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Los buscadores de contraste óptico , o simplemente buscadores de contraste , son un tipo de sistema de guía de misiles que utiliza una cámara de televisión como entrada principal. La cámara apunta inicialmente a un objetivo y luego se fija, lo que permite que el misil vuele hacia su objetivo manteniendo la imagen estable dentro del campo de visión de la cámara.
El primer misil de producción en utilizar un buscador de contraste fue el AGM-65 Maverick , que comenzó a desarrollarse en la década de 1960 y entró en servicio en 1972. El sistema no ha sido ampliamente utilizado, ya que otras tecnologías de guía como la guía láser y el GPS se han vuelto más comunes, pero el mismo concepto básico se utiliza en cámaras para rastrear objetos, incluidos los sistemas utilizados para apuntar los designadores láser .
Los buscadores de contraste deben distinguirse de los sistemas de guía por televisión , en los que se transmite una señal de televisión en directo a la plataforma de lanzamiento, que utiliza entonces una dirección manual para atacar el objetivo. Entre los ejemplos de guía por televisión se incluyen el Martel y el AGM-62 Walleye . A veces se utiliza el término "contorno de contraste", pero puede confundirse con los sistemas TERCOM .
Las cámaras de televisión analógicas escanean una imagen como una serie de líneas horizontales que se apilan verticalmente para formar una cuadrícula o "marco". El avance de la cámara a través del marco está controlado cuidadosamente por temporizadores electrónicos, conocidos como generadores de base de tiempo , que producen voltajes que aumentan suavemente . A medida que la cámara escanea la imagen, el brillo de la ubicación que se está escaneando en ese momento también se representa como un voltaje. La serie de voltajes variables del sensor forma una señal modulada en amplitud (AM) que codifica las variaciones de brillo a lo largo de cualquier línea de escaneo dada. Se agregan picos de voltaje adicionales a la señal para indicar cuándo termina la línea o el marco. [1]
El buscador de contraste es un dispositivo simple que se puede implementar utilizando electrónica analógica básica. Primero utiliza alguna forma de control automático de ganancia para ajustar el brillo de la imagen hasta que contiene algunas áreas con puntos de alto contraste. Esto produce una señal de voltaje de polarización para representar el nivel de brillo de fondo, haciendo que los objetos más brillantes se destaquen. Cualquier cambio rápido en el contraste a lo largo de una línea de escaneo dada hace que el voltaje de la cámara cambie repentinamente. Si el cambio es mayor que un umbral seleccionado, activa un segundo circuito que envía la salida de los dos generadores de base de tiempo de escaneo a los capacitores. De esta manera, los capacitores almacenan un valor de voltaje que representa las ubicaciones Y y X de cualquier punto de alto contraste dentro de la imagen. [2]
La imagen de la cámara del misil también se envía a la cabina, donde aparece en una pequeña pantalla de televisión, a menudo una de las pantallas multifunción del avión . Inicialmente, el misil se lleva al objetivo de forma manual, normalmente mediante una pequeña entrada de señal en la palanca de control del piloto, o por el oficial de armas en un avión biplaza. Cuando se presiona el disparador para seleccionar el objetivo, los circuitos de umbral de contraste se activan cuando la cámara está escaneando ubicaciones cercanas a la ubicación seleccionada en la pantalla. A continuación, se memorizarán todas las imágenes de alto contraste dentro de esa área. Normalmente, el punto grabado se indica en la pantalla, normalmente con un cuadrado alrededor de la ubicación seleccionada. El operador puede seleccionar otros puntos de alto contraste dentro de la imagen en un intento de seleccionar uno que esté en el objetivo o muy cerca de él. [2]
Una vez que se ha seleccionado una imagen de objetivo adecuada, el buscador entra en modo de seguimiento. En este modo, la salida de la cámara se ignora excepto cuando está escaneando cerca de la ubicación seleccionada originalmente. En esas ubicaciones, el circuito se activa de manera normal, enviando la salida a un segundo conjunto de condensadores. Al comparar los voltajes en los dos conjuntos de condensadores, la diferencia de ubicación entre el punto seleccionado originalmente y el punto actual se emite como una señal de error. Esto se envía al soporte de cardán del buscador para girar la cámara de modo que se vuelva a alinear con la ubicación original. Luego, el sistema de guía compara el ángulo de la cámara con el ángulo del cuerpo del misil y envía comandos a los controles aerodinámicos para que vuelva a un curso de colisión. Para abordar la necesidad de rastrear objetivos en movimiento, normalmente se utiliza un sistema de navegación proporcional , que naturalmente produce el avance requerido . [2]
Los buscadores de contraste están sujetos a problemas cuando el punto de contraste cambia. Esto puede ocurrir con bastante facilidad si el objetivo cambia de ángulo, lo que hace que cambie el brillo absoluto del objeto, o si se mueve, lo que puede cambiar el contraste en relación con el entorno. Por ejemplo, un tanque en una carretera puede proporcionar un punto de seguimiento de contraste muy alto, solo para que desaparezca cuando se sale de la carretera hacia un bosque bajo. También puede ser engañado por cambios de iluminación artificial y efectos similares. Esta es la razón por la que los temporizadores están "bloqueados", para limitar el área en la que pueden tener lugar los cambios sin romper el bloqueo.
Una solución a este problema es utilizar imágenes infrarrojas en lugar de luz visible. Esto es particularmente adecuado para cámaras infrarrojas de onda larga que captan imágenes de la señal térmica del objetivo. Esto es muy eficaz contra vehículos como tanques, donde el motor produce una excelente imagen de alto contraste para buscar, y pocos otros objetos en la naturaleza generarán una señal similar. Sin embargo, esto también aumenta considerablemente el costo del buscador, especialmente en la década de 1970, cuando esta tecnología era nueva, y también lo limita a usos contra vehículos u otras fuentes de calor. Esto significa que el avión tiene que llevar dos tipos de misiles, unos con infrarrojos para vehículos y otros con buscadores de luz visible para atacar otros objetivos como puentes o búnkeres.
Un problema más sutil es que el buscador de contraste, a diferencia de la mayoría de los sistemas de búsqueda, pierde precisión a medida que se acerca al objetivo. Esto se debe a que la imagen del punto de seguimiento aumenta a medida que se acerca. Lo que podría haber sido un solo píxel en la pantalla cuando el misil se lanzó a 10 km de distancia puede extenderse a docenas de píxeles cuando haya llegado a un kilómetro del objetivo. En ese punto, la lógica de seguimiento ya no funciona de manera natural; cualquier área dentro del rango limitado devolverá ahora una señal positiva, lo que hará que el buscador realice un seguimiento de ida y vuelta dentro del área. [3]
Los primeros buscadores de contraste utilizaban un segundo sistema que detectaba el punto objetivo que empezaba a extenderse por varios píxeles y bloqueaba el ángulo de aproximación en una fase de deslizamiento una vez que esto sucedía. [3] Esto significa que no se pueden solucionar los movimientos de último minuto del objetivo ni ningún error de seguimiento restante. Sin embargo, los sistemas que apuntaban al centro de un objetivo extendido aparecieron incluso a principios de la década de 1970, y los sistemas modernos pueden aplicar cualquier nivel requerido de procesamiento de imágenes que se desee para abordar este problema.
El concepto básico se ha utilizado en diversas formas desde la década de 1940. Uno de los primeros ejemplos es el Aeronca GB-5 (GB por Glide Bomb), que fue concebido como un sistema antibuque. Se trataba esencialmente de una bomba equipada con alas cortas y rectas y pequeñas superficies de cola con un sistema de seguimiento de Hammond-Crosley llamado B-1. A diferencia de los ejemplos posteriores, este utilizaba un sistema de escaneo mecánico, con dos fotocélulas que examinaban los cambios de contraste a medida que el buscador oscilaba de izquierda a derecha. Esto funcionaba bien contra los barcos, donde el barco era lo único que rompía la línea del horizonte. Este fue uno de los muchos sistemas de seguimiento diferentes que se llevaron a cabo como parte de la serie GB, que también incluía guía de televisión, búsqueda por radar semiactivo , búsqueda por infrarrojos y cualquier número de diferentes sistemas de control por radio MCLOS . [4]
El ejemplo más conocido de un misil buscador de contraste es el Maverick, que ha estado en uso continuo desde principios de la década de 1970. En algunos de los primeros usos de combate en la Guerra de Vietnam , los pilotos en su primera misión "vaporizaron" un camión con un impacto directo, solo para ser amonestados por su oficial al mando por usar un arma de $ 25,000 contra un objetivo de $ 500. [5] A pesar de esto, los pilotos estaban extremadamente entusiasmados con el arma y se convirtió en un elemento básico de la USAF durante la década de 1970. En total, se dispararon 99 misiles durante las incursiones de Linebacker en 1972, logrando una tasa de impacto del 88%. [6]
A partir de 1967, el mismo buscador básico también se adaptó como base para el Homing Bomb System, o HOBOS, que era un paquete de guía adaptado a una bomba Mark 84 estándar de 2000 libras (910 kg) . Los sistemas de guía, el KMU-353 y el KMU-390, eran esencialmente buscadores Maverick modelo A reempaquetados, mientras que el KMU-359/B usaba la versión posterior de imágenes IR de los Maverick modelo D. Cuando estaban completamente ensamblados, el buscador, el sistema de guía y la bomba se conocían como GBU-8 , o GBU-9 cuando se usaban con la bomba Mark 118 de 3000 libras (1400 kg) . [7] Un programa de actualización comenzó en 1972 para abordar las preocupaciones sobre el rango de bloqueo, lo que resultó en el GBU-15 . Esto se diferenciaba principalmente en que enviaba la imagen de regreso al avión de lanzamiento mientras el misil estaba en vuelo, lo que permitía al oficial de armas corregir su trayectoria de una manera más similar a otros sistemas guiados por televisión. [8]
Un problema importante que descubrieron las tripulaciones en las primeras pruebas fue que la imagen era a menudo demasiado pequeña para captarla desde una gran distancia, lo que requería una aproximación a distancias muy por encima del alcance del misil. En otras ocasiones, el misil captaba objetivos cercanos, en un caso se desprendía de un tanque para aterrizar en un arbusto, que la tripulación rápidamente bautizó como "arbusto táctico". [9] El uso de una cinta de vídeo del objetivo del buscador permitió a las nuevas tripulaciones aprender de su experiencia y aprender rápidamente qué tipo de objetivos y encuentros conducirían al éxito. [10]
El buscador de contraste también tuvo varios problemas operativos. Debido al entorno en el que volaban, los buscadores de contraste generalmente no eran adecuados para lanzar desde helicópteros , [11] lo que llevó a experimentos que usaban guía por cable ( TOW ) o guía láser ( Hellfire ). Finalmente, estos sistemas demostraron ser adecuados para el lanzamiento desde muchos tipos de plataformas, y la guía láser en particular se ha vuelto mucho más extendida. Estos sistemas a menudo usan el mismo sistema de seguimiento básico como parte del sistema de designador láser en la aeronave, manteniendo la cámara o FLIR aproximadamente apuntado al objetivo fijado de la misma manera que funcionaba en el buscador de misiles.