Συστήματα υπέρυθρης έρευνας και παρακολούθησης IRST (IR Search & Track) – Mέρος Α΄

Υποναυάρχου (ε.α.) Γεωργίου Σάγου ΠΝ

Από το βιβλίο «Εισαγωγή στα Ηλεκτροοπτικά Συστήματα»

Εκδόσεις iWrite, 2017

ISBN 978-618-5218-78-2

1. Εισαγωγή – Ιστορικό

Η ανάπτυξη των συστημάτων υπέρυθρης έρευνας και παρακολούθησης IRST (IR Search & Track) αποτελεί μια ιδιαίτερη περίπτωση για την επιτήρηση και ανίχνευση κυρίως εναέριων απειλών και για την υποβοήθηση στόχευσης των διατιθέμενων αντίστοιχων κατευθυνόμενων βλημάτων, τόσο από εναέριες όσο και από επίγειες και ναυτικές πλατφόρμες.

Τα πρώτα εναέρια συστήματα της κατηγορίας, μικρής πρακτικής χρησιμότητας, αφού δεν ήταν ακόμη ιδιαίτερα επιτυχημένα, αναπτύχθηκαν κατά τη δεκαετία του 1950 και εγκαταστάθηκαν σε κάποια δεύτερης γενιάς αεροσκάφη αναχαίτισης της εποχής, όπως πχ στα F-101B Voodoo, στα φτωχών επιδόσεων F-102 Delta Dagger και στα F-106 Delta Dart. Στη συνέχεια, εγκαταστάθηκαν σε μαχητικά αεροσκάφη τρίτης γενιάς F-4B/C Phantom,^[1] F-8E Crusader,^[2] όπως επίσης στα Σουηδικά J-35Α και J-35F-2 Draken^[3] (1965-1967). Τα εν λόγω συστήματα / αισθητήρες IR περιλάμβαναν πρωτόγονες μη απεικονιστικές (non-imaging), διασταυρούμενες διατάξεις (cross-array) φωτοαγώγιμου σεληνιούχου μολύβδου (PbSe), απόκρισης 1-5 μm, με ψύξη αζώτου. Επίσης, παρουσίαζαν υψηλό ρυθμό εσφαλμένων συναγερμών και δεν λειτουργούσαν ανεξάρτητα, αλλά συνήθως καθ’ υπόδειξη των ραντάρ των φορέων τους, μέσω χειροκίνητης στοχοποίησης (search, acquisition & track). Είχαν μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην ανίχνευση των μεγάλων σοβιετικών βομβαρδιστικών Tu-95 (Bear) και M-4 (Bison), σε μεγάλα ύψη πτήσης, κρύα ατμόσφαιρα και καθαρό ουρανό. Ενεργώντας εντελώς παθητικά, τα IRST δεν μπορούσαν να ανιχνευθούν και να παρεμβληθούν από τους ισχυρούς ηλεκτρονικούς παρεμβολείς των σοβιετικών βομβαρδιστικών της εποχής. Παρ’ όλα αυτά, λόγω της περιορισμένης χρησιμότητας, τα IRST τελικά εγκαταλείφθηκαν από τις αμερικανικές ένοπλες δυνάμεις, όταν εμφανίστηκαν τεχνολογικά πιο προηγμένα συστήματα ραντάρ. Όμως, δεν εγκαταλείφθηκαν ποτέ από τη Σοβιετική Ένωση. Κατά τις δεκαετίες 1960, 1970 και 1980, η Σοβιετική Ένωση είχε εγκαταστήσει μονάδες IRST κατά σειρά στα μαχητικά τρίτης γενιάς MiG-23 Flogger (αναξιόπιστα και περίπλοκα) και στα τέταρτης γενιάς Su-27, MiG-29 και MiG-31 για παθητική επιτήρηση πέραν του ορίζοντα BVR (Beyond Visual Range) και για έγκαιρη ανίχνευση σε επαρκείς αποστάσεις, των δυτικών αεροσκαφών της εποχής που διέθεταν ανώτερη τεχνολογία ραντάρ και ηλεκτρονικού πολέμου.^[4] Ειδικότερα, τα μαχητικά MiG-23 Flogger και ιδιαίτερα τα MiG-31 Foxhound (εξέλιξη του MiG-25 Foxbat) μπορούσαν, με τον παθητικό αυτό τρόπο, να παρακολουθούν το αμερικάνικο υπερηχητικό αεροσκάφος στρατηγικής αναγνώρισης SR-71 μέχρι απόστασης 100 km, μόνον από την υψηλή θερμοκρασία της ατράκτου. Σε ταχύτητες Mach 3, η θερμοκρασία πλαισίου του SR-71 Blackbird κυμαινόταν στους 315-480°C, ανάλογα με το υψόμετρο.^[5] Το πλαίσιο του Blackbird ήταν κατασκευασμένο κυρίως από κράμα τιτανίου και άλλα ανθεκτικά στη θερμοκρασία υλικά. Οι εμπλοκές των SR-71 με τα MiG-31 (οπλισμένα με τα μεγάλου βεληνεκούς κατευθυνόμενα βλήματα αέρος-αέρος R-33 / Amos), ενδεχομένως συνεισέφεραν στη σταδιακή απόσυρση των πρώτων (πέραν του υψηλού κόστους συντήρησης). Το MiG-23 διέθετε IRST, με το οποίο εντόπιζε προσεγγίζοντα μαχητικά F-16 σε απόσταση 35-40 km, ενώ απομακρυνόμενα έως και 60 km.

Σχήμα 1(α):  Μερικά, από τα παλαιότερα συστήματα IRST, εγκατεστημένα μπροστά από την καλύπτρα του πιλοτηρίου, κατά σειρά των αεροσκαφών F-101B Voodoo, F-102 Delta Dagger και F-106 Delta Dart. Αυτά, διέθεταν κάποιο περιστρεφόμενο πρίσμα για τη σάρωση του οπτικού πεδίου, έναν τηλεσκοπικό φακό αποτελούμενο από πολλαπλά οπτικά στοιχεία πυριτίου και σάπφειρου, καθώς επίσης μια μη απεικονιστική διασταυρούμενη διάταξη  φωτοαγώγιμων ανιχνευτών υπέρυθρης ακτινοβολίας (σεληνιούχου μόλυβδου PbSe, ψυχόμενη με άζωτο), μέσα σε σφαιρικό θόλο διαμέτρου μερικών ιντσών. Οι πληροφορίες γωνιακής κατεύθυνσης τροφοδοτούσαν το σύστημα ελέγχου πυρός του αεροσκάφους, για τη βολή κατευθυνόμενων βλημάτων ή πυροβόλων.Τα συστήματα αυτά, δεν απεικόνιζαν το είδωλο, αλλά τη θέση του στόχου μέσω ενός συμβόλου πάνω σε κάποια οθόνη, ενώ παρουσίαζαν υψηλούς ρυθμούς ψευδών συναγερμών, λόγω χαμηλής ανάλυσης και έντονου clutter, από τις ηλιοφώτιστες άκρες των νεφών και τα διάφορα επίγεια θερμά αντικείμενα.

Σχήμα 1(β): Ο αισθητήρας AAA-4 της Texas Instruments (ή ο παρόμοιος S-71N της Hughes) ήταν εγκατεστημένος ακριβώς κάτω από το ρύγχος (θόλο ραντάρ) των αεροσκαφών F-4B/C, για την ανίχνευση των καυσαερίων των αεριωθουμένων.

Σχήμα 1(γ):   Αεροσκάφος F-8E Crusader, με σύστημα IRST παρόμοιο του ΑΑΑ-4 των πρώτων F-4 Phantom, εγκατεστημένο ακριβώς μπροστά από την καλύπτρα του πιλοτηρίου.

Σχήμα 1(δ):   Ο παλαιός υπέρυθρος IRST αισθητήρας S-71Nτης Hughes, κάτω από το ρύγχος του Σουηδικού μαχητικού J-35F-2 Draken.

Ήδη, από τα τέλη της δεκαετίας του 1990, η Saab Dynamics είχε αναπτύξει σύστημα IRST για το μαχητικό αεροσκάφος τέταρτης γενιάς JAS 39 Gripen, με την ονομασία IR-OTIS (είχαν προηγηθεί δοκιμές σε παλαιότερα μαχητικά Viggen). Το σύστημα ήταν παρόμοιο εξωτερικά με των Su-27 και MiG-29, αλλά εντελώς διαφορετικό λειτουργικά. Το ΙR-OTIS (Optical Tracking and Identification System) διέθετε τρεις βασικούς τρόπους λειτουργίας: IRST με τρία διαφορετικά FOS (Field Of Search), λειτουργία FLIR (Forward Looking Infra-Red) προς κάποια συγκεκριμένη κατεύθυνση (LOS) επιλεγόμενη από το χειριστή και αυτόματη παρακολούθηση της LOS.^[6] Ο LWIR (Long Wavelength Infra-Red) αισθητήρας του συστήματος ήταν σάρωσης πεδίου, με ανάλυση 288×4 pixels και ρυθμό ανανέωσης 25 Hz. Το ΙR-OTIS δεν διέθετε αποστασιόμετρο laser, όπως τα αντίστοιχα ρωσικά συστήματα, αλλά παρείχε είδωλα για την αναγνώριση των στόχων, δυνατότητα που δεν υπήρχε στα αντίστοιχα ρωσικά μαχητικά.

Η αλματώδης εξέλιξη των ραντάρ κατά τις δεκαετίες 1980 και 1990, καθώς επίσης το γεγονός ότι οι επιδόσεις τους επηρεάζονται πολύ λιγότερο από τις δυσμενείς καιρικές συνθήκες, επισκίασε το αμερικανικό ενδιαφέρον για τα IRST. Ως αποτέλεσμα, δεν υπήρχε κανένα αεροσκάφος στην υπηρεσία της USAF με μόνιμα εγκατεστημένο IRST, μέχρι την εμφάνιση του F-35. Αντίθετα, το μαχητικό F-14D Super Tomcat του αμερικανικού ναυτικού διέθετε το σύστημα AN/AAS-42 IRST, μέχρι το 2006 όπου και αποσύρθηκε εντελώς από την ενεργή υπηρεσία. Παρ’ όλα αυτά, εξαγωγικές εκδόσεις αμερικανικών αεροσκαφών συνέχισαν να χρησιμοποιούν εξωτερικό IRST και ειδικότερα το σύστημα Tiger Eyes (βελτίωση του παλαιότερου AN/AAS-42), όπως πχ φέρουν τα F-15K (Ν. Κορέας), F-15SA (Σαουδικής Αραβίας), F-15SG (Σιγκαπούρης) ή κάποιο αντίστοιχο σύστημα των F-16 Block 60 των ΗΑΕ.

Η ανάπτυξη απειλών τεχνολογίας stealth, οι οποίες καθιστούν τα συμβατικά τακτικά ραντάρ σχετικά ανεπαρκή, οδήγησε στην ανανέωση του ενδιαφέροντος για τα συστήματα IRST, τα οποία πλέον διαθέτουν εξελιγμένη τεχνολογία αισθητήρων και επαυξημένη ψηφιακή επεξεργασία σήματος. Σήμερα, σχεδόν όλοι οι τύποι ρωσικών μαχητικών αεροσκαφών διαθέτουν εσωτερικά της ατράκτου κάποιο μοντέλο IRST, τα περισσότερα από τα οποία όμως βασίζονται στην τεχνολογία μηχανικής σάρωσης των φωτοανιχνευτών. Στο δυτικό κόσμο, το ενδιαφέρον για τα IRST ανανεώθηκε με την εμφάνιση μιας νέας γενιάς ψυχόμενων αισθητήρων που χρησιμοποιούν κβαντικά φρεάτια δυναμικού QWIP (Quantum Well Infrared Photodetector). Οι ανιχνευτές τεχνολογίας QWIP αναπτύσσονται εντατικά τόσο για δορυφορικές εφαρμογές, όσο επίσης για αεροσκάφη και πλοία. Η NASA αναπτύσσει την τεχνολογία QWIP, για επανδρωμένα και μη διαστημόπλοια. Οι παρεχόμενες δυνατότητες παθητικής ανίχνευσης σε μέσες και μεγάλες αποστάσεις, πλοήγησης και κατεύθυνσης των όπλων με υψηλή ακρίβεια είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες. Οι εφαρμοζόμενες μέθοδοι λειτουργίας είναι παρόμοιες με των ραντάρ, όσον αφορά στην έρευνα και παρακολούθηση ενός (STT) ή πολλών ιχνών (MTT), αλλά και στην καθ’ υπόδειξη έρευνα / παρακολούθηση από άλλο αισθητήρα (ραντάρ, RWR, Data Link, κτλ). Τα νεότερα εναέρια συστήματα IRST (ρωσικά και δυτικά), με τεχνολογία διπλής μπάντας κβαντικών φρεατίων QWIP, φαίνεται να έχουν ξεπεράσει τα περισσότερα τεχνικά προβλήματα των πρώτων γενεών, σε σημείο που πλέον μπορούν να λειτουργούν αξιόπιστα και εντελώς αυτόνομα, ως κύριοι αισθητήρες ανίχνευσης και παρακολούθησης πολλών εναέριων στόχων, ταυτόχρονα. Επίσης, συνεργάζονται με αντίστοιχης τεχνολογίας αποστασιόμετρα laser κβαντικών φρεατίων QCL (Quantum Cascade Laser). Σε μεγάλα υψόμετρα, τέτοιες επιλογές επιτυγχάνουν αποστάσεις ανίχνευσης μέχρι και 90 km για προσεγγίζοντες εναέριους στόχους, ενώ για απομακρυνόμενους ξεπερνούν κατά πολύ τα 100 km.

Με τον τρόπο αυτό, ένα μοντέρνο IRST μπορεί να αποτελέσει σημαντική αναβάθμιση ακόμη και παλαιότερων γενεών αεροσκαφών, για εντελώς παθητικές επιχειρήσεις (χωρίς την ανάγκη χρήσης ραντάρ), σε εμπλοκές πέραν του ορίζοντα εναντίον τόσο κατευθυνόμενων βλημάτων όσο και εξελιγμένων 5^ης γενιάς μαχητικών με χαρακτηριστικά stealth. Tα μοντέρνα IRST θεωρούνται πλέον κύριος αισθητήρας, τουλάχιστον σε επιχειρήσεις αέρος-αέρος. Όλα τα μαχητικά εναέριας υπεροχής (air superiority), με εξαίρεση το παλαιότερο εξωπραγματικού κόστους F-22 Raptor,^[7] διαθέτουν κάποιο σύστημα IRST (LWIR ή dual band) εγκατεστημένο συνήθως πάνω από το ρύγχος, μπροστά από την καλύπτρα του χειριστή. Τα μαχητικά επιχειρήσεων αέρος-εδάφους διαθέτουν και αυτά αντίστοιχο σύστημα (MWIR ή dual band), τοποθετημένο κάτω από το ρύγχος.

Γενικά, η δυνατότητα ταυτόχρονης εκμετάλλευσης δύο ή περισσότερων φασματικών ζωνών IR, βοηθά στην υψηλότερη ανθεκτικότητα σε τεχνητές παρεμβολές και στην καταπολέμηση της παρασιτικής ακτινοβολίας (clutter) περιβάλλοντος. Ειδικότερα, η τεχνολογία QWIP επιτρέπει την ταυτόχρονη απόκτηση πολλών ειδώλων της ίδιας σκηνής, σε δύο ή περισσότερες διαφορετικές μπάντες IR, από ένα και μοναδικό αισθητήρα. Με τον τρόπο αυτό, ο χειριστής μπορεί να επιλέγει στιγμιαία το ποιοτικότερο είδωλο κάποιας συγκεκριμένης φασματικής μπάντας, πχ SWIR, MWIR ή LWIR, ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες. Μπορεί επίσης να παράγονται ανεξάρτητα γεωμετρικά είδωλα από την κάθε μπάντα, ενώ σε κάποιες περιπτώσεις ISR (Intelligence, Surveillance and Reconnaissance), εφαρμόζεται ψηφιακή επεξεργασία των διαφορετικών ειδώλων της σκηνής (thermal profiling) χρησιμοποιώντας το λόγο λαμπρότητας (brightness) μεταξύ των διαφορετικών φασματικών παραθύρων και την καμπύλη ακτινοβολίας του μαύρου σώματος, για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας του αντικειμένου, με σκοπό την αναγνώριση των στόχων ενδιαφέροντος και την απόρριψη των ψευδοστόχων.

Σημαντικά πλεονεκτήματα των συστημάτων IRST, ως προς τα ραντάρ, είναι η εντελώς παθητική λειτουργία (μη δυνατότητα ανίχνευσης / υποκλοπής από τον αντίπαλο και αποφυγή βλημάτων anti-radiation), η ανοσία σε ηλεκτρονικές παρεμβολές (πρακτικά είναι δύσκολο να υποστούν παρεμβολές, πχ από συστήματα laser) και η μεγάλη αντοχή σε θερμοβολίδες (flares), όπως επίσης και η υψηλή ανάλυση (λόγω του μικρότερου μήκους κύματος) που βοηθά στην αναγνώριση των στόχων (μέχρι και 40 φορές υψηλότερη γωνιακή ανάλυση). Νέοι αλγόριθμοι και πανίσχυροι μικροεπεξεργαστές παρέχουν τη δυνατότητα ανίχνευσης και ταυτοποίησης σε αποστάσεις μεγαλύτερες ή συγκρίσιμες με την εμβέλεια πολλών οπλικών συστημάτων. Διαθέτουν ικανότητα επαρκούς εντοπισμού επερχόμενων κατευθυνόμενων βλημάτων, ακόμη και στόχων χαμηλής παρατηρησιμότητας ραντάρ (stealth), όπως πχ το μαχητικό πέμπτης γενιάς F-22, το βομβαρδιστικό Β-2, το μη επανδρωμένο αερόχημα RQ-170 Sentinel, κτλ, λόγω της συνεισφοράς της θερμότητας των μηχανών, των καυσαερίων και των εξαγωγών τους, καθώς επίσης της ατράκτου, του ρύγχους, των ακροπτερυγίων, κτλ, που προκαλούν αναπόφευκτη συμπίεση (και επακόλουθη θέρμανση) του ατμοσφαιρικού αέρα. Όλα αυτά, συνδυαζόμενα βοηθούν στην παρακολούθηση και αποτελεσματική εμπλοκή με το στόχο σε αποστάσεις μεγαλύτερες ή συγκρίσιμες των ραντάρ, αν και τα τελευταία μπορεί να υπερτερούν στον αρχικό εντοπισμό. Ιδιαίτερα, stealth πλατφόρμες που είναι εξοπλισμένες με μοντέρνα συστήματα IRST θεωρούνται ακόμη πιο επικίνδυνες για τον αντίπαλο.

Οι πραγματικές επιδόσεις των IRST εξαρτώνται σημαντικά από τις επικρατούσες συνθήκες περιβάλλοντος (υγρασία, θερμοκρασία, ύψος πτήσης, κτλ). Πάντως, υπό κατάλληλες συνθήκες μπορεί να εντοπίσουν ακόμη και στόχους stealth σε μεγαλύτερες αποστάσεις από τα περισσότερα συνήθη τακτικά ραντάρ.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα ενός από τα μοντέρνα δυτικά εναέρια συστήματα IRST/FLIR είναι το OSF (Optronique Secteur Frontal) ή FSO (Front Sector Optronics) των Thales και Safran/Sagem Défense Sécurité (για τον υπέρυθρο αισθητήρα). Αυτό, αποτελεί απεικονιστικό σύστημα διπλής μπάντας (3-5 μm & 8-12 μm), ψυχόμενου αισθητήρα τεχνολογίας QWIP, το οποίο συνδυάζεται με υψηλής ανάλυσης τηλεοπτική camera TV/CCD (εμβέλειας 40-50 km για μαχητικά αεροσκάφη, FOV ≈ 60º) και αποστασιόμετρο laser (εμβέλειας 33 km για στόχους εδάφους και 22 km για στόχους αέρος), για επιτήρηση και στόχευση αέρος-αέρος και αέρος-εδάφους. Λειτουργεί είτε ανεξάρτητα είτε δεσμευμένο (slave mode) στο ραντάρ των γαλλικών μαχητικών αεροσκαφών τέταρτης γενιάς Rafale της Dassault. Παρέχει 120º-150º αζιμουθιακό εύρος κάλυψης και έως 14º κάτω από τον ορίζοντα. Το σύστημα αναγνωρίζει στόχους από τα 40-45 km (ως FLIR), ενώ σε λειτουργία air-to-air ανιχνεύει μικρό υποηχητικό μαχητικό σε ύψος 20.000 ft, από τα 80 km όταν προσεγγίζει και μέχρι τα 130 km όταν απομακρύνεται (μεγαλύτερα μαχητικά μπορεί να ανιχνεύονται σε ακόμη μεγαλύτερες αποστάσεις). Σε χαμηλά ύψη, οι εν λόγω αποστάσεις είναι μικρότερες (68 km και 110 km, αντίστοιχα). Οι αποστάσεις εντοπισμού είναι πολύ μεγαλύτερες για τους υπερηχητικούς στόχους, ακόμη και όταν είναι σχεδίασης stealth. Εκτιμάται ότι ένα μαχητικό F-22 που ίπταται στα 38-40 kft με ταχύτητα Mach 1.70 – 1.75, μπορεί να ανιχνευθεί στα 270-285 km όταν προσεγγίζει και στα 435-465 km όταν απομακρύνεται.

Το 2012-2013, το κανάλι (συγκρότημα) IR του OSF αφαιρέθηκε, προς όφελος ενός πιο αποτελεσματικού αισθητήρα τηλεόρασης, με δυνατότητα ανίχνευσης σε μεγαλύτερες αποστάσεις, γνωστό ως OSF-IT (Improve Technology). Η λειτουργία FLIR βασίζεται πλέον σε εξωτερικά ατρακτίδια στόχευσης, όπως πχ τα DAMOCLES, TALIOS, κτλ, ενώ σύμφωνα με αναφορές, η λειτουργία IRST μπορεί να διεξάγεται από την κεφαλή του κατευθυνόμενου βλήματος αέρος-αέρος MICA IR. Ενδεχομένως, το OSF-IT αντικαθίσταται στο Rafale F4, από αναβαθμισμένη έκδοση με νέες λειτουργίες.

Σχήμα 1(ε):  Tο οπτρονικό IRST / FLIR σύστημα OSF (Optronique Secteur Frontal) των μαχητικών αεροσκαφών Rafale.

Το αντίστοιχο κινεζικό IRST σύστημα EORD-31 της A-Star Science and Technology,^[8] εγκατεστημένο στα δύο stealth μαχητικά αεροσκάφη πέμπτης γενιάς Chengdu J-20 και Shenyang J-31 (ή FC-31) παρουσιάζεται από κινεζικές πηγές ότι υπό ιδανικές συνθήκες είναι ικανό να εντοπίζει και να παρακολουθεί εντελώς παθητικά το μαχητικό F-22 Raptor σε απόσταση έως και τα 110 km, ενώ το βομβαρδιστικό Β-2 Spirit έως και τα 150 km. Επίσης, αμφότερα τα J-20 και J-31 διαθέτουν ένα παρόμοιο με το κατανεμημένο παθητικό σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης AN/AAQ-37 DAS (Distributed Aperture System) του αμερικανικού μαχητικού F-35, καθώς και το ηλεκτροοπτικό σύστημα στόχευσης EOTS-89 (κάτω από το ρύγχος).

2. Τα χαρακτηριστικά των συστημάτων υπέρυθρης έρευνας και παρακολούθησης IRST

Γενικά, τα θερμικά συστήματα έρευνας και παρακολούθησης στόχων, μπορούν να διακριθούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες, οι οποίες διαφέρουν ως προς τη σχεδίαση, την τεχνολογία, τις εφαρμογές, τα λειτουργικά και επιχειρησιακά τους χαρακτηριστικά, αλλά και το κόστος:

• Tα συνήθως υψηλότερων δυνατοτήτων και κόστους IRST, τα οποία ανιχνεύουν και παρακολουθούν κυρίως εναέριους στόχους με βάση τη θερμική τους υπογραφή (υπέρυθρη ακτινοβολία), σε αποστάσεις πολλών δεκάδων έως και μερικών εκατοντάδων km (σε κάποιες περιπτώσεις αναλόγως συνθηκών).

• Τα χαμηλότερων δυνατοτήτων και κόστους ηλεκτροοπτικά EO/IR, τα οποία χρησιμοποιούν συνδυασμό αισθητήρων υπέρυθρου και ορατού φάσματος, για να δημιουργήσουν μια εικόνα με βάση τη θερμική διαφορά (αντίθεση) μεταξύ στόχου και περιβάλλοντος (ή μια εικόνα στο ορατό φάσμα), Χρησιμοποιούνται για επιτήρηση / ανίχνευση και παρακολούθηση εναέριων, αλλά κυρίως επίγειων στόχων, σε γενικά αποστάσεις μικρότερες από των IRST. Μια συναφή κατηγορία των EO/IR αποτελούν τα FLIR.

Τα συστήματα εμπρόσθιας θερμικής απεικόνισης FLIR (Forward Looking Infra-Red)^[9] εφαρμόζουν παραδοσιακές τεχνικές οπτικής απεικόνισης, που επιχειρούν να σχηματίσουν κάποια εικόνα (είδωλο) της πηγής / στόχου. Τα εν λόγω συστήματα, εκτός από την έρευνα για ανίχνευση, αναγνώριση και πλοήγηση (ναυτιλία) χρησιμοποιούνται ακόμη ως βοήθημα προσγείωσης, όπως επίσης για την παρακολούθηση και στόχευση (εγκλωβισμό) στόχων στη θάλασσα και στην ξηρά, ημέρα και νύκτα. Επισημαίνεται, ότι σε συνθήκες χαμηλής ορατότητας (όπως κατά τη νύκτα, σε χαλάζι, ελαφρά ομίχλη και ελαφρά βροχή), ένα σύστημα FLIR είναι περισσότερο αποδοτικό ως προς τα αντίστοιχα συστήματα TV.^[10] Πάντως, η πυκνή ομίχλη και η βαριά βροχή δημιουργούν προβλήματα απόδοσης ακόμη και στα FLIR. Γενικά, σε φυσιολογικές καιρικές συνθήκες, ενώ τα πλοία επιφανείας εντοπίζονται από τέτοια συστήματα σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις (>40 km), όμως η εμβέλεια ανίχνευσης επερχόμενων αεροσκαφών και κατευθυνόμενων βλημάτων είναι πολύ μικρότερη με αποτέλεσμα να μην παρέχεται επαρκής χρόνος αντίδρασης. Οι παραγόμενες εικόνες FLIR είναι σχετικά υψηλής ανάλυσης, εντός όμως περιορισμένου εύρους οπτικού πεδίου (FOV). Τέλος, κατά τη λειτουργία των FLIR απαιτείται σημαντική παρέμβαση του χειριστή.

Παρεμφερούς, αλλά διαφορετικής τεχνολογίας είναι τα συνδυασμένα και συμπαγή συστήματα υπέρυθρης έρευνας και παρακολούθησης IRST (IR Search and Track). Αυτά, δεν επιχειρούν να σχηματίσουν μια παραδοσιακή εικόνα (είδωλο) των πηγών / στόχων ενδιαφέροντος (non-imaging systems), αλλά επιδιώκουν τη βέλτιστη μεταφορά και ανίχνευση / παρακολούθηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας αυτών. Τα πιο μοντέρνα IRST διαθέτουν βελτιωμένων επιδόσεων αισθητήρες εστιακού επιπέδου FPA (Focal Plane Arrays), με κύρια αποστολή την αυτόματη πανοραμική έρευνα / επιτήρηση, ανίχνευση σε μεγάλη απόσταση, ταξινόμηση και συνεχή παρακολούθηση εναέριων στόχων (θερμών σημειακών πηγών), που αποτελούν απειλή μέσα στο οπτικό πεδίο ενδιαφέροντος.^[11] Τα εν λόγω συστήματα έχουν ως πρωταρχικό σκοπό την αεράμυνα και λειτουργούν ως παθητικά ραντάρ, τα οποία χωρίς να προειδοποιούν τον αντίπαλο παρέχουν εξαιρετικά ακριβή έννοια των στοιχείων διόπτευσης – ύψωσης (πολύ υψηλότερη γωνιακή ανάλυση από τα ραντάρ), αλλά από μόνα τους δεν παρέχουν έννοια της απόστασης. Τα IRST μπορούν να κατευθύνουν οπλικά συστήματα για την προσβολή στόχων (όπως και τα FLIR). Τα εναέρια IRST, μπορούν ακόμη να βοηθήσουν και στην ακριβή καθοδήγηση βλημάτων και βόμβων σε στόχους μικρού μεγέθους. Συνήθως, ερευνούν και παρακολουθούν τους στόχους ως θερμά σημεία (hot spots ή unresolved targets), προσπαθώντας να τους διακρίνουν μέσα από τις παρασιτικές ακτινοβολίες περιβάλλοντος (clutter). Η σχεδιαστική φιλοσοφία βασίζεται στην έγκαιρη ανίχνευση απομακρυσμένων σημειακών πηγών, όπως πχ μαχητικών αεροσκαφών και βλημάτων cruise. Γι΄ αυτό, διαθέτουν πολύ χαμηλή ισοδύναμη ακτινοβολία εισερχόμενου θορύβου (NEI) και ευρεία γωνιακή κάλυψη του ορίζοντα (έως και 360° για τα ναυτικά συστήματα), εκτελώντας ταχεία σάρωση ή ατένιση του χώρου. Επίσης, η χωρική ανάλυση (spatial resolution) των ειδώλων απαιτείται να είναι υψηλή (στιγμιαίο οπτικό πεδίο IFOV<1 mrad), γεγονός που δεν ήταν γενικά εφικτό από τα παλαιότερα IRST πρώτης γενιάς.

Παραδοσιακά, τα ναυτικά συστήματα IRST εκτελούν οριζόντια περιστροφική σάρωση 360°, με ταχύτητα 30 – 90 rpm και με μηχανική γυροσκοπική στάθμιση. Όμως, σχεδόν όλα τα πιο πρόσφατης τεχνολογίας συστήματα διαθέτουν σταθερές συστοιχίες ατένισης, με ηλεκτρονική στάθμιση και τυπικό ρυθμό ψευδών συναγερμών (false alarm rate) μικρότερο του ενός για κάθε ώρα λειτουργίας.

Τα μοντέρνα ναυτικά συστήματα IRST, μπορούν επίσης να συνεισφέρουν και ως απεικονιστικά συστήματα (imaging systems), στην πανοραμική επιτήρηση της εγγύς περιοχής, συνεισφέροντας στην αναγνώριση πλοίων, στην απεικόνιση των ακτών και στη ναυτιλία κατά τη διάρκεια της νύκτας. Στα αεροσκάφη, τα IRST χρησιμεύουν ακόμη και για την επιβοήθηση της προσγείωσης σε δυσμενείς συνθήκες (νύκτα, βροχή, ομίχλη, κτλ), όπως επίσης για τη ναυτιλία και την αποφυγή του εδάφους.

Σχήμα 2: Οι μεταξύ τους αντικρουόμενες απαιτήσεις του μεγάλου οπτικού πεδίου (360°) και της υψηλής χωρικής ανάλυσης (IFOV<1 mrad) μεταφράζονται σε ανάγκη ανιχνευτή πολλών pixel και υψηλό κόστος υλοποίησης για ένα ναυτικό σύστημα IRST. Μια επιλογή είναι η εφαρμογή συστήματος στενού οπτικού πεδίου υψηλής ανάλυσης για τη μηχανική σάρωση του οπτικού πεδίου 360°, είτε συνεχόμενα με σταθερό ρυθμό (continuous scanning), είτε βηματιστικά (step & stare). Ωστόσο, όλοι οι τύποι συστημάτων σάρωσης θέτουν κάποιο ανώτερο όριο στο χρόνο ατένισης (ολοκλήρωσης), που καθορίζεται από το ρυθμό σάρωσης (scan rate). Όταν ο χρόνος ατένισης περιορίζεται από κάποιο μηχανισμό σάρωσης, η παρεχόμενη τιμή SNR μειώνεται ανάλογα με την τετραγωνική ρίζα του χρόνου ολοκλήρωσης. Επίσης, τα εν λόγω συστήματα σάρωσης δεν εντοπίζουν απειλές σε τομείς που δεν βρίσκονται στην τρέχουσα οπτική τους. Αυτό, επαναφέρει το πρόβλημα του μεγάλου χρόνου επανεπίσκεψης (revisit time), που συναντάται στα συστήματα ραντάρ, κάτι που στα IRST μεταφράζεται σε χαμηλό ρυθμό ανανέωσης εικόνας. Τα προβλήματα αυτά δεν υπάρχουν στα απλούστερα, πιο μοντέρνα και σχετικά υψηλότερου κόστους συστήματα με σταθερές, ατενίζουσες συστοιχίες αισθητήρων (fully staring), υψηλού ρυθμού ανανέωσης της εικόνας, τα οποία δεν περιλαμβάνουν κινούμενα μέρη υψηλής ταχύτητας, παρέχοντάς επιπρόσθετα υψηλότερη αξιοπιστία και πλεονέκτημα χαμηλότερου κόστους κύκλου ζωής.

Ένα μοντέρνο σύστημα IRST με ατενίζουσες συστοιχίες FPA (staring sensors) καλύπτει ταυτόχρονα ολόκληρο το οπτικό πεδίο παρατήρησης, με τυπικό ρυθμό ανανέωσης πλαισίων (image frame refresh rate) 30 Hz ή 60 Hz, οπότε ο χρόνος ατένισης ή δειγματοληψίας (dwell ή integration time) ισούται περίπου με 1/30 ή 1/60 sec (0.033 ή 0.016 sec). Πιο αργός ρυθμός ανανέωσης πλαισίων, πχ 1-10 Hz επιτυγχάνει μεγαλύτερο χρόνο ατένισης (0.1-1 sec), ο οποίος βελτιώνει περαιτέρω την ευαισθησία του ανιχνευτή, μειώνει το θόρυβο και αυξάνει τις αποστάσεις ανίχνευσης και παρακολούθησης.

Στα παλαιότερα συστήματα μηχανικής σάρωσης (scanning systems), κάποιο στοιχείο (πρακτικά ομάδα στοιχείων) ή κάποια γραμμική συστοιχία φωτοανιχνευτών (μιας, δύο ή τεσσάρων στηλών) εκτελούσε σάρωση ολόκληρου του οπτικού πεδίου παρατήρησης. Ωστόσο, αυτά τα πρώτης γενιάς συστήματα σάρωσης IRST υπέφεραν τόσο από σχετικά περιορισμένες αποστάσεις ανίχνευσης, όσο και από μη αποδεκτό, υψηλό ποσοστό ψευδών συναγερμών. Στη θεωρητική περίπτωση μηχανικά περιστρεφόμενου συστήματος ενός και μοναδικού στοιχείου, το οποίο σαρώνει σειριακά ολόκληρο το οπτικό πεδίο, ο χρόνος ατένισης καθορίζεται από το ρυθμό ανανέωσης πλαισίων και από το πλήθος των παραγόμενων pixels, πχ για ρυθμό 30 Hz και ανάλυση εικόνας 640×400, ο χρόνος ατένισης είναι εξαιρετικά σύντομος 1/7.680.000 sec (0.13 μsec), γεγονός που σημαίνει πολύ χαμηλότερη ευαισθησία και πολύ υψηλότερο θόρυβο.

Σχήμα 3(α): Απλοποιημένο λειτουργικό διάγραμμα κλασσικού ναυτικού συστήματος IRST. Η παθητική κεφαλή του συστήματος μπορεί να περιστρέφεται μηχανικά, εκτελώντας αζιμουθιακή σάρωση 360°. Στα αντίστοιχα εναέρια συστήματα μηχανικής σάρωσης (scanning systems), μέσα σε μια σταθερή κεφαλή περιστρέφεται κάποιο κάτοπτρο.

Ως βασικά σημεία που διακρίνουν μεταξύ τους IRST και FLIR θεωρούνται τα ακόλουθα:

• Οπτικό πεδίο (FOV / FOR). Τυπικά, τα FLIR διαθέτουν σχετικά στενότερο πεδίο παρατήρησης (FOR), το οποίο στα αεροσκάφη είναι συνήθως επικεντρωμένο στον εμπρόσθιο τομέα. Αντίθετα, τα συστήματα IRST μπορούν να σαρώνουν ταχύτατα (μηχανικά περιστρεφόμενα) ή να ατενίζουν (σταθερά/στατικά) ολόκληρο το αζιμούθιο 360° (panoramic scan). Η καλυπτόμενη καθ’ ύψωση γωνία VFOV για συστήματα εγκατεστημένα επί πλοίων είναι πολύ μικρότερη (3° – 15°), εστιασμένη στην έρευνα του ορίζοντα, ενώ μέσω μηχανικής σάρωσης είναι δυνατό να διευρύνεται το κατακόρυφο εύρος παρατήρησης VFOR έως και 70° – 90°.

• Πλήθος εικονοστοιχείων (pixels). Το σχετικά μεγάλου εύρους πεδίο παρατήρησης FOR των IRST οδηγεί σε πολύ αυξημένο πλήθος pixels ανά πλαίσιο/εικόνα (frame) προς επεξεργασία. Για παράδειγμα, ένα μηχανικά περιστρεφόμενο ναυτικό σύστημα IRST, με αζιμουθιακό πεδίο 360°, καθ’ ύψωση πεδίο 50° και ανάλυση αισθητήρα 0.25 mrad (IFOV),^[12] παρέχει συνολικά 87.7 εκατομμύρια pixels/frame (360° x 50°/(0.25 x 0.25 mrad²)). Ένα τυπικό σύστημα FLIR διαθέτει μόλις 480 pixels κατακόρυφα επί 1000 pixels οριζόντια (συνολικά 480.000 pixels), μέσα σε πολύ μικρότερο όμως οπτικό πεδίο (πχ 30°-24°  x  24°-16° για WFOV ή της τάξης των μερικών μοιρών ή δεκάτων της μοίρας για NFOV). Σε όλες τις περιπτώσεις, το ευρύτερο οπτικό πεδίο επηρεάζει δυσμενώς την απόσταση εντοπισμού, λόγω του εισαγόμενου θορύβου περιβάλλοντος που μειώνει την οπτική / θερμική αντίθεση.

• Ρυθμός σάρωσης (ή ανανέωσης) εικόνων (frame rate). Τυπικά, ένα σύστημα FLIR χρησιμοποιεί ρυθμό σάρωσης 30 – 60 Hz (εικόνες/sec), ώστε να ελαχιστοποιείται το τρεμόπαιγμα (flickering) στα μάτια του χειριστή (κάποια μοντέρνα συστήματα φθάνουν έως και τα 400 Hz). Στα συστήματα IRST, τα είδωλα των στόχων παρέχονται κατόπιν επεξεργασίας από ηλεκτρονικό υπολογιστή και οι τιμές του ρυθμού σάρωσης είναι συνήθως πολύ μικρότερες. Τυπικοί χρόνοι ανανέωσης (update rate ή revisit frequency) για τα IRST μηχανικής σάρωσης κυμαίνονται από 0.33 έως 10 sec, οι οποίοι αντιστοιχούν σε ρυθμούς σάρωσης 0.1 – 3 Hz. Η ταχύτητα μηχανικής περιστροφής/σάρωσης (scanning speed/rate) των συστημάτων αυτών είναι της τάξης των 60-90 rpm (1.0 – 1.5 Hz), οπότε τυπικά έχουμε “ρυθμός ανανέωσης εικόνων” (image refresh rate) = “ρυθμός σάρωσης” (scan rate).

• Επεξεργασία σήματος. Η εικόνα FLIR, συνήθως παρατηρείται και αξιολογείται από κάποιο χειριστή (υπέρυθρο σύστημα εικονοληψίας πραγματικού χρόνου). Τα IRST παρέχουν εικόνα κατόπιν εκτεταμένης εφαρμογής προηγμένων αλγορίθμων επεξεργασίας, με προτεραιότητα στην υψηλής ευαισθησίας ανίχνευση μικρών στόχων (θερμών σημείων), απορρίπτοντας τους ψευδοστόχους. Στην περίπτωση αυτή, η λήψη απόφασης για την ύπαρξη στόχου είναι εντελώς αυτοματοποιημένη. Η λειτουργία απόρριψης των ψευδοστόχων από «έξυπνους» αλγόριθμους/φίλτρα, σε συνδυασμό με το τεράστιο πλήθος pixels, οδηγεί στην ανάγκη χρήσης μεγάλης υπολογιστικής ισχύος. Η δυνατότητα ταυτόχρονης παρακολούθησης μεγάλου πλήθους ιχνών είναι απαραίτητη για την αποτελεσματική αντιμετώπιση του έντονου περιβαλλοντικού clutter. Το μεγαλύτερο μέρος της τρέχουσας έρευνας για τα συστήματα IRST επικεντρώνεται στην επεξεργασία σήματος για την εξαγωγή ιχνών στόχων, μέσα από έντονη παρασιτική ακτινοβολία (clutter). Γενικά, οι εφαρμοζόμενες τεχνικές καταστολής του clutter είναι εξαιρετικά κρίσιμες για τη βελτίωση της ακρίβειας και της αξιοπιστίας των αισθητήρων IRST στην ανίχνευση και στην παρακολούθηση σημειακών στόχων.

Οι επιδόσεις οποιουδήποτε ηλεκτροοπτικού συστήματος μπορούν μεταξύ άλλων (ελάχιστη ανιχνεύσιμη θερμοκρασιακή διαφορά NETD, φασματική απόκριση, κτλ) να μελετηθούν / αξιολογηθούν είτε μέσω της χωρικής ανάλυσης, όπου η διάμετρος του περιοριζόμενου από την περίθλαση δίσκου Airy (d_min = IFOV_min x F = 2.44 λF/D_FS) συγκρίνεται με το μέγεθος του φωτοανιχνευτή, είτε στο πεδίο της χωρικής συχνότητας (προσέγγιση συνάρτησης μεταφοράς διαμόρφωσης MTF), όπου η αποκοπή του τηλεσκοπικού τμήματος συγκρίνεται με την αποκοπή του φωτοανιχνευτή (f_max = F/2d = 1/2IFOV). Σε όλες τις συγκρίσεις, οι παρεχόμενες μετρήσεις αποτελούν συνάρτηση του λόγου λ F# / d. Γενικά, στην περιοχή τιμών 0.41 < λ F# / d <1.0 παρατηρείται μετάβαση περιορισμού των επιδόσεων από τον φωτοανιχνευτή  (detector limited) σε περιορισμό των επιδόσεων από το τηλεσκοπικό τμήμα (optics limited). Μειώνοντας την τιμή του λόγου πολύ χαμηλότερα από 0.41 (μέσα στην περιοριζόμενη από τον φωτοανιχνευτή περιοχή), πχ αυξάνοντας τη διάμετρο του ανοίγματος υποδοχής (διαφράγματος), δεν παρατηρείται περαιτέρω βελτίωση της ανάλυσης των εκτεταμένων ειδώλων. Επίσης, αυξάνοντας την τιμή πολύ περισσότερο από 1.0 (μέσα στην περιοριζόμενη από το οπτικό σύστημα περιοχή), πχ μειώνοντας το μέγεθος του φωτοανιχνευτή, δεν παρατηρείται περαιτέρω βελτίωση της ανάλυσης των εκτεταμένων ειδώλων.

Έτσι, ένα απλό κριτήριο αξιολόγησης της ικανότητας του οπτικού τμήματος συστημάτων IRST στην ανίχνευση σημειακών στόχων αποτελεί η τιμή του λόγου:

λ F# / d < 0.5

             όπου λ το μέσο μήκος κύματος του παραθύρου ανίχνευσης [μm],

F# = F/D_FS (f-number ή focal ratio), τυπικά από 0.9 έως 1.29 (λόγος εστιακής απόστασης του αντικειμενικού οπτικού συστήματος προς διάμετρο διαφράγματος),

                           d είναι η γραμμική διάσταση ενός εικονοστοιχείου του φωτοφωρατή [μm]

Η ανωτέρω σχέση εξασφαλίζει μια ισορροπημένη απόδοση μεταξύ των διαφορετικών απαιτήσεων του οπτικού συστήματος λήψης. Για μια κάμερα LWIR, το τυπικό μέγεθος ανιχνευτή είναι περίπου 25 μm και το μέσο μήκος κύματος για αυτό το φασματικό παράθυρο είναι 10 μm. Επειδή η διάμετρος του δίσκου Airy είναι ίση με το μέγεθος του ανιχνευτή όταν F# = 1.02, οι κάμερες LWIR τείνουν να λειτουργούν στην περιοριζόμενη από το οπτικό σύστημα περιοχή. Δεδομένου ότι το μήκος κύματος είναι σημαντικά μεγαλύτερο, οι κάμερες LWIR δεν μπορούν να παρέχουν την ίδια ανάλυση ή ευκρίνεια εικόνας με μια κάμερα CCD στο οπτικό φάσμα.

Σχήμα 3(β): Απλοποιημένο λειτουργικό διάγραμμα κλασσικού εναέριου συστήματος IRST, αντίστοιχο του Skyward της Leonardo. Με τη συνδυασμένη εφαρμογή των αλγορίθμων JPDA (Joint Probabilistic Data Association) και IMM (Interacting Multiple Model) είναι δυνατή η ορθή συσχέτιση και η ακριβής παρακολούθηση πολλών ιχνών ταυτόχρονα, μέσα σε περιβάλλον clutter, καταπιέζοντας τους ψευδείς συναγερμούς. Κάποιος τύπος φίλτρου Kalman υπολογίζει και προβλέπει τα στοιχεία κίνησης των παρακολουθούμενων ιχνών.

Σχήμα 4: Σενάριο λειτουργίας IRST μηχανικά περιστρεφόμενης κεφαλής, με αισθητήρα κατακόρυφης συστοιχίας φωτοανιχνευτών.

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό που διακρίνει τα IRST από τα υπόλοιπα παθητικά ηλεκτροοπτικά συστήματα είναι η υψηλή ευαισθησία, ιδιαίτερα στην ανίχνευση εναέριων σημειακών στόχων, σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις. Αυτό, πραγματοποιείται με τη βοήθεια εκτεταμένης επεξεργασίας σήματος (χωρικής, χρονικής και φασματικής), η οποία αποσκοπεί στην καταπίεση του clutter περιβάλλοντος και στη μείωση του ρυθμού εσφαλμένων συναγερμών. Επισημαίνεται, ότι η ύπαρξη υψηλού clutter περιβάλλοντος (νέφη, σμήνη πτηνών,^[13] ξηρές, ήλιος, ηλιακές αντανακλάσεις στη θαλάσσια επιφάνεια, άσπρα “σπασίματα” κυμάτων, κτλ), εκτός των άλλων αυξάνει σημαντικά και τους ψευδείς συναγερμούς. Οι ψευδείς συναγερμοί εξαρτώνται από το φασματικό εύρος της μπάντας λειτουργίας, την ευαισθησία των χρησιμοποιούμενων αισθητήρων (φωτοανιχνευτών), τον εφαρμοζόμενο αλγόριθμο και τη διατιθέμενη υπολογιστική ισχύ επεξεργασίας.

Αν και γενικά οι επιδόσεις των IRST περιορίζονται κάτω από δυσμενείς καιρικές συνθήκες (μείωση έως και πολύ κάτω από 50%), όμως στα εναέρια συστήματα επιτυγχάνονται εξαιρετικές επιδόσεις σε μεγαλύτερα ύψη πτήσης (30 έως 70 χιλιάδες ft), στα περισσότερα παράθυρα IR και ιδιαίτερα στο LWIR. Στα μεγάλα ύψη, η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας είναι πολύ χαμηλή (−30°C έως −60°C), οπότε παρατηρείται σημαντική θερμική αντίθεση μεταξύ περιβάλλοντος και ιπτάμενων στόχων. Στα ύψη αυτά, η ατμόσφαιρα είναι πιο ξηρή^[14] και αραιή, με ελάχιστα αιωρούμενα σωματίδια (χαμηλότερες απώλειες διάδοσης). Στην περίπτωση αυτή, η μικρότερη αεροδυναμική τριβή δεν επαρκεί για να επιδράσει αρνητικά στην επίτευξη μεγάλων αποστάσεων θερμικού εντοπισμού. Επίσης, οι επιτυγχανόμενες αποστάσεις είναι μεγαλύτερες όταν η έρευνα διεξάγεται προς υψηλότερες γωνίες (προς μεγαλύτερα ύψη), σε σχέση με χαμηλότερες γωνίες προς χαμηλότερα ύψη, όπου η υγρασία είναι υψηλότερη και ταυτόχρονα λαμβάνεται η παρασιτική ακτινοβολία του εδάφους.

Οι τεχνικές καταστολής του clutter επιδιώκουν τη μείωση ή την εξάλειψη των επιπτώσεων στους αισθητήρες IRST, βελτιώνοντας την ακρίβεια και την αξιοπιστία της ανίχνευσης και της παρακολούθησης σημειακών στόχων. Κάποιες συνήθεις προσεγγίσεις είναι η εφαρμογή τεχνικών φιλτραρίσματος για την απομάκρυνση του θορύβου και των ανεπιθύμητων σημάτων, όπως πχ τα βαθυπερατά και τα προσαρμοστικά φίλτρα, καθώς επίσης τεχνικών εξαγωγής χαρακτηριστικών (feature extraction), όπως πχ ανάλυσης των κυρίων συνιστωσών PCA (Principal Component Analysis) και ανάλυσης των ανεξαρτήτων συνιστωσών ICA (Independent Component Analysis), για την αναγνώριση και την εξαγωγή συγκεκριμένων χαρακτηριστικών από τα δεδομένα του αισθητήρα IRST, τα οποία σχετίζονται με τα αντικείμενα-στόχους (μορφής, υφής, θερμικά, κινητικά), ενώ καταστέλλονται χαρακτηριστικά που σχετίζονται με clutter.

Μια ακόμη προσέγγιση για την καταστολή του clutter είναι η χρήση αλγορίθμων μηχανικής μάθησης, όπως τα βαθιά νευρωνικά δίκτυα (DNN), για την εκμάθηση μοτίβων (χαρακτηριστικών) από τα δεδομένα του αισθητήρα IRST που σχετίζονται με αντικείμενα-στόχους και την καταστολή μοτίβων που σχετίζονται με την ανεπιθύμητη παρασιτική ακτινοβολία.

Σχήμα 5(α): Η κατακόρυφη μεταβολή της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως είναι το υψόμετρο, η υγρασία, και η υπεριώδης ακτινοβολία, αλλά γενικά μειώνεται με την αύξηση του υψόμετρου. Τυπικά, από τους 13° στο έδαφος, η θερμοκρασία φτάνει τους -60° στα 10.000 μέτρα, που είναι ένα τυπικό επιχειρησιακό υψόμετρο για μαχητικά αεροσκάφη.

Σχήμα 5(β): Παγκόσμιοι χάρτες της μέσης ετήσιας υγρασίας (πάνω) και θερμοκρασίας (κάτω). Η υψηλότερη υγρασία^[15] επηρεάζει αρνητικά τις επιδόσεις των συστημάτων IRST, ανεξάρτητα από τη θερμοκρασία. Τα πιο θερμά κλίματα της Βόρειας Αφρικής και της Μέσης Ανατολής τείνουν να είναι λιγότερο υγρά, γεγονός που, ειδικά τη νύχτα όταν ο αέρας ψύχεται, τείνει να αμβλύνει την υποβάθμιση των επιδόσεων των IRST. Επίσης, παρά τον υψηλό μέσο όρο υγρασίας περί το 80%, το ψυχρό κλίμα της Ρωσίας και του Καναδά δεν είναι πολύ επιζήμιο. Ο συνδυασμός υψηλότερης υγρασίας και υψηλότερων θερμοκρασιών συναντάται στην Υποσαχάρια Αφρική και στη βόρεια περιοχή της Λατινικής Αμερικής.

Σχήμα 6: Βασικές αρχιτεκτονικές επεξεργασίας ανίχνευσης συστημάτων IRST, για την καταπίεση του clutter περιβάλλοντος: (α) Επεξεργαστής σταθερού ρυθμού ψευδών συναγερμών (CFAR), ο οποίος ελέγχει το εκάστοτε κατώφλι ευαισθησίας για την εξαγωγή των πραγματικών στόχων μέσα από το θόρυβο και τις παρασιτικές ακτινοβολίες του περιβάλλοντος. (β) Προσαρμοζόμενος χωρικός επεξεργαστής (spatial adaptive processor). (γ) Επεξεργαστής χώρου-χρόνου (space-time processor).

Ειδικότερα, η αποτελεσματική καταπίεση του clutter περιβάλλοντος, η οποία αποτελεί σημαντικό πρόβλημα των συστημάτων IRST αρχίζει να διεξάγεται από τα πρώτα στάδια επεξεργασίας, ως χωρικό φιλτράρισμα (spatial filtering). Το χωρικό φιλτράρισμα βελτιώνει το λόγο σήματος προς clutter, απορρίπτοντας το clutter περιβάλλοντος και αναδεικνύοντας (ανιχνεύοντας) το στόχο. Βασίζεται στα χωρικά χαρακτηριστικά του clutter, το οποίο έχει διαφορετικό περιεχόμενο χωρικής συχνότητας σε σύγκριση με το στόχο. Μπορεί να υλοποιηθεί με διάφορα γραμμικά υψιπερατά φίλτρα, γραμμικά ταιριασμένα φίλτρα Wiener (matched filters), μη γραμμικά φίλτρα μεσαίου όρου και αφαίρεσης (median & subtract), κτλ. Συνήθως, για μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα και αποδοτικότητα χρησιμοποιείται συνδυασμός γραμμικών και μη γραμμικών φίλτρων.

Στη συνέχεια, ακολουθεί η αυτόματη / δυναμική ρύθμιση του κατωφλίου ανίχνευσης (adjustable/adaptive thresholding), με βάση τα στατιστικά στοιχεία της εικόνας, με σκοπό τη διατήρηση σταθερού ρυθμού εσφαλμένων συναγερμών CFAR (Constant False Alarm Rate). Αυτό, βοηθά στην εξάλειψη του clutter, ενώ ταυτόχρονα ανιχνεύεται ο στόχος. Η λειτουργία του προσαρμοστικού κατωφλίου, μπορεί να εκτελεσθεί είτε στο αναλογικό πεδίο μέσω της εξαγωγής του μέσου όρου (averaging) του clutter κατά τη διάρκεια ενός πλήρους κύκλου σάρωσης, είτε στο ψηφιακό πεδίο. Στη δεύτερη περίπτωση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η πολύ αποτελεσματικότερη τεχνική μείωσης του τοπικού clutter, η λεγόμενη κανονικοποίηση θορύβου περιβάλλοντος (background normalization). Όλες αυτές οι τεχνικές προσδίδουν έμφαση στην ανάδειξη των στόχων, μέσω της επιπεδοποίησης / λεύκανσης του θορύβου (whitening),^[16] δηλαδή της μείωσης αυτού σε φασματικές περιοχές όπου είναι έντονος και ενίσχυσης όπου εμφανίζεται ασθενικός.

Τελευταίο στάδιο αποτελεί ο χρονικός επεξεργαστής ιχνών (temporal ή track–file processor), ο οποίος εφαρμόζεται για την παρακολούθηση των επιθυμητών ιχνών, μεταξύ των διαδοχικών καρέ (frames). Το χρονικό φιλτράρισμα του clutter, διεξάγεται με βάση τα χρονικά χαρακτηριστικά του. Για παράδειγμα, εάν το clutter έχει μια αργή χρονική διακύμανση σε σύγκριση με το στόχο, μπορεί να φιλτραριστεί.

Σχήμα 7: H συμβατική μέθοδος ανίχνευσης μικρών, σημειακών στόχων IR, αποκλειστικά και μόνο με βάση το χωρικό φιλτράρισμα (spatial filtering) είναι προβληματική, λόγω των πολλών ψευδών ανιχνεύσεων που δημιουργούνται από την παρασιτική ακτινοβολία (clutter) του περιβάλλοντος, όπως τα σύννεφα, ο ορίζοντας και οι ηλιακές λάμψεις πάνω στην επιφάνεια της θάλασσας.

3. Αλγόριθμοι ανίχνευσης και παρακολούθησης πολλών σημειακών στόχων σε περιβάλλον clutter

Οι λειτουργίες που περιγράφηκαν προηγουμένως αποτελούν τα βασικά, απαραίτητα στάδια ενός κλασσικού (συμβατικού) συστήματος επεξεργασίας και ανίχνευσης σταθερού ρυθμού εσφαλμένων συναγερμών CFAR. Στην πράξη, τα πιο προηγμένα συστήματα IRST εφαρμόζουν περίπλοκη επεξεργασία απόρριψης του clutter, όπως είναι πχ ο προσαρμοζόμενος χωρικός επεξεργαστής (adaptive spatial processor), ο επεξεργαστής χώρου-χρόνου (space-time processor), κτλ.

Αρχικά, οι εφαρμοζόμενοι αλγόριθμοι ανίχνευσης σημειακών πηγών (στόχων) ξεκινούν ουσιαστικά με βάση κάποιο κατώφλι χαμηλού επιπέδου. Οι ανιχνεύσεις σημειακών πηγών μεταξύ διαδοχικών καρέ ενώνονται για να δημιουργήσουν ίχνη επιπέδου εικόνας, τα οποία εξελίσσονται με το χρόνο. Αυτά τα υποψήφια ίχνη ελέγχονται για εγκυρότητα, με βάση την υπόθεση ότι η κινηματική των πραγματικών απειλών χαρακτηρίζεται από συνεχή κίνηση με περιορισμένο εύρος τρισδιάστατων ταχυτήτων, αντίθετα δηλαδή με την κινηματική των ψευδών συναγερμών, όπως είναι οι ηλιακές λάμψεις πάνω στη θαλάσσια επιφάνεια. Λόγω αυτών των παραγόντων, οι επιδόσεις ανίχνευσης και παρακολούθησης είναι ευαίσθητες στους ρυθμούς ανανέωσης της εικόνας, επηρεάζοντας τη συσχέτιση των ιχνών (track association), το χρόνο δήλωσης απειλής (threat declaration time) και την απόρριψη ψευδών συναγερμών (false alarm rejection).

Ορισμένοι από τους στοιχειώδεις αλγόριθμους παρακολούθησης σημειακών στόχων (point trackers) σε συστήματα IRST, είναι οι ακόλουθοι:

• Αλγόριθμοι πολλαπλών διαφορών (multidifference), οι οποίοι χρησιμοποιούν διπολικές τιμές κατωφλίων (θετικές και αρνητικές), έτσι ώστε να απορρίπτεται το clutter που δεν παράγει διπολικές διαφορές. Oι πραγματικοί στόχοι παράγουν διπολικές διαφορές, καθώς μετακινούνται από pixel σε pixel της εικόνας.

• Αλγόριθμοι πολλαπλών κατωφλίων (multithreshold), οι οποίοι βασίζονται στην πολλαπλή υπέρβαση της τιμής κατωφλίου σε διαδοχικές εικόνες, σύμφωνα με κάποια αναμενόμενη συμπεριφορά.

• Αλγόριθμοι γραμμικής παρακολούθησης (linear trackers), οι οποίοι βασίζονται στην απλή παρακολούθηση του ιστορικού των σημείων που υπερβαίνουν την τιμή κατωφλίου, παράγοντας με τον τρόπο αυτό το ίχνος κίνησης του στόχου.

Ένας αλγόριθμος ανίχνευσης υψηλού επιπέδου δημιουργεί ίχνη στο χρόνο (παρακολούθηση) με βάση υποψήφιους στόχους (ύποπτα σημεία) που ανιχνεύονται από από κάποιο στοιχειώδη αλγόριθμο χαμηλού επιπέδου. Αυτοί οι υποψήφιοι στόχοι συχνά περιλαμβάνουν πολλούς ψευδείς συναγερμούς, σε κάθε πλαίσιο. Στη συνέχεια, κάθε ανίχνευση στο τρέχον πλαίσιο είτε σχετίζεται με κάποιο υπάρχον ίχνος είτε χρησιμοποιείται για να ενεργοποιήσει τη δημιουργία ενός νέου ίχνους. Ακολούθως, όλα τα ίχνη τροφοδοτούνται στον αλγόριθμο ταξινόμησης, που αποφασίζει ποια από τα ίχνη από τον αλγόριθμο υψηλού επιπέδου διατηρούνται ως πραγματικοί στόχοι και ποια απορρίπτονται ως ψευδείς συναγερμοί. Επίσης, σε κάθε κύκλο, μέσω εφαρμογής μηχανικής μάθησης αποφασίζεται για ποια από τα ίχνη που δεν έχουν ακόμη αναφερθεί θα ξεκινήσει η αναφορά («δέσμευση» ή “εμπλοκή”) και για ποια από τα τρέχοντα αναφερόμενα ίχνη θα διακοπεί η αναφορά (“αποδέσμευση” ή «απεμπλοκή»). Όμως, για χαμηλό ρυθμό ανανέωσης, οποιοσδήποτε στόχος κινείται στο οπτικό πεδίο θα εμφανίζεται πιο μακριά από την προηγούμενη θέση του, καθιστώντας όλο και πιο δύσκολο για τον αλγόριθμο παρακολούθησης να τον συσχετίσει με το σωστό ίχνος και καθιστώντας πιο πιθανό να δηλωθεί ως ψευδής συναγερμός από τον αλγόριθμο ταξινόμησης. Επομένως, η αξιοπιστία ενός αλγορίθμου παρακολούθησης εξαρτάται σημαντικά από τον υψηλό ρυθμό ανανέωσης.

Η δήλωση απειλής εξαρτάται από τη διατήρηση των ιχνών στόχου στο χρόνο, με βάση κάποιον ελάχιστο αριθμό πλαισίων / καρέ, στα οποία ο αλγόριθμος ανίχνευσης συνεχίζει να ανιχνεύει σταθερά το στόχο. Τα υπερηχητικά βλήματα καταφθάνουν από τον ορατό ορίζοντα προς το πλοίο φορέα IRST, σε περίπου 30 δευτερόλεπτα. Η διαθέσιμη χρονική περίοδος για αποτελεσματική αντίδραση είναι περίπου 25 δευτερόλεπτα από τη στιγμή που το βλήμα εμφανίζεται στο ύψος του ορίζοντα. Επομένως, η δήλωση απειλής πρέπει να λάβει χώρα μέσα στα πρώτα 5 δευτερόλεπτα (χρόνος δήλωσης απειλής), δηλαδή από τη στιγμή που ο στόχος είναι πιο δύσκολο να εντοπιστεί. Ένα σύστημα IRST σταθερών ανιχνευτών ατένισης λειτουργεί με ρυθμό ανανέωσης video (50 Hz, 60 Hz ή ακόμη περισσότερο), παρέχοντας πολύ περισσότερα καρέ σε αυτήν την κρίσιμη χρονική περίοδο, από ό,τι τα συστήματα μηχανικής σάρωσης.

Η χρονική συμπεριφορά των παρακολουθούμενων ιχνών αποτελεί καθοριστικό χαρακτηριστικό που επιτρέπει την απόρριψη ανιχνεύσεων, οι οποίες δεν παρουσιάζουν τυπική συμπεριφορά απειλών που πλησιάζουν επικίνδυνα το φορέα (πλοίο). Οι ηλιακές λάμψεις πάνω στη θαλάσσια επιφάνεια αποτελούν σημαντική πηγή ψευδών συναγερμών, με τυπική διάρκεια 100 msec. Για να αποτυπωθεί η συμπεριφορά μιας λάμψης και να απορριφθεί ως ψευδής συναγερμός, πρέπει να γίνει δειγματοληψία τουλάχιστον δύο φορές μέσα στο χρόνο αυτό, γεγονός που οδηγεί στην απαίτηση ο ρυθμός ανανέωσης να είναι τουλάχιστον 20 Hz. Ο ανεπαρκής ρυθμός καρέ απετέλεσε σημαντικό παράγοντα που συνέβαλλε στα υψηλά ποσοστά ψευδών συναγερμών που ταλαιπώρησαν τα πρώτης γενιάς συστήματα IRST.

Γενικά, όλες οι νεοεισερχόμενες παρατηρήσεις (μετρήσεις) υφίστανται πρώτα κάποια προεπεξεργασία (measurement data preprocessing), προκειμένου να απαλειφθούν κατά το δυνατόν οι παρασιτικές επιδράσεις περιβάλλοντος (clutter) και τυχόν άλλοι ανεπιθύμητοι θόρυβοι. Επίσης, οι εναπομείνασες πληροφορίες, μετά από τη βασική προεπεξεργασία χρειάζονται περαιτέρω επεξεργασία, ενδεχομένως και επαναλήψεις παρατηρήσεων (μετρήσεων), ακόμη και με τη συνδρομή άλλων αισθητήρων, προκειμένου να διευκρινισθούν αβεβαιότητες που οφείλονται στη διακριβωτική ικανότητα (resolution) του εκάστοτε αισθητήρα.

Σχήμα 8: Τυπική, απλοποιημένη προσέγγιση των βασικών λειτουργικών σταδίων ενός οποιουδήποτε συστήματος ταυτόχρονης παρακολούθησης πολλών στόχων MTT (Multiple Target Tracking), όπως πχ εφαρμόζεται στα IRST.

Ένα σύστημα ταυτόχρονης παρακολούθησης πολλών στόχων MTT (Multiple Target Tracking), αναλόγως των εφαρμοζόμενων αλγορίθμων (φίλτρων λογισμικού), μπορεί να απορρίπτει ευκολότερα παρασιτικές ακτινοβολίες περιβάλλοντος (clutter).

Η τεχνολογία ΜΤΤ είναι δυνατό να εφαρμόζεται σε επίπεδο ενός αισθητήρα για τα συλλεγόμενα από αυτόν ίχνη, σε επίπεδο περισσότερων διαφορετικών αισθητήρων μιας πλατφόρμας ή ακόμη και σε επίπεδο περισσοτέρων αισθητήρων από διαφορετικές πλατφόρμες. Στην περίπτωση της συνεργασίας διαφορετικών πλατφορμών απαιτείται αξιόπιστο σύστημα ασύρματης επικοινωνίας με μεγάλες δυνατότητες μεταφοράς δεδομένων, πχ Link-16, κτλ.

Στο επόμενο μέρος περιγράφονται οι βασικές φάσεις της διαδικασίας αυτόματης παρακολούθησης ενός οποιουδήποτε συστήματος MTT, όπως δηλαδή τα IRST (σχήμα 8), αν και σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να υπάρχουν κάποιες διαφοροποιήσεις όσον αφορά στο συνδυασμό των αναφερόμενων σταδίων.

Συνεχίζεται στο δεύτερο μέρος …

---

[1]  Ο αισθητήρας AAA-4 της Texas Instruments (ή ο παρόμοιος S-71N της Hughes) ήταν εγκατεστημένος ακριβώς κάτω από το ρύγχος (θόλο ραντάρ) των αεροσκαφών F-4B/C, για την υποβοήθηση στόχευσης των βλημάτων AIM-9B Sidewinder, μέσω της ανίχνευσης των καυσαερίων των αεριωθουμένων. Λόγω όμως της περιορισμένης χρησιμότητας και των διαρκών βελτιώσεων των Sidewinder, ο συγκεκριμένος αισθητήρας δεν διατηρήθηκε στις επόμενες εκδόσεις του αεροσκάφους.

[2]  Τα F-8E Crusader διέθεταν παρόμοιο σύστημα με το ΑΑΑ-4 των πρώτων F-4 Phantom, εγκατεστημένο όμως ακριβώς μπροστά από την καλύπτρα του πιλοτηρίου.

[3]  Ο υπέρυθρος IRST αισθητήρας, αρχικά N71 και αργότερα S-71N της Hughes Aircraft Company (εμβέλειας 25 km), ήταν εγκατεστημένος κάτω από το εμπρόσθιο μέρος της ατράκτου του Σουηδικού αεροσκάφους J-35F-2 Draken.

[4]  Από τη δεκαετία του 1980, τα σοβιετικά μαχητικά MiG-29 Fulcrum και Su-27 Flanker συνδύαζαν τις δυνατότητες IRST με τα IR βλήματα αέρος-αέρος Vympel R-27T και R-27ET (AA-10 Alamo), δηλαδή για εντελώς παθητική ανίχνευση και προσβολή του αντιπάλου.

[5]  Ακόμη και η άτρακτος των MiG-31 ξεπερνά εύκολα τη θερμοκρασία των 760°C κάτω από ακραίες συνθήκες αερομαχίας.

[6]  Οι λειτουργίες επεξεργασίας του IR-OTIS περιλάμβαναν διόρθωση μη ομοιομορφίας (NUC), με βάση τη σκηνή, καταπολέμηση της αδέσποτης ακτινοβολίας μέσα στο οπτικό σύστημα (φαινόμενο Νάρκισσος), έναν ανιχνευτή σημειακού στόχου μαζί με εκτίμηση του SNR και ταξινόμηση παρασιτικών ακτινοβολιών (clutter) για λειτουργία CFAR, συσχέτιση στόχου (target association), αλγόριθμο παρακολούθησης συσχέτισης (correlation target tracker) και AGC για την απεικόνιση των ειδώλων. Κατά την ανίχνευση CFAR, οι 64 ισχυρότεροι συναγερμοί ανά εικόνα (τοπικά μέγιστα SNR) αποστέλλονται για αξιολόγηση και περαιτέρω επεξεργασία.

[7]  Την εποχή της ανάπτυξης του F-22 Raptor, τελικά δεν υιοθετήθηκε κάποιος αισθητήρας IRST, ενώ αποφασίστηκε να μην χρηματοδοτηθεί η ανάπτυξη του AIRST (Advanced IRST). Το γεγονός αυτό, άφησε για μερικά χρόνια την αμερικανική πολεμική αεροπορία χωρίς κάποιο μαχητικό εξοπλισμένο με IRST.

[8]  To σύστημα EORD-31, πιθανόν τεχνολογίας αισθητήρων QWIP, φέρει επίπεδης / πρισματικής μορφοποίησης εξωτερική πρόσοψη / θόλο, αντί της παραδοσιακής σφαιρικής μορφής των εναέριων IRST. Παρά την εν λόγω προσπάθεια μείωσης της συνεισφοράς στη ραδιοδιατομή (RCS) του αεροσκάφους, όμως όσον αφορά στις αποστάσεις θερμικής ανίχνευσης αεροσκαφών stealth, στην πραγματικότητα δεν φαίνεται να αποτελεί κάποια μεγάλη εξέλιξη ως προς το ρωσικό σύστημα OLS-27 των μαχητικών Su-27.

[9]  Η συγκεκριμένη κατηγορία ηλεκτροοπτικών θερμικής απεικόνισης αποτελεί και το όνομα της κατασκευάστριας εταιρείας FLIR Systems (σήμερα Teledyne FLIR).

[10]  Ένα σύστημα FLIR μπορεί να θεωρηθεί ως υπέρυθρο σύστημα TV, περιορισμένου όμως οπτικού πεδίου (FOV) και χαμηλότερης ανάλυσης (αν και σχετικά υψηλής), ως προς τα αντίστοιχα συστήματα TV.

[11] Μερικά από τα πρώτης γενιάς ναυτικά συστήματα IRST εγκατεστημένα επί πλοίων (δεκαετίες 1980-1990) ήταν το διπλής μπάντας DIBV-1A VAMPIR (Veille Air-Mer Panoramique Infra-Rouge) της γαλλικής Sagem (πρώην SAT – Société Anonyme de Télécommunications), το IRSCAN (με γραμμική staggered διάταξη IRFPA 1024 στοιχείων CMT+CMOS, 8-12 μm, 78 rpm) της Thales Nederland (πρώην Signaal), το DS-35 SPIRTAS (Shipborne Passive IR Target Acquisition System) της Ισραηλινής El-Op (τμήμα ηλεκτροοπτικών της Elbit) στη μπάντα 3-5 μm, το NATO-Καναδικό πρωτότυπο AN/SAR-8 (NAAWS / NATO Anti Air Warfare System & Spar Aerospace) και το αμερικανικό πρωτότυπο HISS (Horizon Infrared Surveillance Sensor) του NSWCDD (Naval Surface Warfare Center Dahlgren Division) στη μπάντα 3-5 μm. Οι σχετικά απλοί αλγόριθμοι επεξεργασίας, η χαμηλή υπολογιστική ισχύς, οι σχετικά μεγάλες τιμές στιγμιαίου οπτικού πεδίου IFOV (της τάξης του 1 mrad), η λειτουργία σε ένα και μοναδικό φασματικό παράθυρο, ήταν μερικές από τις κυριότερες αιτίες των μη ικανοποιητικών επιδόσεων και των πολύ υψηλών ρυθμών εσφαλμένων συναγερμών των πρώτων αυτών συστημάτων, τα οποία δεν υφίστανται πλέον σε υπηρεσία.

[12] Η απαίτηση δυνατότητας ανίχνευσης επερχόμενου κατευθυνόμενου βλήματος (τυπικής διαμέτρου 0.5 m²), σε απόσταση 25 km (ορίζοντας ανίχνευσης για ναυτικό σύστημα IRST σε ύψος 15 m από τη θάλασσα και για επερχόμενο κατευθυνόμενο βλήμα σε ύψος πτήσης 15 m) οδηγεί στην ανάγκη στιγμιαίου οπτικού πεδίου IFOV < 1 mrad.

[13] Σήματα υπέρυθρων αισθητήρων που παράγονται από πτηνά σε μικρές αποστάσεις (1 – 2 km), μπορεί να έχουν το ίδιο μέγεθος με τα σήματα που παράγονται από πραγματικούς στόχους σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Καθώς τα συστήματα IRST βασίζονται σε μηχανισμό σάρωσης με πολύ μεγάλο FOV και χαμηλό ρυθμό πλαισίων/καρέ (συνήθως 0.1 – 3 καρέ/sec), οι πιθανότητες δημιουργίας ψευδών συναγερμών από πτηνά που πετούν σε κοντινές αποστάσεις αυξάνονται.

[14] Το 99.8% της υγρασίας της ατμόσφαιρας βρίσκεται σε ύψος χαμηλότερο των 45.000 ft.

[15] Η απόλυτη υγρασία αφορά στην ποσότητα μάζας υδρατμών (gr) που περιέχεται σε συγκεκριμένο όγκο αέρα (1 m³). Η σχετική υγρασία είναι η ποσοστιαία αναλογία μάζας υδρατμών σε συγκεκριμένο όγκο αέρα, σε σύγκριση με τη μέγιστη ποσότητα υδρατμών που μπορεί να περιέχει ο αέρας για τη δεδομένη θερμοκρασία και πίεση, μέχρι να κορεσθεί. Η σχέση μεταξύ υγρασίας και θερμοκρασίας είναι περίπλοκη, αλλά και οι δύο επηρεάζουν τα συστήματα IRST.

[16] Η διαδικασία λεύκανσης (whitening) είναι απαραίτητη για τη στατιστική “ανεξαρτητοποίηση” του εισερχόμενου θορύβου, σε περιπτώσεις μη στασίμων σημάτων (non-stationary), όπως πχ τα μεταβατικά σήματα, των οποίων οι στατιστικές ιδιότητες (μέσος όρος και ορμές ανώτερης τάξης, όπως συνδιακύμανση και αυτοσυσχέτιση) μεταβάλλονται με το χρόνο.