ARLA/CLUSTER: O que são e para que servem os Radares OTH (Over-The-Horizon).?

[João Costa > CT1FBF]

Sistemas de radares OTH (Over-The-Horizon)
<http://www.planobrazil.com/sistemas-de-radares-oth-over-the-horizon/>

Efeito da ionosfera nas ondas de rádio HF

*Os radares OTH (Over-The-Horizon*) são divididos em backscatter (OTH-B) e
Surface Waves (OTH-SW).

Uma das limitações dos radares é que tem trajetória linear enquanto a terra
é curva. O horizonte radar limita a detecção dos sistemas convencionais.
Aeronaves voando baixo não podem ser detectadas e os radares só podem
detectar alvos a longa distancia que voam alto. Um meio de contrapor isso
foram as aeronaves de alerta antecipado (AEW) como o E-3 Sentry e o E-2
Hawkeye.

Um outro meio de detectar aeronaves além do horizonte são os radares OTH.

A concepção dos radares OTH backscatters data da década de 1930. O sistema
baseia-se na característica de que, em freqüências abaixo de 30 MHz (banda
HF), a ionosfera, camada de plasma acima da atmosfera a 200 km de altura,
reflete feixes de ondas a ela dirigidos, permitindo que um radar na
superfície da terra detectar e rastrear embarcações e aeronaves a
distâncias superiores às que seriam possíveis com o uso de radares
convencionais de microondas.
O OTH depende, portanto, das condições da ionosfera. Ela sobe quando está
de noite e por isso os OTH operam melhor à noite. A ionosfera absorve ondas
de rádio e quanto maior a frequência, menor a absorção. A distância
independente da potência de saída. Frequências acima de um máximo não são
reflectidas e continuam na direção que estavam rumo ao espaço.
Na região equatorial, onde a ionosfera é altamente instável e turbulenta,
apresentando propriedades elétricas variáveis, o desempenho do OTH fica
seriamente comprometido.

Os OTH-B tem a vantagem de cobrir áreas grandes a longas distâncias. O
FPS-118 americano cobre um setor de 120 graus a distâncias de 800 a 3.000
km de profundidade. Eles podem cobrir distâncias ainda maiores com
reflexões múltiplas no solo e ionosfera, mas isso não é sempre garantido
que possa acontecer.

O lado positivo é poder usar pulsos de grande energia e são bons para
extrair efeito Doppler dos contatos. Quando entrou em operação em Amchitka,
nos EUA, o FPS-118 podia detectar aeronaves taxiando na Rússia.

Devido à sua grande energia, banda de rádio, frequência e parâmetros
atmosféricos, são difíceis de interferir. Usam antenas grandes e fixas,
difíceis de camuflar, mas estão distantes do local de ação, sendo
vulneráveis a poucas plataformas e armas.

Por usarem ondas longas, eles têm pouca precisão. São usados para alerta
antecipado e para controlar aeronaves interceptadoras ou de reconhecimento,
até intruso no ar ou mar.

O OTH tem baixa aplicabilidade no controle de tráfego aéreo, já que sua
precisão apresenta variações entre 20 e 30 quilómetros. Ou seja, o sistema
detecta a presença dos objetos dentro de um quadrilátero de 20 a 30
quilómetros de lado, mas é incapaz de localizá-lo, precisamente, dentro
dessa área. Com isso, o sistema é inaceitável para os padrões de segurança
do controle de tráfego aéreo, que demandam radares com nível de precisão de
apenas centenas de metros, para evitar-se, por exemplo, o risco de colisão
entre aeronaves.

Os radares OTH-B também são caros para desenvolver, construir e manter. O
OTH JORN Australiano já gastou US$ 673 milhões e pode exceder US$ 827
milhões quando ficar pronto.

Os radares OTH estão em uso na Austrália, Canadá, China, EUA, Reino Unido e
Rússia.

Os australianos e os russos dizem que conseguiram adaptar seus sistemas de
radar OTH para detectar aeronaves furtivas. Os radares OTH têm facilidade
para detectar aeronave furtiva por operar com ondas longas (10-60m). As
ondas HF não são dispersas por técnicas da forma e o material RAM é
otimizado para ondas curtas.

Outra técnica é procurar por quedas ou sombras de energia nas reflexões do
radar. Os radares OTH australianos já conseguiram rastrear a sombra do B-2
que estava voando sobre o Texas a 11.000 km de distância.

*O receptor do JORN tem dois braços, cada um de 3,4 km de comprimento,
consistindo de 960 antenas individuais que não podem estar mais que 10 mm
fora de alinhamento. O alcance máximo chega a 3.000 km com resolução é de
20-40 km.*

O Jindalee Operational Radar Network (JORN) australiano é um radar OTH-B
pulso Doppler de onda contínua (CW) biestático, que opera em alta
frequência (HF) de 3-30 MHz.

O sistema é formado por duas estações. Uma, em Longreach (Queensland), tem
uma antena transmissora de 400 m de comprimento e o receptor de 3 km fica a
100 km do transmissor para evitar interferência mútua com os 480 receptores
digitais. A outra estação fica em Alice Springs (Território do Norte) com
um transmissor de 800 m e receptor de 6 km de 960 receptores a 85 km de
distância com cobertura de 180º.

*O sinal de 20kw dos transmissores do JORN fornecidos pela GEC Marconi é
maior que a maioria das estações de rádio*

Na década de 1970 os EUA iniciou pesquisas a respeito para detectar
bombardeiros convencionais. O objetivo era acompanhar aeronaves mascaradas
pelo terreno a longa distância pela curvatura da terra.

O radar OTH-B americano AN/FPS-118 entrou em operação em 1970. Custou cerca
de US$ 1,5 bilhão e seria usado para dar alerta antecipado de bombardeiros
da URSS quando estavam a centenas de quilômetros dos EUA. A antena com 12
transmissores de 6 MW de potência operando na banda 5-29 MHz de FM/CW,
divididas em 6 bandas. O sistema é do tipo biestativo com o receptor e
transmissor separados entre 150-200 km. A antena 1200m de comprimento por
12 a 45m altura. O receptor tem 246 elementos com 1.517 a 1.700m de
comprimento e 20 a 22m de altura. O alcance é de 800 a 2.880 km dando um
alerta de uma a uma hora e meia contra aeronaves de alta velocidade.

O radar deveria ficar operacional em 1990 cobrindo três setores. Com o fim
da Guerra Fria apenas um radar foi construído. O radar no Maine foi
redirecionado para o sul e está sendo usada para detecção de aeronaves
ilegais, que podem estar levando drogas. Funciona cerca de 40 h por semana
e também é usado para análise meteorológica, pois consegue perceber
mudanças nos ventos, com gastos de US$ 1-1,5 milhão por ano para operar em
pesquisa ambiental. O radar que seria instalado no Alasca custaria US$ 530
milhões, devido à localização afastada.

O Raytheon AN/TPS-71 Relocatable OTH Radar (ROTHR) é um projeto da US Navy
operado desde 1987 para dar alerta antecipado tático para Forças Tarefas,
de ameaças aéreas e de superfície a distâncias ultra-longas. As antenas
cobrem o Caribe, parte do Atlântico e Golfo do México. As antenas na
Virginia, Texas e Porto Rico são agora usados para controle de tráfico de
drogas.

A Thomson-CSF francesa esta testando um radar OTH designado RIAS (Radar a
Impulsion et Antenne Synthetiques), que esta sendo desenvolvido com
contrato do governo francês. O RIAS tem uma arranjo circular de raio de
360m que gera emissões de onda ominidirecional direta/superfície que pode
detectar alvos a “centenas de quilómetros�.

O Instituto de pesquisa francês Onera esta desenvolvendo um radar
experimental de longo alcance chamado Nostradamus, sendo que a Armée de
l’Air e Marinha da França estão interessadas em adquirir versões
operacionais

O radar tem 288 antenas emissoras e receptoras num padrão em estrela com
três braços espaçados regularmente. O sinal de baixa frequência (3-30MHz)
reflete na ionosfera em altitudes entre 100 e 300km criando um espelho
gigante virtual que pode iluminar um quadrilátero de 500km de lado.

O sistema funciona como uma “antena virtual� formada pela emissão das 288
antenas menores para formar um feixe pela modificação de fase do sinal. O
sistema pode funcionar como radar biestático usando emissões de banda baixa
não cooperativo.

O radar instalado em Dreux, a 200 km de Paris, foi capaz de observar o
tráfego marítimo e aéreo entre Marselha e o outro lado do mar Mediterrâneo.

Em 2002 o radar estacionado a 100 km de Paris, mostrou ser capaz de
localizar aeronaves voando baixo sobre o Mar Mediterrâneo entre Bizerte,
Tunísia e Sardenha (1.400km).

O radar tem algumas limitações pois não é preciso, detectando alvos a
1700km que pode estar num raio de 5km. Como opera na banda HF, seu
desempenho depende do horário do dia e da atividade solar que modifica as
propriedades da ionosfera. A Itália  e Reino Unido estão interessadas no
programa.

Dependendo da frequência e do ângulo de emissão, a energia do radar reflete
em diferentes camadas da ionosferas, podendo detectar alvos entre 800 e
3.000 km. Um supercomputador coordena as antenas para o sinal cobrir 360
graus. O sistema opera no modo de detecção Doppler, sendo que quanto mais
rápido o alvo, mais fácil será a detecção.

Entre as futuras modernizações inclui a capacidade de detectar navios e
icebergs. O radar tem   capacidade de detectar qualquer alvo furtivo.

O radar é relativamente barato por usar componentes comerciais. Entre as
vantagens citadas pelos franceses em relação aos radares OTH americanos e
australianos, é ser um sistema monoestático, com receptor e transmissor na
mesma antena, e poder cobrir 360 graus.

O radar OTH russo teve seus estudos iniciados no fim década de 1950. O
primeiro radar ficou operacional na década de 1070 e detectava distúrbio de
mísseis na atmosfera. A computação da época era limitada e por isso não
funcionava muito bem. O radar opera na banda de 5 a 28 MHz  sendo um
sistema biestático com as antenas separadas entre 20-200km. A cobertura é
de 60º para um alcance de 2.000km. A potência era de 30MW.

A China está testando um radar de defesa aérea tipo OTH-B desenvolvido pela
China National Electronics Import & Export Corp. O radar tem alcance de
3.500km operando na banda de 5 a 29MHz com potencia 1MW.

*High-Frequency Surface-Wave Radars (HFSWRs)*

O High-frequency surface-wave radars (HFSWRs) ou Suface Wave exploram ondas
de superfície entre as camadas de ar baixas e a superfície do mar para
transmitir reflexões até 400 km de distância ou mais. O sistemas está em
uso para controle da EEZ e alerta de ataque de mísseis voando baixo, sendo
capaz de enxergar plataformas furtivas.

Os HFSWR usam o comprimento de onda de 12-20 m na frequência de 15-25 MHz.
São mais acurados que os OTH-B e não têm problemas de alcance mínimo de
centenas de quilômetros.

A US Navy está testando um HFSWR da Lockheed Martin Sanders desde 1990
contra mísseis sea-skimmer. O sistema americano não tem capacidade de
identificação. A resolução é de 1-2º em azimute e 1 km em alcance. É capaz
de detectar um míssil de pequeno RCS a 40 km ou aeronave a 74 km voando
baixo,  dando um alerta adicional de 30 s.

A HMS Brazen foi equipada com um HFSWR antes de ir para as Malvinas em
1982, mas o sistema não funcionou tão bem como nos testes e foi retirado
depois da guerra. As 24 antenas eram distribuídas em todo comprimento do
navio.

A China usa um sistema SW para vigiar Taiwan, cobrindo todo o estreito e a
costa do país.

O OTH-SW SWR-503 da Raython Canada

A Alenia Marconi Systems está propondo um conceito de HFSWR embarcado que
pode ser capaz de detectar caças voando baixo e pequenos barcos a 70km de
distância e navios grandes a 200km. A tecnologia pode ajudar contra ameaças
como ataques múltiplos e alvos voando muito baixo. O estaleiro Blohm+Voss
afirma que os receptores serão instalados na lateral do navio e a antena
transmissora fica em um pólo vertical acima da estrutura.

Os radares OTH da Alenia são chamados de série S120. O S124 é usado para
detectar navios a uma distância de 370km em um setor de 120 graus. O S123 é
usado para detectar aeronaves. A antena tem 500-800m de comprimento e 30m
de altura.

A Raytheon Canada Limited está oferecendo aos EUA um sistema de vigilância
marítima integrada baseada numa cadeia de estações de radares costeiros
tipo HF surface wave radar (HFSWR). Estes radares são capazes de detectar
navios e aeronaves a até 400km. As estações seriam instaladas nas duas
costas, além de radares no México e em Guantanamo e Porto Rico.

Os sistemas atuais de vigilância marítima são limitados e caros, dependendo
de comunicação voluntária e na visualização de navios e aeronaves. A
vigilância é feita com o uso de meios em patrulhas regulares.  Por motivos
econômicos e práticos, os navios e aeronaves de patrulha não podem manter
uma cobertura contínua e são limitados a áreas de grande atividade para
realizar reconhecimento em missões específicas.

Para resolver este problema a Raytheon Canada desenvolveu um radar HFSWR de
baixo custo e móvel já em uso pelo Canadá. O sistema dá vigilância contínua
em qualquer tempo. Outros meios são usados para apoiar o radar, como
satélites, aeronaves de patrulha (identificação positiva e fotografia), e
navios patrulha (para assegurar soberania e interditar alvos).

O HFSWR também pode apoiar missões de busca e salvamento por ser capaz de
mostrar a última posição do navio ou aeronave com problema.

O HFSWR está disponível em três variantes:

– SWR-503 que opera na banda 3.-5,5MHz otimizado para vigilância de longo
alcance de navios, aeronaves e icebergs a até 400km.

– SRW-610 que opera na banda 6-10MHz e é otimizado para médio alcance. O
comprimento de onda menor diminui o alcance, mas permite detectar alvos
menores.

– SWR-1018 que opera na banda 10-18MHz. O alcance é ainda menor, mas pode
detectar até pequenas lanchas rápidas. Está em uso nas Bahamas.

A plataforma de hardware e software é idêntica para todas as versões.
Apenas as antenas e os filtros limitadores de banda são diferentes.

<http://sistemasdearmas.com.br/ge/furswucrania.jpg>

*Antenas transmissoras do radar SW Ucraniano*

A empresa Ucraniana Radio Technical Institute está oferecendo no mercado um
radar SW com base em terra ou navios para detectar aeronaves furtivas ou
mísseis balísticos.

É um radar removível que opera na frequência de 18-25 MHz, cobrindo um arco
de 60º acima de 200 km, com receptores distribuídos em 330 m num arranjo de
64 “vibradores� de 6 m, separados do transmissor de oito antenas verticais
por 3 a 12 km.

Uma versão de alcance de 300 km opera na faixa de 6-24 MHz. O sistema é
capaz de detectar um veículo aéreo de RCS de 1m² voando a 10-100 m ou 120
km voando a 100-10.000 m, ou 300 km voando acima de 10.000 metros. Navios
com RCS de 20 dB/m² podem ser detectados a 180 km e com 40 dB/m2 a 300 km.
O sistema pode rastrear cerca de cem navios ou 50 aeronaves simultaneamente.

A variante embarcada opera na banda 15-30MHz, cobrindo um arco de 45º acima
de 170 km de distância. O receptor de 60 m fica de cada lado do navio, com
dois transmissores no topo do mastro. O sistema pode detectar mísseis a 5 m
de altura a uma distância de 50 km, uma aeronave a 80 km (10-100 m altura)
ou 130km (acima de 100 m).

A variante móvel é muito maior e pode ser usada para detectar o lançamento
de mísseis balísticos, assim como rastrear navios e aeronaves. Com uma
tripulação de 15, o radar tem um receptor de 600 m separado por 20-200 km
do transmissor. O transmissor é transportado por oito veículos e consistem
de 12 antenas verticais polarizadas conectadas a um gerador próprio de 15
kW. O computador associado processa 450 MFLOP/sec.

O radar opera na frequência de 5-28 MHz e cobre um arco de 60º acima de
2.000 km, com alcance mínimo de 600 km (15 para SW) e máximo de 2.600 km.
Pode detectar alvos aéreos entre 10 m e 60 km e mísseis balísticos entre
5-100 km, o primeiro se movendo a 100-3.600 km/h e o último a 40-3.600m/s.

A velocidade mínima para detectar alvos de superfície é de 18 km/h. O
número máximo de alvos aéreos rastreados, simultaneamente, é de 1.200. Mais
de 50 mísseis podem ser rastreados em uma área determinada e mais de 300
navios em seis zonas controladas, periodicamente.

*Fábio Castro*

*Fonte: Sistemas de Armas
<http://sistemasdearmas.com.br/ge/fur10anti3.html>*
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