως απαιτεί αμεσότερες / ταχύτερες αντιδράσεις απ’ ότι η υποκλοπή ενός κοινού ραντάρ ναυτιλίας ή επιτήρησης. Φαίνεται λοιπόν ότι ακόμη και κάτω από συνθήκες σιγής εκπομπών των φίλιων μέσων, τα ηλεκτρονικά μέσα υποστήριξης (ES) αποτελούν από τους πιο κρίσιμους και αξιόπιστους αισθητήρες για τη σύνθεση της τακτικής εικόνας με παθητικά και μόνο μέσα. Τα συστήματα ES βοηθούν στην αναγνώριση τόσο των φίλιων όσο και των εχθρικών μονάδων, ενώ σε πολλές περιπτώσεις παρέχουν την πρώτη σοβαρή ένδειξη επικείμενης εχθρικής επίθεσης.

Σχήμα 1: Η γενικευμένη ιδέα ενός συστήματος αυτοπροστασίας ηλεκτρονικού πολέμου, μαχητικού αεροσκάφους.

Παραδοσιακά, η εφαρμογή ηλεκτρονικής επίθεσης (Electronic AttackΕΑ) και ηλεκτρονικής προστασίας (Electronic Protection – EP), είναι δύσκολη έως αδύνατη χωρίς την προηγούμενη αποτελεσματική ηλεκτρονική υποστήριξη (ES). Η ηλεκτρονική υποστήριξη μπορεί να παράγει πολύ μεγάλο όγκο πληροφοριών που παίζουν σημαντικό ρόλο στην ορθή αξιολόγηση του επιχειρησιακού περιβάλλοντος.

Επίσης, όλα τα μοντέρνα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου είναι συνήθως ολοκληρωμένα, δηλαδή συνδυάζουν ταυτόχρονα τις λειτουργίες υποκλοπών, έγκαιρης προειδοποίησης και παρεμβολών. Πάντως, σε ένα πραγματικό περιβάλλον επιχειρήσεων, η αποτελεσματική αξιοποίηση των δυνατοτήτων των συστημάτων εξαρτάται κατά μεγάλο μέρος από τις ικανότητες και το επίπεδο εκπαίδευσης όλων των εμπλεκομένων (χειριστών συστημάτων ραντάρ και ηλεκτρονικού πολέμου, επιχειρησιακών σχεδιαστών αποστολών, κτλ). Η επιτυχημένη διεξαγωγή των εφαρμοζόμενων τεχνικών ηλεκτρονικού πολέμου προϋποθέτει εξειδικευμένο εξοπλισμό, εκπαιδευμένο προσωπικό και κατάλληλη καθοδήγηση στις προτεραιότητες, στο είδος των στόχων, και των επιθυμητών απαιτήσεων συλλογής πληροφοριών, για την αποφυγή σπατάλης χρόνου και προσπαθειών. Οι γνώσεις, η εμπειρία, οι δεξιότητες και οι ικανότητες που αποκτώνται μέσω κατάλληλης εκπαίδευσης, επιτρέπουν στους χειριστές ραντάρ να εκτιμούν ορθά την τακτική κατάσταση, να εφαρμόζουν αποτελεσματικά τεχνικές ελέγχου εκπομπών (EMCON),[1] να εκμεταλλεύονται την απεικόνιση μη επεξεργασμένης εικόνας (raw video), να αντιλαμβάνονται την παρουσία ηλεκτρονικών επιθέσεων (EA) και να διακρίνουν προσπάθειες παρεμβολής που επηρεάζουν τη λειτουργία του ραντάρ που χειρίζονται. Επίσης, τους επιτρέπουν να ενεργοποιούν κάθε φορά την καταλληλότερη τακτική / τεχνική ηλεκτρονικής προστασίας (EP), ανάλογα με την επίθεση που υφίστανται και να την εφαρμόζουν μόνο για το χρονικό διάστημα που διαρκεί η προσπάθεια παρεμβολής, αποφεύγοντας έτσι την ηθελημένη μείωση της απόδοσης του ραντάρ ή την άσκοπη αποκάλυψη των δυνατοτήτων EP που διαθέτουν. Στο πλαίσιο αυτό, οι εξειδικευμένες ασκήσεις για την αξιολόγηση συστημάτων και τακτικών, καθώς επίσης για τη διεξαγωγή περίπλοκων επιχειρήσεων ηλεκτρονικού πολέμου θεωρείται άκρως απαραίτητη.

Στα ολοκληρωμένα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου ανήκουν πολλά συστήματα αυτοπροστασίας μαχητικών αεροσκαφών. Ένα τυπικό παράδειγμα αποτελεί το παλαιό πλέον RAPPORT III (Rapid Alert Programmable Power management Of Radar Threats) της Lockheed Martin (πρώην Loral). Το συγκεκριμένο σύστημα φέρεται εσωτερικά των μαχητικών αεροσκαφών F-16 Fighting Falcon της Τουρκικής και Ισραηλινής αεροπορίας (συμπαραγωγή από το 1989). Διαθέτει δυνατότητα επαναπρογραμματισμού σε περίπτωση εμφάνισης νέων ραντάρ απειλής.[2] Ως υποσύστημα υποκλοπών και προειδοποίησης RWR (Radar Warning Receiver) χρησιμοποιεί ψηφιακά ελεγχόμενους, πολυκάναλο κρυσταλλικό και υπερετερόδυνο δέκτη (0.5 – 20 GHz).

Αντίστοιχο ολοκληρωμένο σύστημα αυτοπροστασίας ηλεκτρονικού πολέμου είναι το TEWS (Tactical Electronic Warfare System) της Northrop Grumman, με τον αναλογικής τεχνολογίας RWR δέκτη AN/ALR-56C (2-20 GHz) της BAE (πρώην Loral), εγκατεστημένο εσωτερικά των μαχητικών αεροσκαφών F-15C/D/E/K/S.

Παρόμοιο ολοκληρωμένο σύστημα, παλαιότερης πλέον γενιάς είναι το ASPIS ΙΙ (Advanced Self-Protection Integrated Suite) της Raytheon (πρώην Litton). Το σύστημα φέρεται εσωτερικά σε μαχητικά αεροσκάφη, όπως πχ το F-16C/D Fighting Falcon. Περιλαμβάνει κάποιο σύστημα δεκτών RWRτης Northrop Grumman (πρώην Litton), πχ AN/ALR-66(VH)I (ASPIS I) ή AN/ALR-93(V) (ASPIS II). Ειδικότερα, ο ALR-66(VH)I[3] ενσωματώνει κρυσταλλικούς δέκτες 2-20 GHz (μπάντες E-J), υπερετερόδυνο δέκτη 0.5-20 GHz και δυνατότητα στιγμιαίας μέτρησης συχνότητας (IFM), ανάλογης κάλυψης. Η γωνιακή κάλυψη των δεκτών είναι 360° οριζόντια και ±45° καθ΄ ύψος, ενώ η παρεχόμενη ακρίβεια των διοπτεύσεων είναι 15° rms. Το σύστημα παρέχει προειδοποίηση και αναγνώριση (μέσω προγραμματιζόμενης βιβλιοθήκης απειλών) διαφόρων σημάτων ραντάρ τύπου CW, διακοπτόμενου CW (ICW), παλμικών Doppler, χαμηλής πιθανότητας υποκλοπής (LPI), πολλαπλής τιμής PRF, συμπίεσης παλμών και ευελιξίας συχνότητας (frequency agility). Ο δέκτης ALR-93(V) καλύπτει τις μπάντες C/D (0.5 – 2 GHz, ισοκατευθυντικά) και Ε-J (2-20 GHz, με ακρίβεια διοπτεύσεων 15° rms). Περιλαμβάνει κρυσταλλικούς δέκτες τεταρτημορίων, IFM και υπερετερόδυνο. Η ψηφιακή αναβάθμιση ΑΝ/ALR-93(V)1 περιλαμβάνει κρυσταλλικούς, IFM, και ψηφιακούς ευρέως και στενού φάσματος, με δυνατότητα αντιμετώπισης παλμικών ραντάρ, CW, παλμικών Doppler, LPI, PRI & frequency agile, κτλ. Σύμφωνα με τον κατασκευαστή (Northrop Grumman) διαθέτει πιθανότητα ανίχνευσης σχεδόν 100%, τεχνολογία SDR (Software Defined Radio), βάση δεδομένων περίπου 2000 προφίλ σημάτων και δυνατότητα επαναπρογραμματισμού μέσω μνήμης EEPROM. Το λογισμικό είναι γραμμένο σε γλώσσα C και εκτελείται από επεξεργαστές PowerPC. Ο δέκτης συνδέεται με τα υπόλοιπα ηλεκτρονικά συστήματα της πλατφόρμας, μέσω της σύνδεσης δεδομένων MIL-STD-1553,[4] για την αποφυγή αμοιβαίων παρεμβολών στα συστήματα ραντάρ και επικοινωνιών.

Τα μαχητικά αεροσκάφη Mirage 2000 φέρουν το ολοκληρωμένο σύστημα αυτοπροστασίας ICMS (Integrated Counter Measures System), προϊόν συνεργασίας των εταιρειών Dassault Aviation, Dassault Electronique, Thomson και Matra (από τη δεκαετία του 1990). Το ICMS περιλαμβάνει τον RWR κρυσταλλικό και υπερετερόδυνο δέκτη Serval (0.5 – 20 GHz, μπάντες C έως J, με 4 κεραίες και δυνατότητα επέκτασης έως και τα 40 GHz της μπάντας Κ) της Thomson-CSF. Η αναβάθμιση MK2 διαθέτει επί πλέον τον αισθητήρα υπέρυθρου φάσματος DDM (Détecteur de Départ Missile) της SAT, για προειδοποίηση τυχόν επερχόμενων βλημάτων. Tα παλαιότερα Mirage 2000-5 φέρουν τις αρχικές εκδόσεις ICMS 1 και ICMS 2, με τα υποσυστήματα Serval / Sabre / Spirale. Νεότερες εκδόσεις απετέλεσαν το ICMS 3 και το IMEWS (Integrated Multi-mission EW System), των Thales / Elettronica.

Σχήμα 2: Το ανοικτής αρχιτεκτονικής COTS ολοκληρωμένο DRFM σύστημα ηλεκτρονικού πολέμου AN/ALQ-254(V)1 Viper Shield της L3Harris προορίζεται για τα μαχητικά F-16 Block 70/72 (Viper), τα οποία φέρουν το ενεργό AESA ραντάρ AN/APG-83 SABR. H Northrop Grumman αναπτύσσει για τον ίδιο σκοπό, το σύστημα ηλεκτρονικού πολέμου NGEW (Next Generation Electronic Warfare) ή AN/ALQ-257 IVEWS (Integrated Viper Electronic Warfare Suite). Σε κάθε μαχητικό αεροσκάφος είναι πολύ σημαντική η δυνατότητα του συστήματος αυτοπροστασίας να λειτουργεί σε συγχρονισμό με το ραντάρ. Τα παραγόμενα ισχυρά σήματα παρεμβολής εναντίον των απειλών (βλημάτων και αεροσκαφών του αντιπάλου), δεν θα πρέπει να μπλοκάρουν τη λειτουργία του ραντάρ.
Σχήμα 3: Βασικό λειτουργικό διάγραμμα παραδοσιακού ολοκληρωμένου συστήματος ηλεκτρονικής προστασίας (ES/RWR & EA). O δέκτης ES/RWR βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε στατιστικά στοιχεία. Τα λαμβανόμενα δεδομένα (διανύσματα) που προκύπτουν από την επαναδιάταξη των παλμών (pulse de-interleaving) χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ενός στατιστικού μοντέλου των εκπομπών στην περιοχή. Αυτό το μοντέλο δημιουργείται χρησιμοποιώντας κάποια τεχνική ανάλυσης συστάδων / ομαδοποίησης (clustering).[5] Η ανάλυση συστάδων αποτελεί μη επιτηρούμενη τεχνική μάθησης (K-Means, Hierarchical Clustering, κτλ), που προσπαθεί να προσδιορίσει τη δομή ή τα κοινά στοιχεία μέσα σε μια συλλογή δεδομένων. Η ομαδοποίηση περιλαμβάνει τη διαδικασία οργάνωσης αντικειμένων σε ομάδες, των οποίων τα μέλη είναι παρόμοια κατά κάποιο τρόπο.

Κατηγορίες μέτρων ηλεκτρονικής υποστήριξης (ES)

Τα συστήματα ES χρησιμοποιούνται στην παθητική έρευνα, υποκλοπή (ανίχνευση), καταγραφή, εντοπισμό θέσης, ανάλυση και αναγνώριση της ταυτότητας των εχθρικών ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών. Οι πληροφορίες αυτές, υποστηρίζουν τις φίλιες επιχειρήσεις και είναι χρήσιμες για τους χειριστές των συστημάτων ραντάρ και ηλεκτρονικής επίθεσης ΕΑ (ή ηλεκτρονικών αντιμέτρων ECM), καθώς επίσης και για τα κέντρα λήψης αποφάσεων.

Οι πλατφόρμες / φορείς συστημάτων ES, πέραν από μαχητικά αεροσκάφη και πολεμικά πλοία, μπορεί επίσης να είναι αερόστατα, UAV, αεροσκάφη AEW&C, αεροσκάφη ναυτικής επιτήρησης και περιπολίας, τεχνητοί δορυφόροι, κτλ.

Σχήμα 4: Οι κατηγορίες λειτουργιών που περιλαμβάνονται στα μέτρα ηλεκτρονικής υποστήριξης (ES)

Τα συστήματα ES λειτουργούν εντελώς παθητικά, επιτυγχάνουν σχετικά μεγάλες αποστάσεις εντοπισμού (οι οποίες δεν εξαρτώνται από τη ραδιοδιατομή των στόχων) και γενικά διαθέτουν μεγάλη γωνιακή κάλυψη (τυπικά 360°). Όμως, η λειτουργία τους εξαρτάται από τις εκπομπές των στόχων, ο παθητικός προσδιορισμός της απόστασης είναι χρονοβόρος και πολύπλοκος (δεν είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικός εναντίον εναέριων στόχων), ενώ η επιτυγχανόμενη ακρίβεια των γωνιακών μετρήσεων είναι γενικά μικρότερη των ραντάρ και των IRST.

Γενικά, τα συστήματα-δέκτες ES διακρίνονται στις ακόλουθες μεγάλες κατηγορίες:

(1) Δέκτες έγκαιρης προειδοποίησης άμεσης απειλής RWR (Radar Warning Receivers). Είναι οι απλούστεροι και ελαφρύτεροι αισθητήρες προειδοποίησης ES, μικρής εμβέλειας, οι οποίοι λειτουργούν σε πραγματικό χρόνο, για την αυτοπροστασία του φορέα τους (συνήθως αεροσκάφος ή ελικόπτερο). Έχουν σκοπό την έγκαιρη προειδοποίηση εγκλωβισμού, από κάποιο εχθρικό ραντάρ άμεσης απειλής (πχ κατευθυνόμενου βλήματος ή συστήματος διεύθυνσης βολής), προκειμένου να αναλαμβάνονται άμεσα τα κατάλληλα εκείνα μέτρα αυτοπροστασίας / αντιμετώπισης (αποφυγής ή εμπλοκής), στον ταχύτερο δυνατό χρόνο. Παρακολουθούν τη φασματική μπάντα 0.5-40 GHz, για την ανίχνευση και αναγνώριση ραντάρ (RF seekers) κατευθυνόμενων βλημάτων (6-40 GHz), αλλά και των συνεργαζόμενων ραντάρ έρευνας και υπόδειξης (0.5-8 GHz).

Τυπικά, περιλαμβάνουν τέσσερις κεραίες λήψης ευρείας μπάντας, τοποθετημένες περιφερειακά (ανά αζιμουθιακό τομέα 90°), για την παροχή της γενικής κατεύθυνσης της απειλής. Επίσης, περιλαμβάνουν μονάδα δέκτη / επεξεργαστή που παρέχει την ανίχνευση / προειδοποίηση απειλής, τη διόπτευση και την εγγύτητα, σε κάποια οθόνη απεικόνισης. Μπορεί ακόμη να περιλαμβάνουν δέκτη μέτρησης συχνότητας, καθώς επίσης και προγραμματιζόμενη ηλεκτρονική βιβλιοθήκη απειλών.[6]

Σχήμα 5: Η επιχειρησιακή ιδέα λειτουργίας ενός παραδοσιακού εναέριου συστήματος προειδοποίησης RWR.

Ιστορικά, οι πρώτοι δέκτες RWR εμφανίστηκαν εγκατεστημένοι σε αμερικάνικα μαχητικά αεροσκάφη, στα μέσα της δεκαετίας του 1960, κατά τον πόλεμο του Βιετνάμ. Η πρακτική ανάγκη για τους συγκεκριμένους δέκτες έγινε αντιληπτή, μετά από κάποιες καταρρίψεις αεροσκαφών της USAF από αντιαεροπορικά βλήματα SA-2. Από τις πρώτες συσκευές που χρησιμοποιήθηκαν, απλά και μόνο για τακτική προειδοποίηση (αυτοπροστασία), ήταν οι κρυσταλλικοί αναλογικοί δέκτες AN/APR-25, AN/APR-26, οι βελτιωμένες εκδοχές AN/APR-36, AN/APR-37, καθώς επίσης και οι υπερετερόδυνοι δέκτες AN/APR-35. Στις επόμενες γενιές δεκτών εφαρμόσθηκε ψηφιακός έλεγχος μέσω λογισμικού, με δυνατότητα μέτρησης κάποιων βασικών παραμέτρων, καθώς επίσης και μνήμη επαναπρογραμματισμού.[7] Συνήθως, οι δέκτες RWR μετρούν κάποιες βασικές παραμέτρους (συχνότητα, ένταση, κατεύθυνση λήψης),[8] με μέτρια ακρίβεια, αφού είναι μικρού μεγέθους, χαμηλού κόστους, ευρείας μπάντας συχνοτήτων (wideband), υψηλής πιθανότητας εντοπισμού και σχετικά χαμηλότερης ευαισθησίας. Για τους λόγους αυτούς, φέρονται κυρίως από αεροσκάφη και ελικόπτερα. Στην κατηγορία αυτή, ανήκει και το σύστημα SPO-15 των μαχητικών MiG-29, το οποίο απλά προειδοποιεί τον πιλότο για την ύπαρξη της ενέργειας κάποιου ραντάρ απειλής και τη γενική κατεύθυνση αζιμουθίου. Όμως, τα πιο μοντέρνα συστήματα RWR, όπως πχ τα ALR-94 (F-22), ASQ-239 [9] (F-35) και SPECTRA (Rafale) διαθέτουν ισχυρούς επεξεργαστές, ώστε να παρέχουν πολύ περισσότερες δυνατότητες (ταξινόμηση / αναγνώριση, επαναπρογραμματισμός παραμέτρων, κτλ), με βάση την ένταση, τη φάση και τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά των λαμβανόμενων κυματομορφών.

Οι περισσότερο σημαντικοί περιορισμοί των δεκτών RWR περιλαμβάνουν ασάφειες, λόγω της ποικιλομορφίας και των παρόμοιων χαρακτηριστικών των φίλιων και εχθρικών συστημάτων ραντάρ, επιπτώσεις από απότομους ελιγμούς του αεροσκάφους στον ακριβή προσδιορισμό της κατεύθυνσης της απειλής,[10] καθώς επίσης και σκόπιμες ή ακούσιες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (jamming / EMI), που υποβαθμίζουν την αποτελεσματική απόδοση ηλεκτρονικών συστημάτων.

Σχήμα 6: Το ηλεκτρονικό σύστημα αυτοπροστασίας AN/ASQ-239 Barracuda της BAE Systems διαθέτει πλήρη κάλυψη 360° του χώρου μάχης, παρέχοντας στον πιλότο του μαχητικού F-35 τη μέγιστη επίγνωση της κατάστασης, βοηθώντας στον εντοπισμό, στον γεωεντοπισμό, στην παρακολούθηση, στην ανάλυση και στην ταχεία απόκριση σε απειλές. Η βελτιωμένη του έκδοση Block-IV βρίσκεται ακόμη σε ανάπτυξη.

Τα μαχητικά αεροσκάφη F-35 διαθέτουν το ηλεκτρονικό σύστημα αυτοπροστασίας AN/ASQ-239 Barracuda της BAE Systems, το οποίο περιλαμβάνει δέκτες προειδοποίησης ραντάρ (RWR), για εντοπισμό / αναγνώριση εχθρικών εκπομπών, καθώς επίσης και ηλεκτρονικά αντίμετρα για ηλεκτρονικές παρεμβολές υψηλής απολαβής. Ειδικότερα, η βελτιωμένη έκδοση AN/ASQ-239 Block-IV περιλαμβάνει δέκτες προειδοποίησης ραντάρ στο εμπρόσθιο άκρο των πτερύγων, που καλύπτουν τις φασματικές μπάντες 2 (0.5-2 GHz), 3 (2-6 GHz) και 4 (6-20 GHz). Επίσης, δύο δέκτες RWR στις μπάντες 3/4 είναι τοποθετημένοι στα οπίσθια άκρα των πτερύγων, με πρόσθετους δέκτες RWR που καλύπτουν τη μπάντα 2 στο οπίσθιο μέρος των οριζόντιων σταθεροποιητών, σε κάθε πλευρά της εξαγωγής του αεροσκάφους. Παρόλο που το αεροσκάφος είναι επί του παρόντος διαμορφωμένο να ανιχνεύει εκπομπές ραδιοσυχνοτήτων στις μπάντες 2, 3 & 4, υπάρχει δυνατότητα περαιτέρω ανάπτυξης να συμπεριλάβει και απειλές της μπάντας 5 (>20 GHz).

Το AN/ASQ-239 είναι ικανό τόσο για προληπτική (preemptive) όσο και για αντιδραστική (reactive) ηλεκτρονική επίθεση, χρησιμοποιώντας αναλώσιμα αντίμετρα, όπως αερόφυλλα (chaffs), αλλά και αλγόριθμους ηλεκτρονικών παρεμβολών για την αντιμετώπιση συγκεκριμένων απειλών ραδιοσυχνοτήτων. Η λειτουργία του βασίζεται στα αρχεία δεδομένων αποστολής (MDL/MDF) και στη διεξαγόμενη συγχώνευση δεδομένων (data fusion), χαρακτηριστικά χωρίς τα οποία οι πιλότοι των F-35 θα έπρεπε να ερμηνεύουν και να οργανώνουν ταυτόχρονα τα δεδομένα διαφορετικών αισθητήρων, συμπεριλαμβανομένου του δέκτη προειδοποίησης ραντάρ.

Το σύστημα δεδομένων αποστολής (MDL/MDF) χρησιμεύει ως βιβλιοθήκη ή βάση δεδομένων γνωστών απειλών και φίλιων αεροσκαφών,[11] σε συγκεκριμένες περιοχές του κόσμου. To σύστημα ενημερώνει τους πιλότους σε πραγματικό χρόνο, εάν πετούν εναντίον φίλιου ή εχθρικού μαχητικού. Από πληροφορίες, η USAF έχει αναπτύξει 12 διαφορετικά αρχεία δεδομένων αποστολής, για 12 διαφορετικές γεωγραφικές περιοχές. Τα πακέτα δεδομένων αποστολής έχουν σχεδιαστεί, ώστε να φιλοξενούν νέες πληροφορίες, καθώς γίνονται διαθέσιμα νέα δεδομένα αναδυόμενων απειλών. Έτσι, η βάση δεδομένων είναι φορτωμένη με ευρύ φάσμα πληροφοριών, από πολιτικά αεροσκάφη μέχρι και λεπτομέρειες για ρωσικά και κινεζικά μαχητικά αεροσκάφη. Tα αρχεία δεδομένων αποστολής του F-35 περιλαμβάνουν τεράστιο όγκο πληροφοριών, προκειμένου να διατηρηθεί κάποιο τεχνολογικό και τακτικό πλεονέκτημα, έναντι των πιθανών αντιπάλων. Αυτά, αποτελούν και το κλειδί για την ικανότητα των F-35 να εκτελούν αποτελεσματική και ακριβή αναγνώριση μάχης, ενώ επηρεάζουν πολλές λειτουργίες, μεταξύ των οποίων και τις επιδόσεις των αισθητήρων.

Η συγχώνευση δεδομένων από όλους τους αισθητήρες του αεροσκάφους, τόσο για τη διάκριση των πραγματικών πληροφοριών ενδιαφέροντος μέσα από τεράστιο όγκο δεδομένων και θορύβου, όσο και για την παρουσίαση στον πιλότο και τη μεταβίβαση σε άλλες πλατφόρμες, αποτελεί πολύ βασική ικανότητα που παρέχεται από το εξελιγμένο σύστημα επικοινωνιών, πλοήγησης και αναγνώρισης AN/ASQ-242 CNI (Communications, Navigation & Identification) της Northrop Grumman. Επίσης, η ολοκλήρωση του AN/ASQ-239 με το AN/ASQ-242 CNI αποτελεί βασικό παράγοντα διάκρισης των ικανοτήτων του F-35, σε σύγκριση με τα συνήθη αυτόνομα (ομοσπονδιακά) συστήματα EW που συναντώνται σε αεροσκάφη 3ης και 4ης γενιάς, τα οποία απαιτούν πολύπλοκες διεπαφές (interfaces) για την παρουσίαση μεμονωμένων πληροφοριών στις οθόνες του πιλοτηρίου, ενώ δεν υπάρχει πραγματική ενοποίηση με άλλους αισθητήρες και πλατφόρμες. Ως αποτέλεσμα, η ικανότητα σύνδεσης πληροφοριών και η επιτυγχανόμενη επίγνωση σε αεροσκάφη F-35 μειώνει σημαντικά το φορτίο επεξεργασίας για τον πιλότο, δίνοντάς του περισσότερο χρόνο για μάχη.

Για παράδειγμα, το σύστημα μπορεί να συσχετίσει τη θέση των υποκλεπτόμενων εκπομπών με τα δεδομένα του X-band (8.5 έως 10.68 GHz) ραντάρ AN/APG-81 AESA της Northrop Grumman, καθώς επίσης και του ηλεκτροοπτικού συστήματος AN/AAQ-40 EOTS της Lockheed Martin, επιτρέποντας τη θετική αναγνώριση του πομπού. Οι πληροφορίες απειλών εκπομπών μπορούν να διανεμηθούν μεταξύ ομάδας μαχητικών F-35 και άλλων αεροσκαφών, μέσω του συστήματος AN/ASQ-242 CNI. Αυτό, μεταξύ άλλων περιλαμβάνει το τακτικό σύστημα ζεύξης δεδομένων Link-16 TDL (Tactical Data Link) στη μπάντα 960 – 1215 MHz, όπως επίσης και τη ζεύξη MADL (Multifunction Advanced Data Link) στη μπάντα Ku. H τελευταία, έχει σκοπό τη δημιουργία μικρού δικτύου υψηλής ταχύτητας μεταξύ ομάδων αεροσκαφών, για τη συνεργατική χρήση δεδομένων αισθητήρων, όπως πχ των δεκτών του AN/ASQ-239, τη δημιουργία κοινής τακτικής εικόνας σε πραγματικό χρόνο, κτλ. Άλλο χαρακτηριστικό της ζεύξης MADL είναι η υψηλή κατευθυντικότητα των εκπομπών, ώστε να είναι δύσκολα ανιχνεύσιμες από συστήματα υποκλοπών SIGINT. Το σύστημα επιτρέπει ακόμη και το γεωγραφικό εντοπισμό (γεωεντοπισμό) των πομπών ραντάρ, μέσω υπολογισμών χρονικής διαφοράς άφιξης των σημάτων TDOA (Time Difference of Arrival) και τη διεξαγωγή τριγωνισμών, με ακρίβεια που επιτρέπει την εκτόξευση όπλων (βλημάτων, βομβών, κτλ). Αντίστοιχες δυνατότητες φέρεται να διαθέτουν τα αεροσκάφη EA-18G Growler, μέσω του νεότερου συστήματος NGJ (Next Generation Jammer). Αυτό, απαιτεί μερικά λεπτά για τον εντοπισμό ενός πομπού από ζεύγος και λίγα δευτερόλεπτα από τριάδα αεροσκαφών. Πρακτικά, για την επιτυχή εκτέλεση αποστολών καταστολής / καταστροφής εχθρικής αεράμυνας SEAD / DEAD (Suppression / Destruction of Enemy Air Defense) προβάλλεται η απαίτηση τετράδας μαχητικών F-35, τα οποία έχουν τη δυνατότητα διεξαγωγής εξειδικευμένων αποστολών SEAD / DEAD, εντελώς παθητικά, ακόμη και με την άφεση κατευθυνόμενων βομβών, χωρίς την ανάγκη εκτόξευσης βλημάτων HARM εναντίον λειτουργούντων ραντάρ. Τέλος, τα F-35 φέρεται ότι μπορούν να εφαρμόζουν συνεργατικές τεχνικές TDOA, ακόμη και για τον ακριβή παθητικό εντοπισμό εναέριων ραντάρ, δηλαδή μια ικανότητα παρόμοια με του συστήματος NGJ του εξειδικευμένου αεροσκάφους ηλεκτρονικού πολέμου EA-18G.

(2) Δέκτες επιτήρησης ESM (surveillance receivers), οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την υποκλοπή, συλλογή, ανάλυση, προσδιορισμό θέσης και ταυτότητας / αναγνώρισης των εχθρικών εκπομπών (μέσα σε μεγάλο φασματικό εύρος, 100 MHz έως 40 GHz ή ακόμη και σε υψηλότερες μπάντες, πχ 90-98 GHz), με σκοπό την άμεση υποβοήθηση σύνθεσης της τακτικής εικόνας, αλλά και την κατάλληλη αντιμετώπιση της απειλής (αυτοπροστασία) με διάφορα μέσα (soft & hard kill). Οι δέκτες ESM είναι ογκωδέστεροι των RWR, υψηλότερης αξιοπιστίας, ακρίβειας μετρήσεων και ευαισθησίας (υποκλέπτουν ακόμη και πλευρικούς λοβούς ραντάρ), διαθέτουν περισσότερες δυνατότητες (πχ παθητική αποστασιομέτρηση, καταγραφή στοιχείων για μελλοντική εκμετάλλευση, κτλ), συνεισφέρουν στην αναγνώριση της ηλεκτρονικής διάταξης μάχης EOB / EORBAT (Electronic Order of Battle) του αντιπάλου και συνήθως φέρονται από πολεμικά πλοία, ναυτικά ελικόπτερα και αεροσκάφη ναυτικής συνεργασίας. Οι υποκλεπτόμενες πληροφορίες είναι δυνατό να μεταδίδονται και σε άλλες μονάδες, μέσω τακτικών ζεύξεων δεδομένων (data links). Τα συστήματα επιτήρησης ESM βρίσκονται πλησιέστερα σε δυνατότητες με τα συστήματα ELINT / COMINT, ενώ ανάλογα με το σκοπό υποδιαιρούνται σε δέκτες RESM (Radar ESM) και CESM (Communications ESM).

(3) Δέκτες ηλεκτρονικών πληροφοριών ELINT (Electronic Intelligence), οι οποίοι χρησιμοποιούνται για την έρευνα, ανάλυση, αναγνώριση και καταγραφή, με πολύ υψηλή ακρίβεια, των παραμέτρων των εκπομπών ραντάρ στην περιοχή συχνοτήτων 100 MHz έως 40 GHz, με σκοπό τη μακροπρόθεσμη εκμετάλλευση. Ειδικότερα, τα παραγόμενα επεξεργασμένα δεδομένα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή βάσεων δεδομένων, που περιέχουν λεπτομερείς πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά των κυματομορφών ραντάρ, ενώ μπορούν να τροφοδοτήσουν τις αντίστοιχες βιβλιοθήκες των συστημάτων RWR και ESM για την αναγνώριση των απειλών. Επίσης, χρησιμοποιούνται και για την αναγνώριση της ηλεκτρονικής διάταξης μάχης EOB / EORBAT (Electronic Order of Battle) του αντιπάλου. Παραδοσιακά, η στρατηγική χρήσης των συστημάτων ELINT αφορούσε αποκλειστικά σε μακροπρόθεσμη εκμετάλλευση και όχι σε πραγματικό χρόνο (real time), πρακτική όμως που σήμερα έχει αναστραφεί. Με την εξέλιξη της τεχνολογίας παρατηρείται σημαντική σύγκλιση των συστημάτων ESM και ELINT, με αποτέλεσμα οι διαφορές τους πλέον να είναι πιο δυσδιάκριτες.[12] 

Η ηλεκτρονική αναγνώριση ER (Electronic Reconnaissance) αποτελεί τη διαδικασία συγκέντρωσης / συλλογής όλων των απαιτούμενων πληροφοριών SIGINT (SIgnal INTelligence) και στη συνέχεια της ορθής ανάλυσης και αναγνώρισης των ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών του αντιπάλου, μέσα σε ολόκληρο το φάσμα ραδιοσυχνοτήτων.[13] Ο κύριος σκοπός του SIGINT είναι η στρατηγική γνώση του ηλεκτρονικού εξοπλισμού του αντιπάλου (θέση, τεχνικά χαρακτηριστικά, δυνατότητες, τρόπος χρήσης, υποκλοπή και ανάλυση / επεξεργασία μεταφερόμενων πληροφοριών), κυρίως για μακροπρόθεσμη εκμετάλλευση. Ακόμη και η κρυπτανάλυση αποτελεί υποσύνολο του τομέα SIGINT.

Η συλλογή των απαιτούμενων στοιχείων SIGINT είναι διαρκής και χρονοβόρα διαδικασία, η οποία βασίζεται σε δράσεις κατασκοπείας αποστολών SIGINT, αλλά και μέσα από τη χρήση κοινών συστημάτων. Η διαδικασία ηλεκτρονικής χαρτογράφησης του δικτύου ραντάρ και της αεράμυνας του αντιπάλου απαιτεί μεθοδικότητα, κατάλληλο ηλεκτρονικό εξοπλισμό και χρονοβόρα προσπάθεια. Οι πλατφόρμες που χρησιμοποιούνται ως φορείς συστημάτων SIGINT, μπορεί να είναι πλοία, αεροσκάφη, επίγεια οχήματα, τεχνητοί δορυφόροι (ιδιαίτερα οι χαμηλής τροχιάς), UAV, κτλ. Οι αποστολές SIGINT διεξάγονται κατά την ειρηνική περίοδο, εμπλουτίζοντας και ενημερώνοντας συνεχώς τις σχετικές ηλεκτρονικές βιβλιοθήκες, ενώ εντατικοποιούνται στη διάρκεια στρατιωτικών ασκήσεων του αντιπάλου, όταν αυτός διενεργεί επιχειρησιακή αξιολόγηση νέων οπλικών συστημάτων / αναβαθμίσεων, κατά τους περιοδικούς ελέγχους λειτουργίας των ραντάρ και τέλος πριν από μια ενδεχόμενη σύρραξη.

Πολλά συστήματα ραντάρ διαθέτουν απόρρητες διαμορφώσεις λειτουργίας για αποκλειστική χρήση σε περίπτωση πολέμου ή σε περιόδους έντασης (τεταμένων σχέσεων). Αυτές οι πληροφορίες SIGINT μπορούν να αποκτηθούν σε καιρό ειρήνης από αστοχίες των συστημάτων ή από λανθασμένες ενέργειες των χειριστών τους. Σε περίοδο ειρήνης, η προστασία από τις αποστολές SIGINT του αντιπάλου, βασίζεται κυρίως στη λειτουργία των φίλιων ραντάρ με σταθερές παραμέτρους (συχνότητα, PRF, κτλ) και στην αποφυγή χρήσης πλήρους ισχύος. Η άσκοπη ενεργοποίηση της αεράμυνας και οι εγκλωβισμοί εχθρικών αεροσκαφών κανονικά θα πρέπει να αποφεύγονται.

Οι πληροφορίες SIGINT διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες, οι βασικότερες από τις οποίες είναι οι ακόλουθες:

  • ΕLINT (ELectronic INTelligence)[14] είναι οι επεξεργασμένες πληροφορίες που αποκτώνται από την υποκλοπή και ανάλυση ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών, όπως πχ συστημάτων ραντάρ, IFF/SSR, ραδιοναυτιλιακών βοηθημάτων (TACAN, DME, VOR), κτλ, εξαιρουμένων μόνον των εκπομπών συσκευών επικοινωνιών (συνεννόησης). Οι πληροφορίες ELINT είναι δυνατό να χρησιμεύσουν ακόμη και στην αποτελεσματικότερη σχεδίαση αντιμέτρων. Βασική υποδιαίρεση αποτελούν οι πληροφορίες RADINT (Radar INTelligence), οι οποίες προέρχονται αποκλειστικά από την υποκλοπή εκπομπών συστημάτων ραντάρ. Επίσης, σημαντική υποδιαίρεση ELINT αποτελούν οι πληροφορίες FISINT (Foreign Intsrumentation Signal INTelligence), οι οποίες αποκτώνται από την υποκλοπή εκπομπών του ηλεκτρονικού εξοπλισμού του αντιπάλου, όπως πχ συστημάτων ζεύξης δεδομένων (data links), τηλεχειρισμού, συστημάτων ερωτο-αποκρίσεων (interrogators / transponders), ραδιοφάρων, κτλ. Υποκατηγορία FISINT αποτελούν οι υποκλεπτόμενες πληροφορίες συστημάτων τηλεμετρίας TELINT (TELemetry INTelligence). Αυτές, αφορούν σε στοιχεία που ανταλλάσσονται με κατευθυνόμενα βλήματα/πυραύλους που εκτοξεύονται στα διάφορα πεδία βολών, από τα οποία μπορούν να εξαχθούν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά τους. Γενικά, οι αποκτώμενες πληροφορίες ELINT μπορεί να αποκαλύψουν δυνατότητες και χαρακτηριστικά του εξοπλισμού του αντιπάλου, κυρίως σε στρατηγικό επίπεδο και να συμβάλλουν στην εξακρίβωση της τεχνολογικής του προόδου και της μελλοντικής τεχνολογικής του ανάπτυξης.  
  • COMINT (COmmunications INTelligence)[15] είναι οι επεξεργασμένες πληροφορίες που αποκτώνται αποκλειστικά από την υποκλοπή και ανάλυση των εκπομπών συστημάτων / δικτύων επικοινωνιών (συνεννόησης) και ζεύξεων δεδομένων είτε αυτές είναι κωδικοποιημένες / κρυπτογραφημένες είτε όχι, και χρησιμεύουν στην εκτίμηση των θέσεων (διάταξης), κινήσεων και προθέσεων του αντιπάλου.

Όλες οι συλλεγόμενες πληροφορίες από τα συστήματα SIGINT (COMINT, ELINT), αλλά και από τους δέκτες επιτήρησης ESM (CESM, RESM) συγκεντρώνονται και αναλύονται με σκοπό την κατάρτιση / αποκάλυψη της ηλεκτρονικής διάταξης μάχης EOB ή EORBAT (Electronic Order of Battle) του αντιπάλου στην περιοχή ενδιαφέροντος, κυρίως για επιχειρησιακή και τακτική εκμετάλλευση.

Για την αποτελεσματικότερη αντιμετώπιση των σύγχρονων απειλών, ένα ναυτικό σύστημα ηλεκτρονικής υποστήριξης ES, θα πρέπει να παράγει το πλήρες προφίλ απειλής, επικοινωνιών και ραντάρ, συνδυάζοντας όλες τις δυνατές λειτουργίες SIGINT & ESM (COMINT / ELINT & CESM / RESM), στην περιοχή συχνοτήτων από 10 kHz έως και 40 GHz, σε σχεδόν πραγματικό χρόνο. Επίσης, απαιτείται να παρέχει αυτόματη επιτήρηση, μαζί με λειτουργική ευελιξία για μείωση του φόρτου εργασίας των χειριστών πληροφοριών και ευκολία εγκατάστασης του απαραίτητου εξοπλισμού σε έναν ιστό. Όλες οι διατιθέμενες πληροφορίες δεδομένων ραντάρ και σημάτων επικοινωνιών θα πρέπει να συγχωνεύονται σε μια ενιαία τακτική βάση δεδομένων EW, ενώ η τακτική κατάσταση να μπορεί να εμφανίζεται σε απεικόνιση χάρτη. Παράλληλα, απαιτείται η εφαρμογή κατάλληλων φίλτρων ταξινόμηση των σημάτων σε κατηγορίες και αυτόματης προειδοποίησης απειλών.

Νέες απειλές στον ηλεκτρονικό πόλεμο και η αντιμετώπισή τους

Ως αποτέλεσμα της συνεχώς αυξανόμενης ποσότητας και ποικιλίας σημάτων στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, ακόμη και σε καιρό ειρήνης σε κάποιες περιοχές, τα παραδοσιακά αναλογικά συστήματα ηλεκτρονικών υποκλοπών υποφέρουν από συνωστισμό / κορεσμό. Τα ισχυρότερα σήματα καλύπτουν τα ασθενέστερα (πχ ένα κατευθυνόμενο βλήμα που έρχεται από μεγάλη απόσταση μπορεί να καλύπτεται από τα ραντάρ παραπλεόντων εμπορικών πλοίων), χάνοντας έτσι τουλάχιστον το 30% – 40% των πληροφοριών ανίχνευσης σημάτων ενδιαφέροντος. Αυτό σημαίνει ότι η παραγωγή σχετικών και έγκαιρων πληροφοριών για τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων αποτελεί ιδιαίτερη πρόκληση.

Επίσης, οι νέες απειλές στον ηλεκτρονικό πόλεμο αφορούν πλέον σε συστήματα προηγμένων κυματομορφών διευρυμένου φάσματος (πχ πολυφασική κωδικοποίηση, αναπήδησης συχνότητας, pulsed FM chirp, κτλ), περίπλοκων ενδοπαλμικών χαρακτηριστικών, τεχνολογίας FMCW / LPI, χαμηλής ισχύος, παλμικών ραντάρ Doppler, πολλαπλών λειτουργιών, ακόμη και συστημάτων που επεκτείνονται μέχρι και στις χιλιοστομετρικές συχνότητες. Τα διαδεδομένα πλέον ραντάρ με ενεργές φασικές στοιχειοκεραίες (AESA), τεχνολογίας ημιαγωγών GaN χρησιμοποιούν πολύπλοκες διαμορφώσεις, μη προβλέψιμα προγράμματα σάρωσης, πολλαπλούς λοβούς και πολλαπλές συχνότητες, ταυτόχρονα. Η ηλεκτρονική αναγνώριση της λειτουργίας τέτοιων συστημάτων με παραδοσιακούς τρόπους, είναι σχεδόν αδύνατη. Επίσης, η τεχνολογία stealth οδήγησε στην επανεμφάνιση συστημάτων μακράς επιτήρησης VHF και στην υλοποίηση ραντάρ ελέγχου βολής και RF ερευνητών βλημάτων μικρής εμβέλειας στη μπάντα Κ ή Ka (33-36 GHz) και επομένως δύσκολης υποκλοπής. Στην αιχμή της τεχνολογίας βρίσκεται σε εξέλιξη η εφαρμογή της μηχανικής μάθησης και της τεχνητής νοημοσύνης στα λεγόμενα γνωστικά συστήματα ραντάρ (cognitive radars).

Για το πρόβλημα του κορεσμένου / συνωστισμένου ηλεκτρομαγνητικού περιβάλλοντος, αλλά και των αμοιβαίων παρεμβολών, έχουν επινοηθεί κάποιες λύσεις, οι οποίες όμως αφορούν κυρίως σε παλαιότερα συστήματα αναλογικής τεχνολογίας και δεν είναι ιδιαίτερα ικανοποιητικές. Για παράδειγμα, μια παραδοσιακή πρακτική είναι η χρήση φίλτρων που καταστέλλουν ορισμένες περιοχές του φάσματος. Για ένα ραντάρ πολλαπλών λειτουργιών, όπως πχ τα ναυτικά συστήματα APAR και Sampson, ένα παραδοσιακό σύστημα ES απλώς αγνοεί τη φασματική περιοχή που εκπέμπει το συγκεκριμένο ραντάρ ή το γωνιακό τομέα που βρίσκεται, δημιουργώντας έτσι συνειδητά τυφλά σημεία. Μια κάπως προτιμότερη επιλογή στις περιπτώσεις αυτές, είναι  η σάρωση ενός μικρού μέρους του συνολικού φασματικού εύρους και η σταδιακή μείωσή του μέχρι να βρεθεί κάποιο ραντάρ ενδιαφέροντος. Αυτό, παίρνει πολύ χρόνο και απαιτεί την προηγούμενη γνώση των παραμέτρων των εν λόγω ραντάρ. Οι ψηφιακές υλοποιήσεις δεκτών παρέχουν πολύ περισσότερες δυνατότητες για την επίλυση των προβλημάτων κορεσμού / συνωστισμού.

Επίσης, μέχρι σήμερα, μόνον ένα περιορισμένο ποσοστό δεδομένων είναι διαθέσιμα στις βάσεις δεδομένων / βιβλιοθήκες που χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση των απειλών. Η τεχνητή νοημοσύνη και οι προηγμένες επιστήμες δεδομένων μπορούν να επιτρέψουν τη χρήση πολύ περισσότερων στοιχείων στην κατασκευή βιβλιοθηκών, έτσι ώστε οι χειριστές να έχουν πρόσβαση σε πιο σχετικά και ακριβή διαθέσιμα δεδομένα.

Καθώς η πρόοδος στην ισχύ επεξεργασίας και στα μεγάλα δεδομένα (big data) βελτιώνεται, οι πληροφορίες μπορούν επίσης να συγχωνευθούν με άλλες διαθέσιμες πηγές, οι οποίες θα βοηθήσουν στη δημιουργία ακριβέστερης εικόνας πληροφοριών. Η τεχνητή νοημοσύνη και οι τεχνικές βαθιάς μάθησης μπορούν να αναλάβουν μεγάλο μέρος της σύγκρουσης δεδομένων. Οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης μπορούν να αναλύσουν μεγάλους όγκους πληροφοριών με αστραπιαία ταχύτητα και ακρίβεια, μαθαίνοντας πώς να αναγνωρίζουν και να κατηγοριοποιούν τις πληροφορίες, χωρίς την ανάγκη ανθρώπινης παρέμβασης. Τα σήματα μπορούν να διασταυρώνονται αυτόματα σε έναν κεντρικό κατάλογο δεδομένων, παρουσιάζοντας τις πληροφορίες σε επίπεδο πλατφόρμας. Καθώς η ποσότητα και η ποιότητα των δεδομένων, τα οποία μπορεί να αντλήσει η τεχνητή νοημοσύνη, αναπτύσσονται με την πάροδο του χρόνου, αυτή η διαδικασία θα γίνεται όλο και πιο ακριβής και αυτοματοποιημένη.

Επιπλέον, τα σύγχρονα ραντάρ πολλαπλών λειτουργιών συνδυάζουν πολύπλοκα σχήματα διαμόρφωσης παλμών, με ευελιξία συχνότητας (frequency agility) και PRF, ενδοπαλμικές αλλαγές κυματομορφής, εξωτικές κυματομορφές όπως η διαμόρφωση ψευδοθορύβου, καθώς και ποικιλία τεχνικών εξαπάτησης, γεγονός που δυσκολεύει την υποκλοπή και την αναγνώριση μεταξύ των διαδοχικών παλμών ραντάρ. Επιπρόσθετα, όταν λαμβάνονται ταυτόχρονα πολλοί παλμοί, ο δέκτης συνήθως επεξεργάζεται τον ισχυρότερο ή αυτόν με τη μεγαλύτερη ενέργεια, γεγονός που σημαίνει εσφαλμένη επεξεργασία και αναγνώριση. Το φαινόμενο είναι εντονότερο όταν στην ίδια περιοχή επιχειρήσεων υπάρχουν πολλοί παρεμφερείς παλμοί μεγάλης διάρκειας και ενέργειας από διαφορετικά ραντάρ παρόμοιου τύπου, με μεγάλο κύκλο λειτουργίας. Οι συγκεκριμένοι παλμοί μπορεί να υπεροδηγήσουν τους μετατροπείς ADC των πιο ευαίσθητων ψηφιακών δεκτών, με αποτέλεσμα τη μη δυνατότητα ανίχνευσης των συγκεκριμένων εκπομπών. Επίσης, όταν μέσα στο ίδιο φασματικό εύρος συνυπάρχουν ισχυρά και ασθενικά σήματα, τότε μια πιθανή υπεροδήγηση του δέκτη εξαφανίζει τη δυνατότητα ανίχνευσης των ασθενέστερων σημάτων.

Πρέπει ακόμη να σημειωθεί ότι οι περισσότεροι παραδοσιακοί δέκτες ESM είναι βελτιστοποιημένοι κυρίως για την ανίχνευση παλμικών σημάτων ραντάρ, και λιγότερο σημάτων CW, συμπιεσμένων παλμών ή σημάτων μορφής θορύβου και σχεδόν καθόλου σημάτων ραντάρ χαμηλής πιθανότητας υποκλοπής LPI (Low Probability of Intercept). Η ανίχνευση σημάτων τεχνολογίας LPI, είτε λόγω της χαμηλής ισχύος εκπομπής είτε λόγω της ιδιαίτερης κυματομορφής (FMCW) είναι εξαιρετικά δύσκολη και αναλαμβάνεται από μοντέρνους ψηφιακούς δέκτες στενού φάσματος (υψηλής ευαισθησίας).

Είναι σημαντικό, ένα μοντέρνο σύστημα ES να διαθέτει ισχυρά εργαλεία ανάλυσης, ώστε να χειρίζεται τις πολύπλοκες και μεταβαλλόμενες κυματομορφές / διαμορφώσεις των συστημάτων ραντάρ και επικοινωνιών (BPSK, QPSK, κτλ), τις οποίες οι παραδοσιακοί δέκτες δυσκολεύονται να αναγνωρίσουν (πχ FMCW, πολύπλοκες δομές πολύ μεγάλου μήκους PRI, κτλ).

Σήμερα, πολλοί τύποι ραντάρ λειτουργούν πολύ κοντά στις συχνότητες, με τα σήματά τους να επικαλύπτονται χρονικά. Ως εκ τούτου, η ανίχνευση επικαλυπτόμενων παλμών και σύνθετων κυματομορφών υπό την παρουσία θορύβου, καθώς επίσης και η έλλειψη της προηγούμενης γνώσης της κυματομορφής, είναι οι νέες απαιτήσεις που αναδύονται για το σχεδιασμό ενός μοντέρνου συστήματος υποκλοπών ES.

Γενικά, για την αντιμετώπιση των νέων απειλών υπάρχει η τάση υιοθέτησης τεχνολογίας ψηφιακών δεκτών υψηλής ευαισθησίας και αναλυτών σήματος που εξάγουν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των χρησιμοποιούμενων κυματομορφών ραντάρ ή επικοινωνιών. Οι πιο μοντέρνοι ψηφιακοί δέκτες εφαρμόζουν απευθείας δειγματοληψία του RF σήματος, ενώ όλες οι βασικές λειτουργίες είναι δυνατό να περιλαμβάνονται μέσα σε ένα μοναδικό ολοκληρωμένο κύκλωμα SOC (System On Chip), με ελάχιστο φυσικό μέγεθος / βάρος και απαιτήσεις ψύξης. Η χρήση ψηφιακών δεκτών διαφαίνεται ως ο μόνος τρόπος για τη βελτίωση της αναγνώρισης απειλών, με 100% πιθανότητα υποκλοπής, ακόμη και στα πιο πυκνά ηλεκτρομαγνητικά περιβάλλοντα.

                                          

                                                   

              

Σχήμα 7(β): Οι θέσεις εγκατάστασης του συστήματος ηλεκτρονικού πολέμου SWEIP Block 2 σε διαφορετικές κλάσεις πλοίων επιφανείας του αμερικανικού ναυτικού.

Το USN αναπτύσσει το πρόγραμμα SEWIP (Surface Electronic Warfare Improvement Program), το οποίο ουσιαστικά αποτελεί σπειροειδή, εκτεταμένη ανάπτυξη / βελτίωση του ήδη υφιστάμενου στα πλοία επιφανείας AN/SLQ-32, για την προστασία από όλων των ειδών τις αναμενόμενες απειλές, όπως πχ τα κατευθυνόμενα βλήματα και τα σμήνη drones.

Σύμφωνα με το πρόγραμμα αυτό, το σύστημα επιτρέπει στο χειριστή την εκτόξευση των ενεργών αναλώσιμων αντιμέτρων Nulka, καθώς και άλλων παθητικών αντιμέτρων (chaffs), ενώ βελτιώνει και επεκτείνει τις δυνατότητες των ηλεκτρονικών παρεμβολών του συστήματος ακόμη και στον τομέα του IR jamming, αλλά και αντιμετώπισης των ερευνητών χιλιοστομετρικών κυμάτων (MMW). Τις αρχικές χαμηλού κόστους βελτιώσεις οθονών και επεξεργαστών (SEWIP Block 1, General Dynamics) διαδέχθηκαν ευρύτερες τροποποιήσεις (SEWIP Block 2, Lockheed Martin), γνωστές και ως AN/SLQ-32(V)6. Αυτές, αφορούσαν σε παθητικές δυνατότητες γεωεντοπισμού, ταξινόμησης και αναγνώρισης των διαφόρων εκπομπών. Η αρχική πρόβλεψη ήταν η εγκατάσταση του Block 2 και στις νέες φρεγάτες FFG(X) (κλάση Constellation), με ενδεχόμενη αναβάθμιση αργότερα σε SEWIP Block 3 Lite, μια συμπαγή έκδοση γνωστή και ως AN/SLQ-32C(V)7.

Σχήμα 8(α): Η διάταξη κεραιών του συστήματος SWEIP Block 3 ή AN/SLQ-32(V)7.

Σε εξέλιξη βρίσκονται ακόμη μεγαλύτερες τροποποιήσεις του προγράμματος (SEWIP Block 3 ή AN/SLQ-32(V)7, Northrop Grumman), που μεταξύ άλλων περιλαμβάνουν τη χρήση ευρέως φάσματος ενεργών στοιχειοκεραιών GaN, για την υποστήριξη της δυνατότητας άμεσης διεξαγωγής ηλεκτρονικών παρεμβολών (EA), εναντίον πολλών διαφορετικών στόχων, προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, ταυτόχρονα. Η εγκατάσταση του SWEIP Block 3 σε αντιτορπιλικά κλάσης Arleigh Burke περιλαμβάνει 4 διατάξεις ενεργών στοιχειοκεραιών, με 4 κεραίες η κάθε μια, δύο για λειτουργίες λήψης / ραδιογωνιομέτρησης (ES) και δύο για λειτουργίες εκπομπής παρεμβολών (ΕΑ). Οι παραγόμενοι λοβοί ακτινοβολίας μπορούν να μεταβάλλονται δυναμικά, προς συγκεκριμένες γωνιακές κατευθύνσεις (δημιουργία πολλαπλών στενών λοβών και ακαριαία στροφή τους σε κλάσμα δευτερολέπτου), για την ταυτόχρονη παρεμβολή των στόχων ενδιαφέροντος, χωρίς να εκπέμπεται ηλεκτρομαγνητική ενέργεια παρεμβολών σε ευρύ γωνιακό τομέα, όπως συμβαίνει με τις παραδοσιακές κεραίες των συμβατικών συστημάτων ΕΑ.

Το εν λόγω σύστημα εφαρμόζει εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης και μηχανικής μάθησης (αλγορίθμους ES & EA, γνωστικού ηλεκτρονικού πολέμου), για την άμεση / ταχεία αντιμετώπιση άγνωστων κυματομορφών, μέσω της δημιουργίας αποτελεσματικών παρεμβολών. Επίσης, χρησιμοποιεί υψηλής ταχύτητας επικοινωνιακές ζεύξεις προηγμένων κυματομορφών και υποστηρίζει δικτυοκεντρική λειτουργία ευρείας μπάντας με άλλες πλατφόρμες (εναέριες, ακόμη και διαστημικές), συμπεριλαμβανόμενου του αναδυόμενου συνεργατικού ηλεκτρονικού πολέμου (cooperative / collaborative electronic warfare),[16] όπως επίσης και λειτουργίες ραντάρ.

Σχήμα 8(β): Η εγκατάσταση του SWEIP Block 3 σε αντιτορπιλικά κλάσης Arleigh Burke περιλαμβάνει 4 διατάξεις ενεργών στοιχειοκεραιών, με 4 κεραίες η κάθε μια από αυτές.

Το εναέριο σύστημα παρεμβολών AOEW (Advanced OffBoard Electronic Warfare) AMP (Active Mission Payload) AN/ALQ-248 της Lockheed Martin μπορεί να λειτουργήσει ανεξάρτητα ή σε συνδυασμό με το SEWIP Block 2 AN/SLQ-32(V)6, για την ανίχνευση επερχόμενων κατευθυνόμενων βλημάτων, την αξιολόγηση του σημείου προς το οποίο κινούνται και της αντιμετώπισης αυτών με ηλεκτρονικά αντίμετρα (EA). Το σύστημα περιλαμβάνεται σε ένα ατρακτίδιο ηλεκτρονικού πολέμου, το οποίο φέρεται από τα ελικόπτερα MH-60R και MH-60S Seahawk.

Σχήμα 9: Το εναέριο σύστημα παρεμβολών AOEW AMP AN/ALQ-248 της Lockheed Martin, φερόμενο σε ατρακτίδιο από τα ναυτικά ελικόπτερα MH-60R/S, μπορεί να λειτουργήσει ανεξάρτητα ή σε συνδυασμό με το SEWIP Block 2 AN/SLQ-32(V) 6, για την ανίχνευση επερχόμενων κατευθυνόμενων βλημάτων, την αξιολόγηση του σημείου προς το οποίο κινούνται και την αντιμετώπιση αυτών με ηλεκτρονικά αντίμετρα (EA).

Το μοντέρνο Ισραηλινό ναυτικό σύστημα Scorpius-N (ELL-8256SB) των IAI/ELTA, για την ηλεκτρονική προστασία πλοίων επιφανείας, βασίζεται στην τεχνολογία GaN των ευρυζωνικών φασικών στοιχειοκεραιών AESA, με αντίστοιχους ενισχυτές στερεάς κατάστασης SSA (Solid State Amplifiers) και πανίσχυρη επεξεργαστική ισχύ.

Το εν λόγω σύστημα αντιμετωπίζει ευρεία γκάμα απειλών σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα ενδιαφέροντος, όπως πχ κατευθυνόμενα βλήματα, UCAV, ραντάρ έρευνας και διεύθυνσης βολής, εναέρια απεικονιστικά ραντάρ (SAR), ραντάρ χαμηλής πιθανότητας υποκλοπής (LPI), επικοινωνιακές ζεύξεις, συστήματα ναυτιλίας, κτλ, με σκοπό την ηλεκτρομαγνητική κυριαρχία (EM dominance). Περιλαμβάνει υποσύστημα ηλεκτρονικών υποκλοπών (ES) σημάτων ραντάρ και επικοινωνιών, υποσύστημα ηλεκτρονικής επίθεσης EA (ECM), καθώς επίσης και άμυνας αντι-drone (ενσωματώνει πολλαπλούς, ελαφρούς αισθητήρες Drone Guard της IAI/ELTA, εμβέλειας ανίχνευσης έως 4.5 km και αναγνώρισης έως 2.5 km).

Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου, το Scorpius-N ανιχνεύει απειλές RF σε μεγάλες αποστάσεις, με εξαιρετικά υψηλότερη ευαισθησία λήψης, ενώ η επαυξημένη ERP (Effective Radiated Power) επιτρέπει να διαταράσσει / μπλοκάρει την ηλεκτρομαγνητική λειτουργία τους με εξαιρετικά ισχυρές και ακριβούς εστίασης δέσμες ηλεκτρονικής επίθεσης, ακόμη και από τους πλευρικούς λοβούς των ραντάρ θυμάτων (χωρίς να παρεμβάλλονται άλλα ραντάρ ή συστήματα στην περιοχή). Η τεχνολογία AESA επιτρέπει τη λειτουργία πολλαπλών σχετικά στενών λοβών, για την εξουδετέρωση πολλαπλών απειλών προς διαφορετικές κατευθύνσεις, ταυτόχρονα. Επίσης, το σύστημα παρακολουθεί και παρουσιάζει συνεχώς την ηλεκτρονική διάταξη μάχης EOB / EORBAT (Electronic Order of Battle). Λειτουργεί μεμονωμένο / ανεξάρτητο ή σε δικτυωμένο με αντίστοιχα συστήματα άλλων μονάδων, για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα.

Ένα επιπλέον σημαντικό πλεονέκτημα της εφαρμοζόμενης τεχνολογίας AESA είναι η δυνατότητα σύμμορφης (conformal) εγκατάστασης των κεραιών πάνω στην υπερκατασκευή, δηλαδή χωρίς μεταβολή του εξωτερικού περιγράμματος του σκάφους, ώστε να μην αυξάνεται σημαντικά η ραδιοδιατομή (RCS) του.

Προσαρμόζεται σε οποιοδήποτε σύστημα μάχης / ραντάρ, για τη μεταφορά δεδομένων / πληροφοριών ES και την παροχή προτάσεων αντίδρασης (soft & hard kill). Επίσης, περιλαμβάνει ηλεκτρονική βιβλιοθήκη παραμέτρων EPL (Electronic Parameters Library), που μέσω αναβαθμίσεων λογισμικού προσαρμόζεται στην αντιμετώπιση των νέων απειλών. Ο παρεμβολέας διαθέτει προτοποθετημένα αρχεία MDF (Mission Defined Files), για αυτοματοποιημένη αντίδραση ή κάτω από τον έλεγχο του χειριστή.

Σχήμα 10(α): Το Ισραηλινό ναυτικό σύστημα Scorpius-N (ELL-8256SB) των IAI/ELTA, για την ηλεκτρονική προστασία πλοίων επιφανείας, βασίζεται στην τεχνολογία GaN των ευρυζωνικών φασικών στοιχειοκεραιών AESA, με αντίστοιχους ενισχυτές στερεάς κατάστασης SSA (Solid State Amplifiers) και πανίσχυρη επεξεργαστική ισχύ.
Σχήμα 10(β): Το επίγειο Ισραηλινό σύστημα soft-kill αεράμυνας Scorpius-G (ELL-8256SB) των IAI/ELTA, βασίζεται στην τεχνολογία GaN των ευρυζωνικών φασικών στοιχειοκεραιών AESA, με αντίστοιχους ενισχυτές στερεάς κατάστασης SSA (Solid State Amplifiers) και πανίσχυρη επεξεργαστική ισχύ. Έχει παρόμοιες δυνατότητες και χαρακτηριστικά με το αντίστοιχο ναυτικό σύστημα Scorpius-N.

   

Χαρακτηριστικά δεκτών ES

Ένας δέκτης ES, θα πρέπει παραδοσιακά να εκτελεί με επιτυχία τουλάχιστον τις ακόλουθες σημαντικές λειτουργίες:[17]

  • Έρευνα με υψηλή πιθανότητα εντοπισμού υποκλοπής POI (Probability of Intercept)[18] και ταχεία μέτρηση των παραμέτρων των σημάτων ραντάρ οποιασδήποτε συχνότητας, από οποιαδήποτε γωνιακή κατεύθυνση.
  • Ανάλυση και καθορισμός τύπου διαμόρφωσης και λοιπών χρήσιμων χαρακτηριστικών των υποκλαπέντων σημάτων.
  • Αναγνώριση του κάθε υποκλαπέντος σήματος και αντίστοιχου φορέα/πλατφόρμας, με βάση τη βιβλιοθήκη απειλών και παροχή ανάλογης προειδοποίησης.

Για την πλήρη επίτευξη των ανωτέρω λειτουργιών, στην πραγματικότητα απαιτούνται πολλές διαφορετικές κεραίες λήψης και πολλοί διαφορετικών τύπων δέκτες.

Οι βασικές απαιτήσεις και παράμετροι λειτουργίας μιας συσκευής ESM είναι οι ακόλουθες:

  • Ακρίβεια διόπτευσης (DF accuracy)

H ακρίβεια διόπτευσης ενός συστήματος ES εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και υπολογίζεται πειραματικά από τον ακόλουθο τύπο, σε μοίρες (rms):

όπου,  Ν το πλήθος των μετρήσεων, ενώ το σφάλμα διόπτευσης αφορά στη διαφορά μεταξύ εκτιμώμενης και παρατηρούμενης τιμής

Γενικά, η παρεχόμενη ακρίβεια διοπτεύσεων χειροτερεύει προς τις χαμηλότερες συχνότητες, ανεξαρτήτως συστήματος.

Για την εξαγωγή της γωνιακής κατεύθυνσης του λαμβανόμενου σήματος, μπορεί να εφαρμοσθεί είτε η τεχνική της σύγκρισης πλάτους είτε η τεχνική της σύγκρισης φάσης (και οι δύο είναι μονοπαλμικές τεχνικές). Επίσης, υπάρχουν ορισμένες επιπρόσθετες τεχνικές (αλγόριθμοι) υψηλής ανάλυσης, οι οποίες μπορεί να εφαρμόζονται γενικότερα σε συστήματα SIGINT.

Tα συστήματα σύγκρισης πλάτους (amplitude comparison DF) παρουσιάζουν σχετικά υψηλότερη ευαισθησία, αλλά χειρότερη ακρίβεια διοπτεύσεων (τυπικά ±3° έως ±15° rms). Συνήθως, την τεχνική αυτή εφαρμόζουν οι δέκτες έγκαιρης προειδοποίησης άμεσης απειλής (RWR).

Τα συστήματα σύγκρισης φάσης (phase interferometer DF) παρουσιάζουν σχετικά χαμηλότερη ευαισθησία, αλλά υψηλότερη ακρίβεια διοπτεύσεων (τυπικά ±0.1° έως ±3° rms). Συνήθως, την τεχνική αυτή εφαρμόζουν οι δέκτες ESM επιτήρησης και τα συστήματα στοχοποίησης SEAD  (Suppression of Enemy Air Defense).[19]

Εξαιρετική ακρίβεια διοπτεύσεων (καλύτερη από ±1° rms) που ανταγωνίζεται τα συστήματα σύγκρισης φάσης, αλλά με χαμηλότερο κόστος υλοποίησης, παρουσιάζει ο δέκτης σύγκρισης φάσης διπλού καναλιού IF (Intermediate Freq.), με υποβιβασμό συχνότητας (downconverter). Η τεχνική αυτή τείνει να αντικαταστήσει τα απλά συστήματα σύγκρισης πλάτους.

  • Συνολικό φασματικό εύρος λειτουργίας (frequency range/coverage)

Συνήθως κυμαίνεται από 0.2 έως 18 GHz, ενώ η απαίτηση για την αντιμετώπιση όλων των μοντέρνων απειλών εκτείνεται έως και τα 42 GHz (με προοπτική τα 94 GHz για την αντιμετώπιση ενεργών RF seeker κατευθυνόμενων βλημάτων). Λόγω της πολύ μεγάλης φασματικής έκτασης, αναγκαστικά το εύρος αυτό διαμοιράζεται σε πολλούς ανεξάρτητους δέκτες (έως και 6). Συνήθως, οι επικοινωνιακές ζεύξεις λειτουργούν σε περιοχές <5 GHz, τα συστήματα ραντάρ στην περιοχή 1-12 GHz, ενώ οι ενεργοί RF ερευνητές των κατευθυνόμενων βλημάτων άνω των 8 GHz.

  • Ακρίβεια μέτρησης συχνοτήτων (frequency accuracy/resolution)

Η ακρίβεια μέτρησης της συχνότητας λειτουργίας αποτελεί χαρακτηριστική και ιδιαίτερα κρίσιμη παράμετρο αναγνώρισης των διαφόρων τύπων ραντάρ. Μετράται σε MHz, πχ ±1 έως ±5 MHz (rms) ή σε ποσοστιαία τιμή (0.1 – 0.5%), ανάλογα με τη συχνότητα λήψης και τον τύπο του δέκτη. Συνήθως, η ακρίβεια χειροτερεύει προς τις υψηλότερες συχνότητες.

Οι πρώτοι δέκτες RWR, οι οποίοι ήταν αποκλειστικά κρυσταλλικοί (CVR), για τη μέτρηση της συχνότητας χρησιμοποιούσαν είτε πολλά φίλτρα είτε ένα συντονιζόμενο φίλτρο RF σχετικά στενότερου εύρους διέλευσης συχνοτήτων (TRF). Η τεχνική IFM που περιγράφεται παρακάτω παρέχει ακριβέστερες μετρήσεις συχνότητας. Επίσης, η τεχνική autohet frequency counter βασίζεται στην ετεροδύνωση και παρέχει αυτόματα υψηλής ακρίβειας μετρήσεις συχνότητας, από CW έως μερικές δεκάδες GHz, με ικανοποιητική ευαισθησία (μερικών δεκάδων dBm).

  • Eυαισθησία (sensitivity)

Αποτελεί πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό των δεκτών ES. Εκφράζει την ασθενέστερη στάθμη του λαμβανόμενου σήματος (dBm), την οποία μπορεί να ανιχνεύσει η συσκευή μέσα στο θόρυβο. Κάτω από την τιμή της ευαισθησίας, ο δέκτης δεν μπορεί να ανιχνεύσει κάποιο σήμα. Συνήθως, υψηλή ευαισθησία και μεγάλο φασματικό εύρος λειτουργίας δεν επιτυγχάνονται ταυτόχρονα. Μοντέρνες συσκευές διαθέτουν αρκετά υψηλή ευαισθησία, τυπικά κυμαινόμενη από -60 έως -90 dBm (dB re 1 mW) ή ακόμη περισσότερο (συνήθως οι υψηλότερες τιμές ευαισθησίας αφορούν τα σήματα CW και οι χαμηλότερες τιμές τα παλμικά).[20] Προσοχή απαιτεί η υπερβολικά αυξημένη ευαισθησία λήψης σε παράκτια περιβάλλοντα, όπου είναι δυνατό να εισάγονται έντονες παρασιτικές αντανακλάσεις. Για τη μείωση των παρασιτικών ανακλάσεων που προέρχονται από την ίδια την πλατφόρμα, οι κεραίες λήψης του συστήματος ES των πολεμικών πλοίων τοποθετούνται στο υψηλότερο δυνατό σημείο της υπερκατασκευής.

  • Συχνότητα επανάληψης παλμών PRF (pulse repetition frequency)

Αποτελεί χαρακτηριστική και ιδιαίτερα κρίσιμη παράμετρο αναγνώρισης των διαφόρων τύπων ραντάρ. Η τιμή PRF (που ισοδυναμεί με το αντίστροφο της περιόδου επανάληψης PRI) των συστημάτων ραντάρ κυμαίνεται από μερικά Hz έως 300.000 Ηz ή παλμοί/sec (σε κάποιες περιπτώσεις έως και 2.000.000 Hz) και μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια της τάξης τoυ ±1 Hz.

  • Πυκνότητα παλμών (pulse density)

Με την πάροδο του χρόνου, το επιχειρησιακό περιβάλλον γίνεται όλο και πιο πολυσύχναστο και πολύπλοκο, ως αποτέλεσμα του πλήθους των πηγών σήματος, όπως πλοία, αεροπλάνα, σύνθετοι πομποί, επικοινωνίες και δίκτυα κινητής τηλεφωνίας. Παραδοσιακά, η πυκνότητα παλμών, αποτελεί το συνολικό πλήθος παλμών από διαφορετικά ραντάρ, τα οποία μπορεί να λάβει και να επεξεργαστεί ταυτόχρονα ένα σύστημα ES (σε πραγματικό χρόνο). Μετράται σε παλμούς ανά δευτερόλεπτο pps (pulses per second), πχ από 100.000 pps έως και 5.000.000 pps (throughput capacity) ή ακόμη περισσότερο, απαιτώντας ανάλογη επεξεργαστική ικανότητα. Σε πολύ βεβαρημένο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον επιχειρήσεων, με εκατοντάδες πομπούς να εκπέμπουν ταυτόχρονα στην ίδια γεωγραφική περιοχή, είναι δυνατό να παρατηρηθούν έως και δεκαπλάσιες τιμές πυκνότητας παλμών. Στις περιπτώσεις αυτές, για διατήρηση υψηλής πιθανότητας υποκλοπής (POI) απαιτούνται ψηφιακοί δέκτες ES με ισχυρή υπολογιστική ικανότητα επεξεργασίας σήματος. Συνήθως, σημαντική πυκνότητα παλμών παρατηρείται με την αύξηση της ευαισθησίας λήψης του δέκτη και του ύψους πτήσης του φορέα ES. Το τελευταίο, αφορά κυρίως σε αεροσκάφη επιτήρησης και λιγότερο σε χαμηλά ιπτάμενα μαχητικά αεροσκάφη και πλοία επιφανείας. Έτσι, για δέκτες RWR αεροσκαφών σε ρόλο επιχειρήσεων απομόνωσης περιοχής (air interdiction) αναμένεται πυκνότητα παλμών 1-5×106 pps, προερχόμενη από τα εχθρικά ραντάρ (έρευνας αέρος, αντιαεροπορικών συστημάτων, αεροσκαφών, βλημάτων, κτλ). Για δέκτες ESM πολεμικών πλοίων, στη δυσμενέστερη περίπτωση αναμένεται πυκνότητα παλμών 1-3×105 pps προερχόμενη τόσο από τα εχθρικά ραντάρ (αεροσκαφών, πλοίων επιφανείας, υποβρυχίων, βλημάτων) όσο και από φίλιες παρεμβολές και εκπομπές τρίτων.

  • Μήκος ή διάρκεια παλμού PW (pulse width)

Αποτελεί χαρακτηριστική και ιδιαίτερα κρίσιμη παράμετρο αναγνώρισης των διαφόρων τύπων ραντάρ. To μήκος παλμού των παλμικών ραντάρ κυμαίνεται από 40 nsec έως 250 μsec και μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια της τάξης των ±0.02 έως ±0.2 μsec. Τα μεγαλύτερα μήκη παλμού αντιστοιχούν σε ραντάρ που εφαρμόζουν τεχνικές συμπίεσης (pulse compression).

Μια τεχνική μέτρησης PW είναι μέσω της διέλευσης του παλμού από κάποιο υψιπερατό φίλτρο (high-pass filter). Το αποτέλεσμα είναι μια θετική αιχμή (positive spike) κατά την έναρξη και μια αρνητική αιχμή (negative spike) στο τέλος του παλμού. Το χρονικό διάστημα μεταξύ των δύο αιχμών παρέχει ικανοποιητική εκτίμηση της διάρκειας του παλμού. Η ψηφιοποίηση ολόκληρου του παλμού, με τη χρήση υψηλής συχνότητας δειγματοληψίας, αποτελεί προτιμότερη μέθοδο. Η τεχνική αυτή, παρέχει επί πλέον και τη δυνατότητα ακριβούς απεικόνισης της μορφής / διαμόρφωσης του παλμού.

Επισημαίνεται ότι το στιγμιαίο εύρος διέλευσης συχνοτήτων (IBW) ενός δέκτη υποκλοπών θα πρέπει να είναι πολύ ευρύτερο από το αντίστροφο της διάρκειας του υποκλεπτόμενου παλμού ραντάρ (τουλάχιστον 2.5 φορές μεγαλύτερο), διαφορετικά η εκτίμηση της αρχής και του τέλους των παλμών δεν είναι δυνατό να προσδιορισθεί με ευκρίνεια.

Για τα μοντέρνα συστήματα ραντάρ φασικών στοιχειοκεραιών απαιτούνται εξειδικευμένες ψηφιακές τεχνικές προσδιορισμού και μέτρησης των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των παλμών, οι οποίες βοηθούν σημαντικά τόσο στη θετική αναγνώριση του συγκεκριμένου τύπου και φορέα ραντάρ, όσο και της κατάστασης λειτουργίας του.

  • Τύπος και περίοδος σάρωσης κεραίας (aerial scan type & scan / rotation period)

Αποτελεί χαρακτηριστική και ιδιαίτερα χρήσιμη παράμετρο αναγνώρισης των διαφόρων τύπων ραντάρ και των τρόπων λειτουργίας αυτών (operation modes). Ανάλογα με το είδος της σάρωσης (scan type) μπορεί να λαμβάνει τις ακόλουθες τυπικές τιμές:

  • Circular scan: 1-21 sec
  • Raster scan: 0.5-21 sec
  • Helical scan: 3-10 sec
  • Bi-directional sector scan: 0.3-12 sec
  • Uni-directional sector scan: 30-80 msec
  • Electronic TWS: 10 msec – 15 sec (χρόνος κατάδειξης/φωτισμού)
  • TWS: 10-80 msec
  • Conical scan: 10-80 msec
  • Χρόνος αντίδρασης (reaction time)

Εκφράζει το χρονικό διάστημα, από τη στιγμή της εισόδου του λαμβανόμενου σήματος στο σύστημα ES, μέχρι την απεικόνισή του στον ενδείκτη. Για τα μοντέρνα συστήματα ES, ο χρόνος αντίδρασης κυμαίνεται περίπου από 0.5 έως 1 sec. Αποτελεί πολύ σημαντική παράμετρο για την αποτελεσματική αντιμετώπιση επερχόμενων κατευθυνόμενων βλημάτων.

Πέραν των ανωτέρω υπάρχουν ακόμη αρκετές παράμετροι που είναι δυνατό να μετρηθούν για περαιτέρω εκμετάλλευση και αξιολόγηση, όπως πχ πλάτος σήματος (amplitude), πόλωση σήματος (polarization), διαμόρφωση παλμών (πχ FM ή CW), κτλ.

Κάποιες παράμετροι εξάγονται από έναν και μοναδικό παλμό (intra-pulse), ενώ άλλες από μεγαλύτερο αριθμό παλμών (inter-pulse). Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν, η συχνότητα φέρουσας RF, η διάρκεια παλμού PW, ο χρόνος άφιξης (TOA), η γωνία άφιξης και το πλάτος σήματος, η διαμόρφωση του παλμού (πλάτους, συχνότητας, φάσης), παράμετροι οι οποίες αναφέρονται ως διάνυσμα PPV (Pulse Parameter Vector). Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν η τιμή PRI και η περίοδος σάρωσης της κεραίας (ASP), παράμετροι οι οποίες εξάγονται χρησιμοποιώντας πολλά διαδοχικά διανύσματα PPV. Σε πυκνό περιβάλλον ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών είναι σημαντική η δυνατότητα διαχωρισμού μεταξύ των διαφορετικών διανυσμάτων PPV, μέσω εφαρμογής τεχνικών επαναδιάταξης (de-interleaving) σε ομάδες (clusters).

Επισημαίνεται ότι η αναγνώριση του υποκλαπέντος σήματος και του αντίστοιχου φορέα / πλατφόρμας, βασίζεται στη χρήση ενημερωμένης και ακριβούς βιβλιοθήκης παραμέτρων συστημάτων ραντάρ. Τα μοντέρνα συστήματα ESM διαθέτουν βιβλιοθήκη παραμέτρων για περισσότερους από 2000 τύπους και τρόπους λειτουργίας ραντάρ.

Ενδιαφέρον αποτελεί το γεγονός,, ότι είναι δυνατή η διάκριση / αναγνώριση ακόμη και μεταξύ ραντάρ του ίδιου τύπου σε διαφορετικές πλατφόρμες, από τη μέτρηση συγκεκριμένων παραμέτρων, όπως πχ χρόνος ανόδου παλμών και φασική συμφωνία, που σχετίζονται με κατασκευαστικές ατέλειες / ανοχές διαφόρων εξαρτημάτων / υπομονάδων, όπως τοπικοί ταλαντωτές, ενισχυτές ισχύος, κτλ.

Πολύ σημαντική σε ένα σύστημα ES είναι η λεγόμενη μονάδα ακύρωσης (blanking unit), η οποία έχει σκοπό την καταστολή της λήψης όλων των εκπομπών από τα ραντάρ του φορέα του (αποφυγή αμοιβαίων παρεμβολών). Στη μονάδα αυτή, θα πρέπει να καταλήγουν οι παλμοί συγχρονισμού όλων των λειτουργούντων συστημάτων ραντάρ της φέρουσας πλατφόρμας (πχ πλοίου επιφανείας), οι οποίοι μετατρέπονται σε παλμούς ακύρωσης και επενεργούν στο σύστημα ES, έτσι ώστε αυτό να καθίσταται ‘αναίσθητο’ σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές και καθορισμένες περιοχές συχνοτήτων.

Τεχνικές μέτρησης γωνίας αζιμουθίου (διόπτευσης)

Παραδοσιακά, οι δέκτες επιτήρησης υψηλής ευαισθησίας/κέρδους και χαμηλής πιθανότητας υποκλοπής χρησιμοποιούν είτε μια απλή μηχανικά περιστρεφόμενη υψηλής κατευθυντικότητας κεραία (spinning ή rotating directional antenna), είτε μια σταθερή στοιχειοκεραία αποτελούμενη από δύο ή περισσότερα σταθερά στοιχεία, όπως πχ σπειροειδείς κεραίες (spiral aerials).

Στην πρώτη περίπτωση, ο προσδιορισμός της κατεύθυνσης της πηγής επιτυγχάνεται με την περιστροφή της κατευθυντικής κεραίας, μέχρι τη θέση μεγιστοποίησης του κέρδους/πλάτους του λαμβανόμενου σήματος. Η τεχνική των περιστρεφόμενων κεραιών δεν συνηθίζεται σε απλά συστήματα ESM, αλλά συναντάται κυρίως σε συστήματα ELINT, λόγω της υψηλής ευαισθησίας λήψης που παρουσιάζει (μεγαλύτερες αποστάσεις εντοπισμού). Επιτυγχάνει πολύ υψηλή ακρίβεια μέτρησης γωνίας, της τάξης του 1/10 του γωνιακού εύρους του κύριου λοβού, όμως αποτελεί διάταξη χαμηλής πιθανότητας υποκλοπής (POI).

Στη δεύτερη περίπτωση της σταθερής στοιχειοκεραίας εφαρμόζεται είτε η τεχνική σύγκρισης φάσης (phase comparison ήphase interferometry) είτε η τεχνική σύγκρισης πλάτους (amplitude comparison). Και οι δύο τεχνικές επιτυγχάνουν στιγμιαία μέτρηση της γωνίας αζιμουθίου (μονοπαλμικές μέθοδοι), δηλαδή θεωρητικά με την εκμετάλλευση ενός και μοναδικού παλμού.

Η τεχνική σύγκρισης φάσης βασίζεται στη μέτρηση της διαφοράς φάσης μεταξύ των σημάτων που λαμβάνουν δύο κεραίες (μέχρι τους αντίστοιχους ανιχνευτές φάσης), από την οποία προκύπτει απευθείας η γωνία άφιξης του σήματος. Για το σκοπό αυτό, ο ακριβής συγχρονισμός μεταξύ των διαφορετικών καναλιών λήψης είναι κρίσιμης σημασίας. Τυπικά, χρησιμοποιούνται γραμμικές (μη ομοιόμορφες), κυκλικές ή άλλες γεωμετρικές διατάξεις από 3 έως 5 όμοιες κεραίες. Για υψηλότερη ακρίβεια μετρήσεων, οι αποστάσεις μεταξύ των πιο απομακρυσμένων κεραιών θα πρέπει να είναι όσο το δυνατό μεγαλύτερες. Η συγκεκριμένη τεχνική είναι σχετικά περίπλοκη, όμως υπό συνθήκες έχει τη δυνατότητα να επιτύχει τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια μέτρησης διόπτευσης (±1° έως ±3° rms ή ακόμη και λιγότερο), ενώ εμφανίζει σχετική αναισθησία σε φαινόμενα πολλαπλής διάδοσης (multipaths). Για τους λόγους αυτούς, εφαρμόζεται ευρέως σε μοντέρνες διατάξεις ESM, όπως πχ στο τακτικό ναυτικό σύστημα CS-3701S[21] της Harris Corporation (πρώην EDO), αλλά και στα εναέρια συστήματα SPECTRA (Rafale) της Thales, Falcon Edge (F-16E/F) της Northrop Grumman, AΝ/ΑLR-94 (F-22) της BAE, κτλ.

Η ακρίβεια (σφάλμα) διόπτευσης Δθ στην περίπτωση της τεχνικής σύγκρισης φάσης υπολογίζεται από την παραγώγιση της σχέσης Δφ = 2π(d sinθ)/λ :

όπου Δφ είναι το φασικό σφάλμα του συστήματος (σφάλμα μέτρησης της φασικής ολίσθησης του σήματος)

                           θ είναι η γωνία διόπτευσης (άφιξης) του σήματος

                           λ είναι το μήκος κύματος του λαμβανόμενου σήματος

dλ είναι η απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών στοιχείων της κεραίας (baseline)

Για παράδειγμα, η δημοφιλής σπειροειδής κεραία του Αρχιμήδη (cavity-backed spiral) παρουσιάζει σφάλμα φάσης έως και 6° rms, ενώ οι συνεργαζόμενοι δέκτες έως και 9º rms, δηλαδή συνολικό σφάλμα φάσης 11º rms. Για τυπική τιμή SNR = 16 dB, ο θόρυβος φάσης είναι περίπου 9º. Για τα συγκεκριμένα σφάλματα φάσης και για γωνία άφιξης 45º, προκειμένου να επιτευχθεί γωνιακή ακρίβεια 0.1º rms απαιτείται φυσικός διαχωρισμός 25λ (γραμμή βάσης), ενώ για ακρίβεια 1º rms απαιτείται φυσικός διαχωρισμός 2.5λ.

Σχήμα 12: Γεωμετρία της τεχνικής σύγκρισης φάσης (μέτρησης Δφ), για τον προσδιορισμό της γωνίας άφιξης θ του σήματος. Οι δύο κεραίες είναι πανομοιότυπες και παράλληλα τοποθετημένες.

Σχήμα 13: Η επίπτωση του σφάλματος της μετρηθείσας διαφοράς φάσης Δφ στο σφάλμα της γωνιακής μέτρησης άφιξης του σήματος Δθ, σύμφωνα με την τεχνική σύγκρισης φάσης.
Σχήμα 14: Παράδειγμα μονοπαλμικής γωνιομέτρησης σύγκρισης φάσης, με βάση την παλαιότερη αναλογική αρχιτεκτονική ανίχνευσης φάσης των δεκτών IFM (quadrature phase discriminator). Τυπικά, κάθε κεραία αντιστοιχεί σε κανάλι λήψης, πχ υπερετερόδυνης αρχιτεκτονικής, ενώ το σήμα μπορεί να ψηφιοποιείται για περαιτέρω επεξεργασία και εφαρμογή αλγορίθμων υπολογισμού της γωνίας άφιξης. Η αυστηρή διακρίβωση της ανισορροπίας φάσης μεταξύ των καναλιών, μέσω κάποιου πίνακα διακρίβωσης, αποτελεί απαραίτητη διαδικασία για την επίτευξη μετρήσεων ακριβείας. Οι νεότεροι δέκτες είναι πολυκάναλοι ψηφιακοί, για επαυξημένο στιγμιαίο δυναμικό εύρος (εξαρτώμενο από το πλήθος των bits) και για μεγαλύτερη ευελιξία.
Πίνακας 1: Τυπικές επιδόσεις τεχνικής σύγκρισης φάσης

Η τιμή της κλίσης ραδιογωνιομέτρησης (DF Slope) αποτελεί σημαντικό δείκτη επίδοσης της τεχνικής. Για παράδειγμα, κλίση 15.71 degEL/degDOA σημαίνει ότι μια μοίρα γωνιακής άφιξης εισάγεται από 15.71 μοίρες ηλεκτρικής διαφοράς φάσης. Επίσης, σημαίνει ότι μετρηθείσα διαφορά φάσης μιας μοίρας προκαλεί σφάλμα γωνίας άφιξης 1/15.71 ≈ 0.06°. Είναι φανερό, ότι όσο υψηλότερη είναι η κλίση ραδιογωνιομέτρησης ή μεγαλύτερος ο διαχωρισμός των κεραιών (απόσταση βάσης), τόσο ταχύτερη και ακριβέστερη είναι η μέτρηση (μικρότερο σφάλμα γωνίας). Όμως, αυξάνεται το επίπεδο αμφιβολίας της μετρούμενης φάσης, επειδή διαφορετικά μέτωπα κύματος καταφθάνουν σε διαφορετικές κεραίες. Αυτό σημαίνει, ότι οι πραγματικά μετρηθείσες γωνίες φάσης μπορεί να αφορούν σε πολλές γωνίες πλήρους περιστροφής 360°, αριστερόστροφα ή δεξιόστροφα. Η επίλυση της εν λόγω αμφιβολίας αποτελεί σημαντικό θέμα για την τεχνική μέτρησης φάσης και διεξάγεται με διάφορους τρόπους.

Ειδικότερα, για την επίλυση της αμφιβολίας της μέτρησης φάσης απαιτούνται κάποιες συμπληρωματικές κεραίες μικρότερης γραμμής βάσης (τουλάχιστον τρεις ανά συμβολομετρικό πάνελ), καθώς επίσης η επιλογή των κατάλληλων αλγορίθμων.

Η τεχνική σύγκρισης φάσης είναι εξαρτώμενη από τη συχνότητα του σήματος (η ακρίβεια μέτρησης χειροτερεύει προς τις χαμηλότερες συχνότητες) και επομένως είναι πολύ σημαντική η κατάλληλη επιλογή του πλήθους των φασματικών ζωνών που απαιτείται να υποδιαιρεθεί η συνολική μπάντα λειτουργίας και αντίστοιχα υποδιαιρείται και το συμβολομετρικό πάνελ των κεραιών.

Σχήμα 15: Παραδείγματα συστημάτων σύγκρισης φάσης, στη συνήθη μορφή των συμβολομετρικών κεραιών πάνελ (τυπικού γωνιακού εύρους 120°), εγκατεστημένων πλευρικά σε εναέρια πλατφόρμα (side looking), καθώς επίσης στον κύριο ιστό ναυτικής πλατφόρμας.

Οι τεχνικές σύγκρισης πλάτους (amplitude comparison) βασίζονται στη μέτρηση των σχετικών πλατών των σημάτων που λαμβάνονται από τους λοβούς δύο ή περισσότερων κεραιών (τυπικά έως και 8), που έχουν διαφορετικό γωνιακό προσανατολισμό ως προς το στόχο. Η μέτρηση της αζιμουθιακής κατεύθυνσης λήψης του σήματος επιτυγχάνεται μέσω της σύγκρισης πλάτους των σημάτων των κεραιών αυτών, και συγκεκριμένα προκύπτει από τον υπολογισμό του λόγου των στιγμιαίων πλατών του σήματος μεταξύ δύο γειτονικών κεραιών (λοβών λήψης). Επειδή ο λόγος αυτός μεταβάλλεται σχετικά αργά, ο συγχρονισμός μεταξύ των καναλιών είναι λιγότερο απαιτητικός, ως προς την τεχνική σύγκρισης φάσης.

Σε πολεμικά πλοία, πολλές φορές χρησιμοποιούνται εξαγωνικές ή οκταγωνικές συστοιχίες κεραιών, πάνω στον κεντρικό ιστό. Η συγκεκριμένη τεχνική επιβάλλει αυστηρές προδιαγραφές στη μορφή των διαγραμμάτων ακτινοβολίας των κεραιών, γεγονός που δεν είναι ιδιαίτερα σημαντικό για άλλες τεχνικές γωνιακής μέτρησης.

Τη μέθοδο σύγκρισης πλάτους εφαρμόζουν σχεδόν όλοι οι παλαιότεροι δέκτες έγκαιρης προειδοποίησης άμεσης απειλής (RWR), με πολλαπλή κεραία περιφερειακής κάλυψης (omnidirectional antenna), πχ 4, 6 ή 8 σταθερών και ισαπεχόντων μεταξύ τους στοιχείων, καθένα από τα οποία διαθέτει το δικό του ανεξάρτητο δέκτη. Η μέθοδος σύγκρισης πλάτους χαρακτηρίζεται από χαμηλότερο κόστος υλοποίησης και πολυπλοκότητα. Επιτυγχάνει υψηλή πιθανότητα υποκλοπής, αλλά σχετικά περιορισμένη ακρίβεια μέτρησης διόπτευσης, εξαρτώμενη από το πλήθος των στοιχείων (τυπικά ±15° για 2 στοιχεία, ±10° rms για 4 στοιχεία και ±6° rms για 8 στοιχεία). Επίσης, έχει παρατηρηθεί στην πράξη ότι η ακρίβεια μέτρησης των διοπτεύσεων με διατάξεις σύγκρισης πλάτους εξαρτάται ακόμη και από την εκάστοτε απόσταση του στόχου. Οι διατάξεις αυτές διαθέτουν σχετικά υψηλότερη ευαισθησία λήψης (μερικά dΒ διαφορά πλάτους προκαλούν μεγάλα γωνιακά σφάλματα). Για το λόγο αυτό, οι πολλαπλές διαδρομές διάδοσης (multipaths), μπορεί να προκαλέσουν σοβαρά σφάλματα διόπτευσης.[22]

Για κεραία Gaussian λοβού, η επιτυγχανόμενη ακρίβεια διόπτευσης Δθ στην περίπτωση της τεχνικής σύγκρισης πλάτους υπολογίζεται ότι είναι:

όπου ΔCdB είναι ο μετρούμενος λόγος των μονοπαλμικών πλατών [dB], μεταξύ γειτονικών λοβών

S είναι η γωνία εκκεντρότητας (squint angle) μεταξύ γειτονικών κεραιών, σε μοίρες

φBW είναι το γωνιακό εύρος του λοβού της κάθε κεραίας, σε μοίρες

Σχήμα 16: Διαγράμματα ακτινοβολίας (Gaussian λοβών λήψης) δύο γειτονικών κεραιών τεχνικής σύγκρισης πλάτους, για τον προσδιορισμό της γωνίας άφιξης θ του σήματος, σε πολικές συντεταγμένες.

Σχήμα 17: Διαγράμματα ακτινοβολίας (Gaussian λοβών λήψης) δύο γειτονικών κεραιών τεχνικής μέτρησης πλάτους, σε καρτεσιανές συντεταγμένες.
Σχήμα 18: Παράδειγμα γωνιομέτρησης σύγκρισης πλάτους, μέσω περιστρεφόμενης κεραίας, μηχανικά (rοtating beam) ή ηλεκτρονικά (scanning beam / sequential lobing). Η μετακίνηση του κύριου λοβού παρέχει διαδοχικά σήματα διαφορετικού πλάτους, από τα οποία είναι δυνατό να εκτιμηθεί η γωνία άφιξης του σήματος.

Σχήμα 19: Παράδειγμα μονοπαλμικής γωνιομέτρησης σύγκρισης πλάτους.[23] Ο ίδιος παλμός λαμβάνεται από τους λοβούς δύο ή τριών διαφορετικών κεραιών, προς διαφορετικές κατευθύνσεις (squinted beams). Η ακρίβεια μέτρησης βελτιώνεται με τη χρήση περισσότερων κεραιών και τη μείωση του γωνιακού εύρους των λοβών τους. Το σήμα κάθε κεραίας αποτελεί ανεξάρτητο κανάλι κρυσταλλικού δέκτη ή υπερετερόδυνου για μεγαλύτερη ακρίβεια μέτρησης, το οποίο ψηφιοποιείται για περαιτέρω επεξεργασία και εφαρμογή αλγορίθμων υπολογισμού της γωνίας άφιξης του σήματος.

Το κανάλι λήψης κάθε κεραίας κατά την τεχνική σύγκρισης πλάτους προτιμάται να είναι λογαριθμικό, για τους ακόλουθους λόγους:

  • Οι λόγοι των πλατών υπολογίζονται ευκολότερα ως διαφορές λογαρίθμων.
  • Συνήθως, τα σήματα ραντάρ είναι σταθερής περιβάλλουσας (χωρίς διαμόρφωση πλάτους), οπότε ο λογαριθμικός δέκτης δεν εισάγει παραμόρφωση.
  • Επιτυγχάνουν μεγαλύτερο δυναμικό εύρος λειτουργίας, για την ανίχνευση ασθενών σημάτων υπό την παρουσία ισχυρών παρασίτων.
Πίνακας 2: Τυπικές επιδόσεις τεχνικής σύγκρισης πλάτους

Η τιμή της κλίσης ραδιογωνιομέτρησης (DF Slope) αποτελεί σημαντικό δείκτη επίδοσης της τεχνικής. Για παράδειγμα, κλίση 0.4 dΒ/deg σημαίνει ότι μια μοίρα γωνιακής άφιξης εισάγεται από 0.4 dB διαφορά πλάτους, όπως επίσης ότι μετρηθείσα διαφορά πλάτους 1 dB προκαλεί σφάλμα γωνίας άφιξης 1/0.4 ≈ 2.5°.

Σχήμα 20: Παράδειγμα συστήματος σύγκρισης πλάτους, που περιλαμβάνει 6 κεραίες, εγκατεστημένες περιμετρικά σε μεγάλη εναέρια πλατφόρμα.

Πολλά συστήματα που συνδυάζουν τις μονοπαλμικές τεχνικές σύγκρισης πλάτους και φάσης μεταξύ τους, για τον ταχύτατο και ακριβέστερο γωνιομετρικό υπολογισμό σε πραγματικό χρόνο, στοιχείο πολύ σημαντικό για την επακόλουθη εκτέλεση αποτελεσματικών ηλεκτρονικών παρεμβολών. Παράδειγμα αποτελεί το παλαιό ναυτικό σύστημα APECS II, το οποίο για τον προσδιορισμό της γωνιακής διεύθυνσης χρησιμοποιεί δύο μονάδες μονοπαλμικών δεκτών, με συνολικά 24 κεραίες.

Βασικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα που διαθέτουν αρκετοί αναλογικοί δέκτες ESM είναι οι λεγόμενοι λογαριθμικοί ενισχυτές video ανιχνευτές DLVA (Detection Log Video Amplifiers). Αυτοί, αποτελούν ενισχυτές ευρέως φάσματος (broadband RF) για παλμικά σήματα διάρκειας από 30 nsec έως και CW. Βρίσκονται αμέσως μετά από τους προενισχυτές RF χαμηλού θορύβου της διάταξης των κεραιών λήψης ευρέως φάσματος, οι οποίες μεταξύ των άλλων χρησιμοποιούνται και για τη στιγμιαία μέτρηση της συχνότητας (IFM) και της αζιμουθιακής κατεύθυνσης των λαμβανόμενων σημάτων (πχ μέσω σύγκρισης φάσης για την επίτευξη υψηλότερης ακρίβειας). Κάθε DLVA αποτελείται από έναν ανιχνευτή RF (δίοδος φράγματος Schottky ή δίοδος σήραγγας μηδενικής πόλωσης), ακολουθούμενος από ένα λογαριθμικό ενισχυτή βίντεο (LVA). Ο ανιχνευτής μετατρέπει το σήμα RF σε σήμα συνεχούς τάσης, η οποία στη συνέχεια ενισχύεται από το λογαριθμικό ενισχυτή (με λογαριθμική συνάρτηση μεταφοράς). Έτσι, ένας DLVA μετατρέπει το σήμα RF από γραμμική σε λογαριθμική κλίμακα τάσης video, προκειμένου να μπορούν να παρατηρηθούν σήματα μεγάλου πλάτους. Οι τάσεις εξόδου μπορούν στη συνέχεια να υποστούν περαιτέρω επεξεργασία και τελικά να εμφανιστούν σε κάποια οθόνη.

Η εφαρμογή της μικροκυματικής τεχνολογίας MMIC εξασφαλίζει την απαιτούμενη ομοιομορφία χαρακτηριστικών λειτουργίας των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων DLVA. Τα λεγόμενα SDLVA (Successive Detection Log Video Amplifiers) αποτελούν ενισχυτές παλμών πολύ σύντομων χρόνων ανόδου και αποκατάστασης (εφαρμόζουν λογαριθμική ενίσχυση RF), υψηλότερης ευαισθησίας (-90 dBm, δηλαδή επιτυγχάνουν ανίχνευση σημάτων της τάξης των picowatts), με γραμμικότερη λειτουργία και μεγαλύτερο δυναμικό εύρος (έως και 100 dB).

Σχήμα 21: Τυπικό μπλοκ διάγραμμα διάταξης αναλογικού δέκτη ESM για τη μέτρηση διοπτεύσεων. Σε νεότερα συστήματα, το φιλτράρισμα και η ενίσχυση στο front end των συστημάτων υλοποιούνται από τα αποδοτικότερα ASIC (Application Specific Integrated Circuits) ή από τα πιο ευέλικτα FPGA (Field Programmable Gate Arrays). Σε κάποιες υλοποιήσεις, μετά από τα ολοκληρωμένα DLVA ακολουθεί η απευθείας ψηφιοποίηση του σήματος μέσω μετατροπέων ADC υψηλής συχνότητας δειγματοληψίας.
Σχήμα 22: Οι μοντέρνοι δέκτες ESM/ELINT ωφελούνται πολύ από την τεχνολογία των ενεργών στοιχειοκεραιών (AESA), όπως πχ υψηλή ακρίβεια γωνιακών μετρήσεων (της τάξης 1° rms), υψηλότερη ευαισθησία, μεγαλύτερες αποστάσεις εντοπισμού, κτλ.

Οι νεότερες υλοποιήσεις συστημάτων ηλεκτρονικής υποστήριξης (ES) βασίζονται στην τεχνολογία GaN των ευρυζωνικών φασικών στοιχειοκεραιών AESA, είτε ως εντελώς ανεξάρτητα συστήματα είτε ενσωματωμένα σε ολοκληρωμένα συστήματα ραντάρ πολλαπλών λειτουργιών MFR (Multi-Function Radars). Η τεχνολογία AESA επιτρέπει τη δημιουργία πολλαπλών σχετικά στενών λοβών, παρακολουθώντας και παρουσιάζοντας συνεχώς την ηλεκτρονική διάταξη μάχης EOB / EORBAT (Electronic Order of Battle). Το γωνιακό εύρος ενός κύριου λοβού λήψης μειώνεται (στενεύει) για μεγαλύτερων διαστάσεων στοιχειοκεραίες. Η συγκεκριμένη απαίτηση, η οποία επιδρά στην ακρίβεια των γωνιακών μετρήσεων των ηλεκτρονικών υποκλοπών, είναι εξαρτώμενη κυρίως από τις απαιτήσεις ακρίβειας παρακολούθησης και χρόνου σάρωσης (scan revisit times). Επίσης, η υποκλοπή ασθενικών σημάτων επωφελείται από το σχηματισμό στενών λοβών λήψης (βελτιώνεται η τιμή SNR).

Το στιγμιαίο φασματικό εύρος, τυπικά ≤10% της φέρουσας, καθορίζει το εύρος λειτουργίας των αναλογικών καναλιών λήψης και την ελάχιστη συχνότητα δειγματοληψίας των αναλογικο-ψηφιακών μετατροπέων (ADC). Για μεγαλύτερο στιγμιαίο φασματικό εύρος αυξάνεται το επίπεδο του εισερχόμενου θορύβου, μειώνοντας τη δυνατότητα ανίχνευσης ασθενών σημάτων. Τα συστήματα ηλεκτρονικής υποστήριξης (ΕS) χρειάζονται πολύ μεγάλο στιγμιαίο φασματικό εύρος, λόγω της απαίτησης ανίχνευσης και χαρακτηρισμού κυματομορφών ευρέως φάσματος (SAR, LPI, κτλ). Γενικά, οι υποκλεπτόμενες κυματομορφές δεν είναι γνωστές εκ των προτέρων, οπότε δεν είναι δυνατή η εφαρμογή σύμφωνης ανίχνευσης (matched filtering), με επακόλουθο το αυξημένο επίπεδο θορύβου (χαμηλότερη ευαισθησία – SNR λήψης), λόγω του αυξημένου στιγμιαίου φασματικού εύρους. Η διαδικασία ψηφιοποίησης των υποκλοπών μέσω τράπεζας φίλτρων στενού φασματικού εύρους βελτιώνει την ικανότητα ανίχνευσης.

Κεραίες δεκτών ES

Η συνήθης απαίτηση των κεραιών δεκτών ES είναι η επίτευξη υψηλής πιθανότητας υποκλοπής POI (Probability Of Interception). Αυτό, ικανοποιείται με τις ακόλουθες τεχνικές προδιαγραφές:

  • Περιφερειακή κάλυψη 360°, η οποία επιτυγχάνεται είτε με τη χρήση πολλαπλής κεραίας σταθερών στοιχείων με αλληλοκαλυπτόμενους λοβούς λήψης, είτε με μια ταχέως περιστρεφόμενη κατευθυντική κεραία (πχ 200 έως 2000 rpm). Η τιμή POI είναι υψηλότερη στην πρώτη περίπτωση, αλλά η περιστρεφόμενη κεραία επιτυγχάνει υψηλότερη ακρίβεια μέτρησης διοπτεύσεων (1.5°) από τις σταθερές διατάξεις μικρού αριθμού στοιχείων κεραιών σύγκρισης πλάτους.
  • Μεγάλο εύρος λήψης συχνοτήτων. Αυτό, επιτυγχάνεται με κεραίες και δέκτες ευρείας ζώνης λήψης. Οι κεραίες ευρείας ζώνης (broadband antennas) εμφανίζουν σχετικά σταθερή αντίσταση εισόδου μέσα σε μεγάλη περιοχή συχνοτήτων. Οι δέκτες που λαμβάνουν ταυτόχρονα σε ολόκληρη τη μπάντα λειτουργίας τους, είναι οι CVR, IFM και οι πολυκαναλικοί. Άλλοι δέκτες, όπως οι υπερετερόδυνοι, συμπίεσης σήματος και ακουστο-οπτικοί Bragg, συνήθως διεξάγουν σάρωση του φάσματος.
  • Λήψη σημάτων άγνωστης πόλωσης, πχ με τη χρήση στοιχείων κεκλιμένων υπό γωνία 45°, ζευγών στοιχείων κατακόρυφης και οριζόντιας πόλωσης, χοανοκεραιών ή ελικοειδών κεραιών διπλής πόλωσης, κτλ.

Η μορφή των ευρέως φάσματος κεραιών υψηλής πιθανότητας υποκλοπής είναι δυνατό να είναι κάποια από τις ακόλουθες:

  • Σπειροειδής (spiral). Πολύ συνηθισμένη κεραία, μικρού μεγέθους, η οποία μπορεί να είναι επίπεδη ή κωνική (τρισδιάστατη). Μια τέτοια κεραία είναι κυκλικής πόλωσης και χαμηλού κέρδους από την κατασκευή της και μπορεί να αποτελείται από πολλούς σπειροειδείς βραχίονες. Έχει δυνατότητα λήψης σημάτων κάθε τύπου πόλωσης, εκτός από τα σήματα αντίθετης κυκλικής πόλωσης. Επειδή το κάθε τμήμα της σπείρας λειτουργεί σε διαφορετική συχνότητα, η κεραία παρουσιάζει μεγάλο εύρος συχνοτήτων (τυπικό bandwidth έως 9:1, μέγιστο έως 30:1).[24] Η ηλεκτρική εμπέδηση στο σημείο οδήγησης, το διάγραμμα ακτινοβολίας και η πόλωση τέτοιων κεραιών παραμένουν σχεδόν αμετάβλητα σε ολόκληρο το μεγάλο φασματικό εύρος λειτουργίας τους. Η χρήση κάποιας οπίσθιας απωλεστικής κοιλότητας, συνήθως χρησιμοποιείται για την εξάλειψη των οπίσθιων λοβών. Οι επίπεδες σπειροειδείς κεραίες μπορεί να έχουν διαφορετικές μορφές. Η λογαριθμική ή ισογώνια (r = ro eα(φδ) ή φ δ = (1/α) ln(r/ro)) (σχήμα 23(α)) περιγράφηκε για πρώτη φορά από τον Rene Descartes και αργότερα από τον Jacob Bernoulli. Μπορεί επίσης να προσεγγισθεί και από τη σειρά Fibonacci. Αποτελεί την περισσότερο διαδεδομένη μορφή σπειροειδούς στη φύση, όπως πχ στα όστρακα των σαλιγκαριών και του ναυτίλου, το μπρόκολο ρομανέσκο, στο ηλιοτρόπιο, στους τροπικούς κυκλώνες και στα βαρομετρικά χαμηλά όπως φαίνονται από το διάστημα, καθώς επίσης και στους σπειροειδείς γαλαξίες. Ένας σπανιότερος στη φύση, αλλά δημοφιλής τύπος είναι η σπείρα του Αρχιμήδη (r = ro φ) (σχήμα 23(β)), στην οποία η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών περιελίξεων παραμένει σταθερή, όπως πχ στο αυλάκι των δίσκων βινυλίου, στον ηλιακό άνεμο (Parker spiral) και σπανίως στον ιστό της αράχνης, ο οποίος συνήθως αποτελεί και αυτός λογαριθμική σπείρα.[25] Κατευθυνόμενα βλήματα anti-radiation χρησιμοποιούν επίπεδη σπειροειδή κεραία τεσσάρων βραχιόνων, για υλοποίηση της λεγόμενης μονοπαλμικής τεχνικής παρακολούθησης / εγκλωβισμού προς κάθε γωνιακή κατεύθυνση. Οι σπειροειδείς κωνικές κεραίες, είτε απλές είτε διπλοκωνικές, κατασκευάζονται είτε ως απλής είτε ως διπλής πόλωσης και χρησιμοποιούνται από δέκτες ESM και RWR στις μπάντες L, S, C, X, Ku και K (1-27 GHz). Επίσης, συναντώνται σε εφαρμογές VHF και UHF. Οι επίπεδες σπειροειδείς κεραίες συναντώνται σε εφαρμογές στις μπάντες L, S, C, X και Ku (1-18 GHz).

    

  • Ελικοειδείς (sinuous). Συνήθως, είναι κεραίες διπλής κυκλικής πόλωσης (αριστερόστροφης & δεξιόστροφης, ταυτόχρονα), χαμηλού κέρδους, ευρείας μπάντας και ευρείας γωνιακής κάλυψης. Αποκρίνονται επίσης και σε σήματα γραμμικής πόλωσης. Είναι αντίστοιχου μεγέθους με τις σπειροειδείς κεραίες. Αποτελούν επιλογή σε ραντάρ UWB
  • Συστοιχία από χοάνες (horn). Δεν αποτελεί κεραία ιδιαίτερα ευρείας μπάντας συχνοτήτων. Πολλές φορές, οι χοάνες διαθέτουν γέμιση κάποιου συνθετικού υλικού για την αύξηση του φασματικού εύρους λειτουργίας (τυπικό bandwidth έως 4:1, μέγιστο έως 9:1). Συναντώνται κυρίως ως στοιχεία τροφοδοσίας άλλων κεραιών, αλλά λόγω της υψηλής κατευθυντικότητας και της απλής κατασκευής χρησιμοποιούνται και απευθείας ως κεραίες. Παρουσιάζουν σχετικά υψηλό κέρδος, που μπορεί να φθάσει έως και 20 dB. Μια συστοιχία από χοάνες (σχήμα 23(δ)), μπορεί να είναι είτε γραμμικής είτε κυκλικής πόλωσης. Η τοποθέτηση κατάλληλου καλύμματος μπροστά από μια χοάνη μπορεί να καθορίζει και την πόλωση της κεραίας. Κεραίες χοάνες (μεμονωμένες ή σε συστοιχίες), συνήθως χρησιμοποιούνται σε δέκτες ESM στις μπάντες L, S, C, X, Ku και Ka (1-40 GHz), ενώ συναντώνται και σε εφαρμογές UHF. Οι κεραίες αυτές διαθέτουν σπειροειδή διαμόρφωση, έτσι ώστε να καθίστανται ανεξάρτητες της πόλωσης των λαμβανόμενων σημάτων.

  • Λογαριθμοπεριοδική (logperiodic) ή LPDA (Log-Periodic Dipole Antenna). Αποτελεί διάταξη παράλληλων μεταξύ τους μεταλλικών διπόλων λ/2, διαφορετικού μήκους (σχήμα 23(ε)). Τα μήκη των διπόλων και οι αποστάσεις τους από το σημείο τροφοδοσίας αυξάνονται βαθμιαία με σταθερή αναλογία (D1/D2 = D2/D3 = … = L1/L2 = L2/L3 = …). Επειδή το κάθε στοιχείο έχει κατάλληλο μήκος (λ/2), έτσι ώστε να λειτουργεί σε διαφορετική συχνότητα, μια τέτοια κεραία παρουσιάζει μεγάλο εύρος συχνοτήτων (bandwidth 10:1 έως 30:1). Ο τύπος αυτός κεραίας είναι γραμμικής πόλωσης και μπορεί να πάρει διάφορες μορφές, πχ επίπεδη λογαριθμοπεριοδική (σχήμα 23(στ)). Συνήθως, λογαριθμοπεριοδικές κεραίες χρησιμοποιούνται στις χαμηλές μπάντες Α, Β, C και L (γενικά καλύπτουν συχνότητες από 30 MHz έως και 18 GHz). Αν και ομοιάζουν εμφανισιακά, διαφέρουν λειτουργικά από τις κεραίες Yagi. Αυξάνοντας το πλήθος των στοιχείων, σε μία κεραία Yagi αυξάνεται η κατευθυντικότητα (κέρδος), ενώ σε μια λογαριθμοπεριοδική αυξάνεται το εύρος μπάντας λειτουργίας. Το μήκος του μεγαλύτερου στοιχείου αντιστοιχεί στο λ/2 της χαμηλότερης συχνότητας, ενώ το μήκος του μικρότερου στοιχείου αντιστοιχεί στο λ/2 της υψηλότερης συχνότητας. Όλα τα στοιχεία είναι τροφοδοτούμενα παράλληλα από τη γραμμή τροφοδοσίας της κεραίας, με εναλλασσόμενη φάση.

Σχήμα 23 (στ):  Επίπεδη λογαριθμοπεριοδική κεραία.

Αν και πολλές από τις προαναφερθείσες κεραίες είναι κοινές και για την διεξαγωγή ηλεκτρονικών επιθέσεων / παρεμβολών ΕΑ (ECM), συνήθως όμως στα συστήματα αυτά χρησιμοποιούνται παθητικές ή προτιμότερα ενεργές φασικές στοιχειοκεραίες λόγω των σαφών πλεονεκτημάτων που παρουσιάζουν (ταχύτατος και  ακριβέστερος σχηματισμός πολλαπλών στενών λοβών για την ταυτόχρονη αντιμετώπιση πολλών απειλών προς τις εκάστοτε επιθυμητές κατευθύνσεις). Όσον αφορά στα ίδια τα στοιχεία ακτινοβολίας των στοιχειοκεραιών υπάρχει μεγάλη ποικιλία σχεδιαστικών επιλογών, με ιδιαίτερη προτίμηση στα διπλής πόλωσης και ευρέως φάσματος λειτουργίας. Χαρακτηριστικά της κατηγορίας είναι τα ομοεπίπεδα στοιχεία Vivaldi (flared notch) ή TSA (Tapered Slot Antenna), τα οποία μεταξύ των άλλων επιτυγχάνουν και σχετικά ικανοποιητική προσαρμογή των εμπεδήσεων.

Παλαιότερα συστήματα ESM και ECM χρησιμοποιούσαν σταθερές φακοειδείς κεραίες, όπως πχ ο τύπος Rotman Bootlace, ταχείας απόκρισης, ευρείας κάλυψης συχνοτήτων και ταυτόχρονης δημιουργίας πολλαπλών λοβών για την αντιμετώπιση πολλών απειλών.

Σχήμα 24: Απλοποιημένη μορφή σταθερής φακοειδούς κεραίας Rotman Bootlace, δυνατότητας σχηματισμού επτά κύριων λοβών (multibeam). Ο φακός αποτελείται στην αριστερή του πλευρά από μια επίπεδη πλάκα (πχ κατασκευή μικρολωρίδων), η οποία συνδέεται με τα στοιχεία ακτινοβολίας μέσω ομοαξονικών καλωδίων κατάλληλου μήκους ανάλογα με τη θέση τους. Στη δεξιά πλευρά, βρίσκονται οι είσοδοι/έξοδοι των λοβών (σημεία εστίασης). Η συνολική κατασκευή είναι σχεδιασμένη έτσι, ώστε να παρέχει τη μεγαλύτερη δυνατή εστίαση όλων των διαδρομών των ακτίνων μόνο σε τρία σημεία (1, 4 και 7). Βελτιωμένες εκδόσεις της κεραίας έχουν κατασκευαστεί με φωτοχαρακτικές μεθόδους πάνω σε διηλεκτρικό υπόστρωμα (διηλεκτρικοί φακοί).


[1]              Οι τεχνικές ελέγχου εκπομπών EMCON (emission control) περιορίζουν την εφαρμογή της δικτυοκεντρικής προσέγγισης και τη χρήση τακτικών δικτύων, ενώ επίσης υποβαθμίζουν και τη δυνατότητα αναγνώρισης μέσω του συστήματος ερωτο-αποκρίσεων IFF.

[2]              Η δυνατότητα επαναπρογραμματισμού ενός ηλεκτρονικού συστήματος αυτοπροστασίας είναι εξαιρετικά κρίσιμης σημασίας, τόσο για την κάλυψη νέων τύπων ραντάρ, όσο και γιατί πολλές παράμετροι των ραντάρ ενδιαφέροντος μπορεί να παραμένουν άγνωστες σε περίοδο ειρήνης. Σε μια ενδεχόμενη σύρραξη, ο αντίπαλος αναγκάζεται να λειτουργήσει τα ραντάρ που διαθέτει σε ολόκληρο το φάσμα των δυνατοτήτων τους, οπότε οι νέες αυτές πληροφορίες είναι σημαντικό να ενσωματώνονται το συντομότερο στα συστήματα αυτοπροστασίας, ακόμη και λίγη ώρα πριν την αποστολή.

[3]              Αποτελεί αναβαθμισμένη έκδοση του 2ης γενιάς AN/ALR-66(VE), που διέθεταν τα αεροσκάφη A-7H, Mirage F-1CG, F-4E, RF-4E, P-3 Orion, κτλ, με 4 σπειροειδείς κεραίες.

[4]              H εσωτερική διασύνδεση των ηλεκτρονικών των αεροσκαφών διεξάγεται μέσω σειριακών πρωτοκόλλων (διαύλων), όπως πχ MILSTD 1553B, RS-422 (TIA/EIA-422), αλλά και το νεότερο οπτικής ίνας MILSTD-1750F.

[5]              Anderberg, M.R.: ‘Cluster Analysis for Applications’ (Academic Press, 1973)

Hartigan, J.A.: ‘Clustering algorithms’ (Wiley, 1975)

[6]              Οι εν λόγω βιβλιοθήκες αυτοπροστασίας βοηθούν στην αναγνώριση και στην παροχή προειδοποίησης των διαφόρων σημάτων ραντάρ. Ακόμη πιο περίπλοκα είναι τα λεγόμενα φορτία δεδομένων αποστολής MDL (Mission Data Loads). Αυτά, στην περίπτωση των μαχητικών F-35 περιλαμβάνουν αρχεία MDF (Mission Data Files), που περιέχουν επαρκή παραμετρικά στοιχεία φίλιων και εχθρικών ραντάρ, ως πίνακες αναζήτησης (look-up tables), με βάση τα οποία υπολογίζεται ακόμη και η βέλτιστη διαδρομή / δρομολόγιο. Τα αρχεία MDL/MDF παράγονται / επικαιροποιούνται προ αποστολής, για κάθε συγκεκριμένη περιοχή επιχειρήσεων, από εξειδικευμένα εργαστήρια λογισμικού. Τα συγκεκριμένα αρχεία είναι απαραίτητα για την ορθή λειτουργία / παραμετροποίηση των αισθητήρων και των άλλων συστημάτων του αεροσκάφους, ώστε να είναι δυνατή η αναγνώριση και η συσχέτιση των εντοπισμών / υποκλοπών των διαφόρων σημάτων ραντάρ.

Τα αρχεία δεδομένων αποστολής του F-35 είναι πολύ πιο εξελιγμένα από αυτά που χρησιμοποιούνται από τα μαχητικά αεροσκάφη 3ης και 4ης γενιάς (πχ F/A-18 Hornet και F/A-18E/F Super Hornet). Υπάρχουν σημαντικά περισσότερα στοιχεία για το F-35 και πολύ υψηλότερη πολυπλοκότητα επαναπρογραμματισμού, σε σύγκριση με τις βιβλιοθήκες EW των παλαιότερης γενιάς αεροσκαφών.

Ειδικότερα, οι αισθητήρες του μαχητικού F-35 περιλαμβάνουν το ραντάρ AN/APG-81 AESA, τους δέκτες προειδοποίησης ραντάρ (RWR) του ηλεκτρονικού συστήματος αυτοπροστασίας AN/ASQ-239 Barracuda, το ηλεκτροοπτικό σύστημα επιτήρησης AN/AAQ-37 DAS (Distributed Aperture System), το οποίο συνδυάζει είσοδο από έως και έξι διαφορετικές ηλεκτροοπτικές κάμερες και το υψηλής ανάλυσης εναέριο ηλεκτροοπτικό σύστημα σκόπευσης AN/AAQ-40 EOTS (Electro-Optical Targeting System), το οποίο συνδυάζει τεχνολογίες FLIR και IRST και πραγματοποιεί στόχευση αέρος-αέρος και αέρος-εδάφους. Συνολικά, τα δεδομένα από όλους αυτούς τους αισθητήρες συγχωνεύονται από τη μονάδα συγχώνευσης δεδομένων (data fusion) του αεροσκάφους. Το αποτέλεσμα της συγχώνευσης συγκρίνεται με τα δεδομένα αποστολής MDL/MDF, καταλήγοντας ποια είναι η απειλή, παρέχοντας στον πιλότο σαφείς, ολοκληρωμένες πληροφορίες.

Επιπρόσθετα, το σύστημα επικοινωνίας, πλοήγησης και αναγνώρισης AN/ASQ-242 CNI (Communications, Navigation & Identification) του αεροσκάφους F-35, το οποίο είναι ολοκληρωμένο με το AN/ASQ-239 Barracuda, διεξάγει περισσότερες από 40 λειτουργίες, εφαρμόζοντας τεχνολογίες SDR (Software Defined Radios) και ολοκληρωμένη αρχιτεκτονική λογισμικού για την υποστήριξη κρίσιμων δυνατοτήτων και δικτυοκεντρικών επιχειρήσεων. Περιλαμβάνει λειτουργίες IFF Transponder, επικοινωνίες φωνής και δεδομένων UHF/VHF (όπως πχ τη ζεύξη MADL), ενδοεπικοινωνίες με το πλήρωμα ξηράς ή το αεροσκάφος ανεφοδιασμού χωρίς εκπομπές RF, ραδιοϋψόμετρα και επικοινωνίες ανάγκης.

[7]              Μέχρι και τα μέσα της δεκαετίας του 1980, τα μαχητικά αεροσκάφη ήταν στην πλειοψηφία τους εξοπλισμένα με κάποιους δέκτες RWR, καθώς επίσης με εκτοξευτές θερμοβολίδων και αερόφυλλων (flares & chaffs). Η βασική τακτική για περισσότερες πιθανότητες επιβίωσης, ήταν ότι ο χειριστής που έβλεπε πρώτος τον αντίπαλο, τοποθετούνταν έγκαιρα ώστε να τον εγκλωβίσει χωρίς να γίνει αντιληπτός. Τα σημερινά μαχητικά αεροσκάφη περιλαμβάνουν προηγμένα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου, που εντοπίζουν και αναγνωρίζουν στόχους σε πολύ μεγάλες αποστάσεις, ακόμη και χωρίς τη χρήση ραντάρ (πλεονέκτημα του αιφνιδιασμού), ώστε στη συνέχεια να παρέχεται η δυνατότητα στοχοποίησης και εξουδετέρωσης από πολύ μακριά.

[8]              Τα περισσότερα ραντάρ απειλής (threat radars) βρίσκονται στην περιοχή συχνοτήτων 2 – 20 GHz (μερικά μοντέρνα συστήματα φθάνουν έως και τα 42 GHz). Για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα σε συνωστισμένο περιβάλλον πολλών στόχων και πυκνών ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών, τα παλμικά ραντάρ απειλής διαθέτουν σχετικά μικρή διάρκεια παλμών (50 nsec < PW < 1.5 μsec) και υψηλή τιμή PRF.

[9]              To σύστημα ηλεκτρονικού πολέμου AN/ASQ-239, που αξιοποιείται από το F-35 βασίζεται στο χαμηλότερου κόστους AN/ALQ-239 DEWS (Digital Electronic Warfare System) της BAE.

[10]             Το γεγονός των απότομων ελιγμών αντιμετωπίζεται με κατάλληλη εκμετάλλευση ενός αδρανειακού συστήματος σταθεροποίησης (INS).

[11]             Στη βιβλιοθήκη EW του F-35, αν και τα αρχεία δεδομένων αποστολής (MDL/MDF) περιλαμβάνουν τεράστιο όγκο πληροφοριών, μπορούν επίσης να ενσωματωθούν δεδομένα παλαιού τύπου, τα οποία έχουν συγκεντρωθεί για προηγούμενες γενιές δυνατοτήτων αερομαχίας (πχ F/A-18 Hornet και F/A-18E/F Super Hornet).

[12]             Ένα παράδειγμα αποτελεί το εναέριο σύστημα CS-3045 της Rockwell Collins, το οποίο συνδυάζει τις λειτουργίες ELINT/ESM ταυτόχρονα, στο φασματικό εύρος 0.5 – 40 GHz.

[13]             Ιστορικά παραδείγματα επιτυχούς εφαρμογής SIGINT κατά το β’ παγκόσμιο πόλεμο, ήταν η διάσπαση του γερμανικού κώδικα επικοινωνιών Enigma και του γιαπωνέζικου Purple, από τους Άγγλους και τους Αμερικανούς κρυπταναλυτές αντίστοιχα. Επίσης, ο πρώτος τεχνητός δορυφόρος SIGINT ήταν ο αμερικανικός GRAB (Galactic Radiation And Background experiment), ο οποίος εκτοξεύθηκε στις 22 Ιουνίου 1960, μόλις 4 ημέρες μετά την κατάρριψη από τους Σοβιετικούς του αμερικανικού κατασκοπευτικού αεροσκάφους U-2 (ύψους πτήσης 70-80 kft). Νεότεροι αμερικάνικοι δορυφόροι SIGINT (δεκαετία 1990), ήταν της σειράς Mercury ήAdvanced Vortex (COMINT). Σήμερα, η γνωστή κυβερνητική υπηρεσία NSA (National Security Agency) των ΗΠΑ εξειδικεύεται στη συλλογή και επεξεργασία πληροφοριών SIGINT. Επίσης, το αεροσκάφος SIGINT του USN είναι το παλαιό πλέον EP-3E Aries ΙΙ, το οποίο πρόκειται να αντικατασταθεί από το μη επανδρωμένο αερόχημα MQ-4C Triton και το μη επανδρωμένο ελικόπτερο MQ-8B Fire Scout της Northrop Grumman. Παρόμοιες αποστολές διεξάγονται και από άλλα UAV, όπως το RQ-4Β Global Hawk της Northrop Grumman (ύψους πτή-σης 60-65 kft).

[14]             Κατά τη δεκαετία του 1980, η πρώην Σοβιετική Ένωση χρησιμοποιούσε ως αεροσκάφη ELINT τα Ilyushin Il-20, ενώ συνεχίζεται η χρήση τους από τη Ρωσία μέχρι και σήμερα (Il-20M Coot-A). Η Κίνα, για τον ίδιο σκοπό διαθέτει ειδικά μετασκευασμένα αεροσκάφη Tu-154M, ενώ προσπαθεί να αναπτύξει αντίστοιχο πρόγραμμα δορυφόρων ELINT (LEO και ενδεχομένως GEO). Γνωστοί αμερικανικοί δορυφόροι ELINT ήταν κατά σειρά, οι Ferrets (σειρά KH) της δεκαετίας 1960, Rhyolite και Aquacade της δεκαετίας 1970, Magnum, Double Magnum, Orion και Jumpseat της δεκαετίας του 1980, Mentor (Advanced Orion) και Trumpet της δεκαετίας 1990. Οι αντίστοιχοι Ρωσικοί δορυφόροι ELINT είναι της σειράς Cosmos. Αργότερα, τα αεροσκάφη ηλεκτρονικών παρεμβολών EA-6B Prowler των USN & USMC ανέλαβαν το ρόλο ELINT, ακόμη και για την αντιμετώπιση της τρομοκρατίας. Στη συνέχεια, τα EA-6B Prowler αντικαταστάθηκαν από τα EA-18G Growler. Πολλές χώρες χρησιμοποιούν διαφορετικά αεροσκάφη AEW&C για το σκοπό αυτό.

[15]             Ένα νέο αεροσκάφος Il-96-400M έχει αναπτυχθεί για τη ρωσική αεροπορία, με αναβαθμισμένα ηλεκτρονικά συστήματα για αποστολές COMINT/SIGINT και C2, με ειδική προστασία από ηλεκτρομαγνητικού παλμούς. Πρόκειται να αντικαταστήσει το ιπτάμενο στρατηγείο Ιl-80 Doomsday, που χρησιμοποιείται από την εποχή του ψυχρού πολέμου.

[16]             Ο συνεργατικός ηλεκτρονικός πόλεμος βασίζεται στη δικτυοκεντρική αρχιτεκτονική ευρείας μπάντας για την εξασφάλιση του άμεσου, σε πραγματικό χρόνο, συντονισμού των διατιθέμενων μέσων, δεδομένων και εργαλείων, της ίδιας πλατφόρμας αλλά και μεταξύ διαφορετικών πλατφορμών. Μεταξύ άλλων, περιλαμβάνει και τη δυνατότητα συγχρονισμένης δράσης με μη επανδρωμένα οχήματα MUT ή MUM-T (Manned-Unmanned Teaming), ελεγχόμενης μέσω ασφαλών επικοινωνιακών ζεύξεων.

[17]             Βασικές διαφορές μεταξύ των συστημάτων ELINT και  ESM, εκτός από το υψηλότερο κόστος των πρώτων, είναι επίσης ότι έχουν τη δυνατότητα υποκλοπής περισσοτέρων τύπων σημάτων και με υψηλότερη ακρίβεια μέτρησης/ανάλυσης των παραμέτρων αυτών. Tα ELINT χρησιμοποιούνται κυρίως για συλλογή και επεξεργασία πληροφοριών σε στρατηγικό επίπεδο, ενώ τα ESM για έρευνα και εντοπισμό σε τακτικό/επιχειρησιακό επίπεδο (προσδιορισμός της διάταξης μάχης του αντιπάλου). Οι πληροφορίες που προκύπτουν από τα συστήματα ELINT αποτελούν τις κύριες πηγές παροχής στοιχείων για τις βιβλιοθήκες των συστημάτων ESM / RWR και ECM.

Παράδειγμα αυτόματου εναέριου συστήματος ELINT/SIGINT αποτελεί το ατρακτίδιο ηλεκτρονικής συλλογής, καταγραφής και αναγνώρισης ASTAC (Analyseur de Signaux TACtiques) της Thales (πρώην Thomson-CSF Detexis). Αυτό, θεωρητικά έχει δυνατότητα ανίχνευσης, ανάλυσης και προσδιορισμού θέσης κάθε ηλεκτρονικής εκπομπής στο φάσμα συχνοτήτων 0.25 – 40 GHz (μπάντες Β έως Κ), ενώ μπορεί να χειρίζεται ταυτόχρονα μέχρι και 20 σήματα/sec, με ικανότητα γεωγραφικής κάλυψης τουλάχιστον 160 km² όταν το αεροσκάφος ίπταται με υποηχητική ταχύτητα σε μεσαία ύψη. Το σύστημα πρωτοεμφανίστηκε τη δεκαετία του 1990 και από τότε βελτιώνεται διαρκώς. Μετά τον αρχικό εντοπισμό, οι επεξεργαστές του ASTAC αναγνωρίζουν τις λαμβανόμενες εκπομπές μέσα σε λίγα λεπτά. Τα δεδομένα καταγράφονται σε μνήμη και τα λαμβανόμενα σήματα ταξινομούνται σε ηλεκτρονική βιβλιοθήκη, ώστε να προσδιορίζεται άμεσα εάν πρόκειται για νέο σύστημα ραντάρ ή για το ίδιο σε διαφορετική θέση. Ωστόσο, οι καταγραφές της βιβλιοθήκης απειλών δεν περιλαμβάνουν πολλαπλές διαμορφώσεις, οπότε ο χρήστης δεν μπορεί να γνωρίζει, εάν πχ κάποιο ραντάρ βρίσκεται σε διαμόρφωση έρευνας ή εγκλωβισμού. Η καταγραφή της ηλεκτρονικής διάταξης μάχης του αντιπάλου, αφορά κυρίως σε στατικά στοιχεία που μεταδίδεται σε πραγματικό χρόνο σε κάποιο επίγειο σταθμό. Για την ακριβή μέτρηση των παραμέτρων, το σύστημα διαθέτει δύο ευρέως φάσματος δέκτες συμπίεσης (compression receivers) SAW, ενώ οι πιο τελευταίες εκδόσεις περιλαμβάνουν εντελώς ψηφιακούς δέκτες ευρέως φάσματος. Για τη γωνιακή μέτρηση εφαρμόζεται φασική συμβολομετρία, με υψηλή ακρίβεια 0.5° – 1° rms. Το ASTAC μπορεί να χρησιμοποιηθεί από μαχητικά αεροσκάφη F-4 Phantom II, F-16, Mirage-2000, κτλ.

[18]             Η τιμή POI εκφράζει την πιθανότητα εντοπισμού (λήψη και ένδειξη/απεικόνιση) της παρουσίας κάποιου συγκεκριμένου σήματος ενδιαφέροντος (επιπέδου πάνω από το κατώφλι ευαισθησίας λήψης), για κάποιο αυθαίρετο ή απροσδιόριστο, σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα. Τυπικά, αυτό αφορά στο χρόνο από την πρώτη στιγμή άφιξης του σήματος στην περιοχή του συστήματος υποκλοπών (τυπικά της τάξης των μsec ή nsec), και οπωσδήποτε πολύ πριν από τη χρονική στιγμή μετά από την οποία για τον οποιοδήποτε λόγο είναι πλέον πολύ αργά για το σύστημα να ανταποκριθεί στο ρόλο του.

Για την ακρίβεια, «χαμηλή πιθανότητα εντοπισμού POI» σημαίνει ότι απαιτείται μεγαλύτερη διάρκεια σήματος για 100% πιθανότητα υποκλοπής, ενώ «υψηλή πιθανότητα εντοπισμού POI» σημαίνει μικρότερη απαιτούμενη διάρκεια σήματος για να δώσει 100% POI.

Γενικά, οι κατασκευαστές των περισσοτέρων δεκτών υποκλοπών, δίνουν τιμές POI = 90 – 100%. Η τιμή 100% αντιστοιχεί σε ένα σύστημα ευρείας κάλυψης στη συχνότητα, στο χώρο και στο χρόνο.

[19]             Προηγμένα συστήματα ηλεκτρονικού πολέμου αεροσκαφών εφαρμόζουν την τεχνική της συμβολομετρικής συσχέτισης (correlation interferometry), όπως πχ στα μαχητικά αεροσκάφη F/A-22 Raptor & F-35 Lightning II.

[20]             Οι τιμές ευαισθησίας έχουν διάφορους τρόπους αναφοράς, πχ

  • Ως εσωτερικό μέσο επίπεδο θορύβου DANL (Displayed Average Noise Level) με αναφορά το 1 Hz [dBm/Hz]. Η τιμή DANL αυξάνει με τη συχνότητα και βελτιώνεται με τη χρήση προενισχυτών RF.
  • Ως προς το χαμηλότερο θεωρητικό όριο διακύμανσης (variance) των εκτιμώμενων παραμέτρων CRLB (Cramer-Rao Lower Bound), σε [dB].
  • Ως συντελεστής θορύβου NF (Noise Figure), σε [dB], που αφορά στο μέτρο της υποβάθμισης του SNR από τον ίδιο το δέκτη. Ορίζεται, ως ο δεκαδικός λογάριθμος του λόγου τιμών SNR εισόδου προς SNR εξόδου. Στον ιδανικό δέκτη, ο οποίος δεν παράγει καθόλου θόρυβο, έχουμε NF = 0 dB.
  • Ως λόγος σήματος προς θόρυβο και παραμόρφωσης SINAD (Signal-to-Noise and Distortion Ratio), σε [dB].

[21]             Circular Array Phase Interferometer

[22]             Επισημαίνεται ότι σε παράκτιο περιβάλλον, οι συσκευές ESM λαμβάνουν έντονες πολλαπλές ανακλάσεις (ασθενικές έως και ισχυρές) από διαφορετικές κατευθύνσεις, οι οποίες μπορεί να υπερφορτώνουν τη λειτουργία των συστημάτων. Το φαινόμενο μπορεί να καταπολεμηθεί κατά κάποιο τρόπο με την κατάλληλη εφαρμογή εξασθένησης των παρασιτικών αυτών ανακλάσεων (εις βάρος όμως της ευαισθησίας λήψης του συστήματος).

[23]             Η συγκεκριμένη τεχνική δεν θα πρέπει να συγχέεται με των μονοπαλμικών ραντάρ παρακολούθησης σύγκρισης πλάτους.

[24]             Στα συστήματα ευρείας μπάντας, το φασματικό εύρος (broadband bandwidth) εκφράζεται από το λόγο της υψηλότερης προς τη χαμηλότερη συχνότητα διέλευσης (-3 ή -6 dB), δηλαδή ισούται με fupper / flower.

[25]             Όπου r, φ είναι οι πολικές συντεταγμένες, ενώ όλα τα υπόλοιπα μεγέθη είναι σχεδιαστικές παράμετροι.

One Response to Ηλεκτρονική Υποστήριξη (Electronic Support – ES), Μέρος Α’

  1. Εξαιρετική εισαγωγή για τους ημιερασιτέχνες στο αντικείμενο, όπως εγώ, και με ανυπομονησία περίμενω το επόμενο μέρος κ.Σάγο.

    υ.γ. ας τολμήσουμε όμως να «θέσουμε και δάκτυλο επί τον τύπον των ήλων» διακλαδικά…

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s