En los sistemas de radar , la relación blip-scan , o blip/scan , es la relación entre la cantidad de veces que un objetivo aparece en la pantalla del radar y la cantidad de veces que teóricamente podría mostrarse. [1] Alternativamente, se puede definir como la relación entre la cantidad de escaneos en los que se recibe un retorno preciso y la cantidad total de escaneos. [2]
"Blip" se refiere a los puntos dibujados en los radares de alerta temprana basados en las pantallas del indicador de posición del plan (PPI). Un "escaneo" es una única búsqueda de todo el cielo realizada por la antena giratoria. Un radar con una baja relación blip-scan extrae solo unos pocos reflejos de un objeto (principalmente aviones), lo que lo hace más difícil de detectar.
En el caso de un avión que vuela a gran velocidad y altitud, la relación se reduce aún más, lo que hace que el avión sea casi invisible al radar. Este cambio en la firma del radar también se conoce como el efecto Rodgers, en honor a su defensor en los EE. UU., Franklin Rodgers. El Lockheed U-2 estaba previsto que fuera reemplazado por el Lockheed A-12, mucho más rápido y sigiloso , por esta misma razón. Sin embargo, las actualizaciones de los sistemas de radar soviéticos aumentaron su relación señal-ruido, lo que hizo que el A-12 quedara obsoleto antes de que pudiera desplegarse. [3]
Los radares clásicos miden el alcance cronometrando el retraso entre el envío y la recepción de pulsos de señales de radio , y determinan la ubicación angular mediante la posición mecánica de la antena en el instante en que se recibe la señal. Para explorar todo el cielo, la antena se gira alrededor de su eje vertical. La señal devuelta se muestra en un tubo de rayos catódicos circular que produce puntos en el mismo ángulo que la antena y desplazados del centro por el retraso de tiempo. El resultado es una recreación bidimensional del espacio aéreo alrededor de la antena. Este tipo de visualización se denomina Indicador de Posición Plana, generalmente simplemente "PPI".
Estos puntos se conocen como blips . En condiciones óptimas, cada pulso enviado por el radar será devuelto y hará que se muestre un blip en la pantalla. Los objetos más grandes devuelven señales más fuertes y, por lo tanto, producen blips más brillantes. Las aeronaves más lentas también producen blips más brillantes porque muchos retornos se dibujan aproximadamente en la misma ubicación en la pantalla, "sumándose".
En las pantallas de radar de la época de la Guerra Fría , los recubrimientos de fósforo de los CRT se mezclaban para que tuvieran una vida media del orden de la velocidad de rotación de la antena. Esto significaba que la pantalla mostraría los últimos retornos de un objeto determinado como un punto brillante, y los más antiguos como puntos algo más tenues, a medida que se desvanecían. Se podrían esperar tres o cuatro puntos de este tipo en la pantalla, dependiendo de la velocidad de escaneo de la antena. El operador podía determinar fácilmente la dirección de viaje, desde el punto más tenue hasta el más brillante.
Una característica clave de todos los radares es la frecuencia de repetición de pulsos (PRF), que determina el alcance máximo efectivo. El tiempo entre pulsos debe ser lo suficientemente largo para que un solo pulso pueda alcanzar el alcance máximo del sistema y luego regresar antes de que comience el siguiente pulso. Por ejemplo, un radar diseñado para tener un alcance de 300 kilómetros (190 mi) necesita esperar 2 milisegundos para que un pulso recorra el alcance máximo y regrese a la velocidad de la luz (300.000 km/s). Esto significa que un radar de este tipo puede enviar, como máximo, 500 pulsos por segundo (PRF). Si el radar enviara 1000 pulsos por segundo, sería imposible determinar si un reflejo particular provenía de un objeto a 150 km del pulso recién enviado, o de un objeto a 300 km que reflejaba el pulso anterior. Por otro lado, un radar de 150 km requiere solo 1 milisegundo; esto hace posible una PRF de 1000.
La longitud del pulso o ciclo de trabajo está entrelazada con la frecuencia de pulsos (PRF). Esto determina el alcance mínimo del sistema. Los pulsos más largos significan que el objeto puede reflejar más energía. Sin embargo, el sistema de radar no puede detectar reflejos mientras envía un pulso. Para tener un alcance mínimo de 30 km, por ejemplo, un radar puede tener pulsos de una duración no superior a 0,1 ms. Para un radar de alerta temprana, el alcance mínimo generalmente no es importante, por lo que se utilizan pulsos más largos para maximizar los retornos, pero el ciclo de trabajo fue, no obstante, una consideración de diseño importante.
Estos dos factores se combinan para determinar la intensidad de la señal devuelta desde un objeto distante. El uso de un ciclo de trabajo más corto permite un mejor alcance mínimo, pero también significa que se envía menos energía de radio al espacio durante un tiempo determinado, lo que reduce la intensidad de la señal de retorno. Del mismo modo, la reducción de la frecuencia de pulso para mejorar el alcance tiene el efecto de hacer que el sistema pase más tiempo escuchando, lo que también reduce la cantidad total de energía transmitida. Esto significa que es inherentemente difícil producir un sistema de radar capaz de ver objetos pequeños a largas distancias, especialmente uno que también pueda detectar esos objetos a distancias más cortas. Con la electrónica moderna es relativamente sencillo disponer que un radar tenga diferentes frecuencias de pulso y ciclos de trabajo para permitir el funcionamiento en una amplia variedad de rangos, pero con la electrónica basada en tubos de la década de 1950 esto era extremadamente caro.
También hay un efecto mecánico que también afecta a la señal de retorno. Normalmente, una antena de radar se dispone para producir un haz muy estrecho, con el fin de mejorar la resolución angular. Los anchos de haz de 2 a 5 grados son comunes para los radares de largo alcance. Entrelazado con el ancho del haz está la velocidad de rotación de la antena, porque también determina la cantidad de tiempo que un radar giratorio pasará pintando un objeto determinado en cada escaneo. Por ejemplo, considere un radar con un ancho de haz de un grado y una antena que gira una vez cada diez segundos, o 36 grados por segundo. Un objeto será pintado por el haz durante solo 1/36 de segundo mientras el haz de un grado lo barre. Si el radar tiene un PRF de 500, el objeto será pintado con 14 pulsos por escaneo como máximo.
Además, los sistemas de radar de la Guerra Fría distaban mucho de ser perfectos. El sistema creaba una señal visible en la pantalla del operador si, y sólo si, recibía suficientes señales con suficiente energía para superar el ruido de fondo del sistema. Las condiciones atmosféricas, la interferencia electrónica de los componentes internos y otros factores a veces creaban señales falsas conocidas como "desorden", ocultaban señales reales o hacían que las señales fueran difíciles de interpretar correctamente para el operador.
Estas características de diseño y la susceptibilidad a fallas se combinan para determinar el blip/scan de un radar.
Para entender cómo se pueden utilizar estos diversos efectos para evitar la detección, es útil considerar un ejemplo del mundo real. Durante el período de tiempo que se analiza, uno de los radares más comunes en la flota soviética era el radar P-20 y sus diversas versiones modificadas. Este tenía una frecuencia de pulso de aproximadamente 375 a 750 PPS según el modo, su antena giraba a unas 6 RPM y tenía un ancho de haz angular de 2 grados. Contra un objetivo del tamaño de un bombardero que volara a altitudes comunes, tendría un alcance de detección del orden de 250 kilómetros (160 millas). Tenía un ángulo de altitud máximo de 28 grados, lo que significaba que una zona significativa por encima de la estación no era escaneada.
Consideremos un avión a reacción típico de la era temprana que vuela a 1000 km/h. Con cada rotación completa de la antena, que lleva 10 segundos, el avión se moverá a 1000 km/h = 278 m/s * 10 = 2780 m, un poco menos de 3 km. En una pantalla con un radio de 300 km, esto representa un movimiento de solo el 0,5% en toda la superficie de la pantalla (600 km de diámetro), lo que produce un pequeño segmento de línea entre los dos puntos que es fácil de interpretar para un operador como un avión.
Pero si se aumenta la velocidad del objetivo, su movimiento se hace más pronunciado en el visor, haciéndolo menos reconocible y más difícil de seguir. A Mach 3 (3500 km/h a 25.000 m), los mismos diez segundos de movimiento representan más del 1,5% de la superficie de la pantalla. En este punto, el punto que se mueve lentamente se convierte en una serie de puntos individuales tenues, que pueden confundirse más fácilmente con el ruido de fondo. Además, como los puntos están separados en la pantalla, los retornos ya no se "acumulan", lo que potencialmente reduce los retornos al mismo nivel que el ruido de fondo, haciéndolo invisible.
Un operador que vea una línea de pequeños puntos en su pantalla podría eventualmente reconocer el retorno como un avión. Para frustrar incluso esto, los aviones fueron diseñados para volar lo más alto posible. Suponiendo que un avión de alta velocidad vuela a 90.000 pies, o 27 km, esto significa que el avión estará por encima del ángulo máximo del radar cuando se acerque a unos 100 kilómetros (62 millas) de la estación. Suponiendo que se detecta primero a 250 kilómetros (160 millas), eso significa que solo es visible en un rango de 150 kilómetros (93 millas). A Mach 3, esto significa que sería visible, incluso en teoría, durante unos 3 minutos. Esto deja muy poco tiempo para organizar una interceptación.
De ahí el concepto de utilizar el blip/scan para evitar ser detectado. Un avión de alta velocidad y gran altitud podría sobrevolar los radares de alerta temprana sin ser reconocido. Además, incluso si un operador reconociera el blip como un avión, la pequeña cantidad de retornos y el rápido movimiento a través de la pantalla harían difícil o imposible calcular manualmente una trayectoria para retransmitirla al avión interceptor.
La suplantación de señales luminosas y de escaneo se descubrió a fines de la década de 1950, una época en la que la interceptación terrestre de interceptores tripulados era la única táctica práctica contra los bombarderos. Esto condujo a una pequeña carrera armamentística en sí misma, aunque breve y abortada.
El Lockheed U-2 volaba a gran altitud, pero no a una velocidad especialmente alta. Incluso antes de que el U-2 entrara en funcionamiento en junio de 1956, los funcionarios de la CIA estimaron que su esperanza de vida para volar con seguridad sobre la Unión Soviética antes de que los soviéticos desarrollaran contramedidas sería de entre 18 meses y dos años. [4] Después de que comenzaron los sobrevuelos y los soviéticos demostraron la capacidad de rastrear al U-2 e hicieron intentos creíbles de interceptarlo, esta estimación se ajustó a la baja; en agosto de 1956, Richard Bissell redujo el número a seis meses más. [5] En la práctica, esta ventana resultó ser un poco más larga; pero el punto general se demostró de manera alarmante en la Crisis del U-2 de 1960 .
Un reemplazo para el U-2 ya se había considerado incluso antes de que comenzaran sus misiones operativas. Originalmente, estos estudios se centraron por completo en la reducción de la sección transversal del radar (RCS), pero después de que Franklin Rodgers introdujera la idea de falsificar el blip/scan en 1957, los planes cambiaron para investigar diseños de alta velocidad y gran altitud. Lockheed calculó que para ser eficaz contra los radares soviéticos conocidos, un avión tendría que viajar entre Mach 2 y Mach 3 a 90.000 pies y tener una RCS de unos 10 metros cuadrados. Esto dio lugar a una serie de propuestas que se seleccionaron a la baja hasta el Lockheed A-12 y el Convair Kingfish . [6]
Fue durante el desarrollo de estos aviones cuando se hicieron evidentes los problemas con la evitación de señales luminosas y de barrido. Se descubrió que los gases de escape a alta temperatura de estos motores de avión reflejaban la energía del radar en determinadas longitudes de onda y persistían en la atmósfera durante algún tiempo. Los soviéticos podrían modificar sus radares para utilizar estas frecuencias y, de ese modo, rastrear los objetivos de forma indirecta pero fiable. [6]
También se advirtió que la evitación de los destellos y los escaneos dependía más de un problema en las pantallas soviéticas que de cualquier problema inherente al radar en sí. Esto significaba que cambiar las pantallas podía hacer que la técnica fuera irrelevante. Un sistema que registraba los retornos del radar en una computadora y luego dibujaba los objetivos en la pantalla como un icono cuyo brillo era independiente del retorno físico (un sistema en el que los retornos no tenían que "sumarse" para aparecer en la pantalla) eliminaba la posibilidad de confusión del operador. Esto era particularmente preocupante, porque la propia USAF estaba en proceso de introducir precisamente este tipo de pantalla como parte de su proyecto SAGE .
Finalmente, la introducción de los primeros misiles antiaéreos efectivos cambió radicalmente las reglas del juego. Los radares para trazar una intercepción aérea generalmente se hacían de la mayor distancia posible para dar a los operadores tiempo suficiente para guiar a las aeronaves interceptoras hacia el objetivo a medida que se desplazaban por la pantalla. Esto conducía a una baja relación señal-rastreo y a una predicción inexacta de las trayectorias de las aeronaves. A esto se sumaba la dificultad de enviar rápidamente aeronaves interceptoras.
Los misiles resolvieron ambos problemas. Las estaciones de misiles guiaban sus misiles con sus propios sistemas de radar, que tenían alcances máximos apenas superiores a la autonomía de vuelo del propio misil, unos 40 km en el caso del SA-2 Guideline ; por lo tanto, tenían frecuencias de pulso de impulso mucho más altas y, como resultado, los problemas de blip/scan se redujeron en gran medida. Los defensores todavía tendrían el problema de encontrar el objetivo a tiempo para prepararse para un contraataque con misiles, pero esto no era en absoluto tan difícil ni consumía tanto tiempo como enviar aviones tripulados y confiar en el operador del radar para guiarlos hacia el objetivo antes de que el avión saliera del alcance del radar.
Cuando el A-12 estuvo operativo a principios de los años 1960, la técnica de evitar blip/scan ya no se consideraba útil. El A-12 nunca voló sobre la Unión Soviética (aunque estuvo cerca de hacerlo) y se limitó a misiones contra otros países, como Vietnam . Incluso en estos casos, el rendimiento del avión resultó cuestionable, y los A-12 fueron atacados por misiles SA-2 en varias ocasiones, recibiendo daños menores en un vuelo el 30 de octubre de 1967. [6]