Electronica Submarina (1).pdf

SANTANDER 15 de Julio de 2010
• SAES. Quienes somos
• El entorno submarino. Sonares en buques y submarinos
• Pausa - coloquio
• Otros elementos en la guerra ASW. Aviones y helos
• Otros tipos de influencias no acústicas. Minas
• Preguntas - coloquio
ACUSTICA Y DEFENSA. EL ENTORNO SUBMARINO
Agenda

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S.A. de ELECTRONICA SUBMARINA
Prepared by: SA de Electrónica Submarina
Prepared for: Propósito general

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• Objeto
– Electrónica Submarina y procesado acústico
– Sistemas de Guerra antisubmarina (ASW) naval, aéreo y en tierra
• Localización
– Oficinas principales Cartagena
– Oficinas en San Fernando, Cádiz
– 2000 m2 de taller electrónico y mecánico
– Balsa de medidas acústicas de 20m Ø y 10 m profundidad (externa)
• Calidad:
– PECAL 2110; ISO 9001-2000; PECAL 160; EN 9100

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• Sonar
– Proceso acústico de señal acústica
• Minas y estaciones de medida
– Dispositivos autónomos de medida y acción submarina
• Sistemas embarcados
– Equipos y sistemas ASW integrados en Sistemas de Combate
• Sistemas aeroembarcados
– Proceso acústico de sonoboyas y sistemas asociados a la guerra ASW
desde aeronaves
Mantenimiento
Simulación y Adiestramiento

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• Sonar y similar
– SOLARSUB
– SOCILSUB
– SICLA
– CRV
– DDS
Mantenimiento y Soporte
•Centro de adiestramiento táctico SATS
•Banco de pruebas de torpedos

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• Estaciones de medida y Minas navales
– Minas
• MINEA, MILA, MO-90
– Estaciones de medida portables
– Sensores de campo eléctrico submarino
– Modelado de firmas
Unidades de ejercicio y adiestramiento

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• Sistemas embarcados
• Control y vehículo Pluto Plus
• Lanzador vehículo Minesniper
• Predicción de prestaciones sonar
• Transponder de posicionamiento
acústico para VDS y ROV
• Sistemas aeroembarcados
• SPAS-8, 16, 32
• SDRS-ITAS
• FTAS - ARAS
Simulación y adiestramiento
• Equipos para MCM
• Estimulador de sonoboyas
Mantenimiento
• Centro de adiestramiento
• Equipos MCM

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• Armada española
• Fuerza aérea española
• Ministerio de defensa – DGAM
• NAVANTIA
• EADS-CASA
• INDRA
• Expal
• Lockheed-Martin
• Raytheon
• Thales Underwater Francia
• Thales Australia
• FMV

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• España
• USA
• Francia
• Australia
• Singapur
• Chile
• Malasia
• Noruega
• Pakistán
• Italia
• Suecia
• India

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SAES
Especialista Español
en Electrónica Submarina

• Canal de comunicación y transporte
– El 80% del tráfico comercial se realiza por mar
• Fuente de vida
• Regulador del clima
• Fuente de riqueza
– Geológica
– Energética
– Turística
• Parece que conviene protegerla...
Importancia de los mares

• Canal de comunicación y transporte
– El 80% del tráfico comercial se realiza por mar
• Control de la frontera marítima
• Tráfico ilegal
• Seguridad de accesos
– Despliegue de medios
– Presencia internacional
• Necesidad de medios y herramientas para garantizar el
control de la mar
Control de la mar

• Buques
• Submarinos
• Aeronaves
• Instalaciones fijas
• Satélites
– Para la detección submarina se emplean diversos sensores, el más
común es el acústico
Control de la mar

• La mar no es estática
• La mar no es silenciosa
– Dos grandes mitos que condicionan la percepción general del
entorno submarino
– Turbulencias, corrientes, capas térmicas
• Condicionan la propagación
• Afectan a la dirección de transmisión
• Modifican la forma de onda
• Distorsionan la señal transmitida
– Organismos, geología, tráfico
• Generan ruido de fondo que ocultan las señales
• Hasta 90 dB es habitual en frecuencias bajas
La mar es un medio anisótropo ruidoso
El entorno submarino

• Sensor acústico: Sonar
– La transmisión más eficaz en el medio submarino es la acústica
– Sonar es el sensor empleado para su detección, reconocimiento y
análisis.
– La señal acústica es una onda.
Cuya velocidad de propagación c
– donde la densidad ρ y la elasticidad є son función de la
temperatura, la presión y la salinidad
– Fórmula de Mackenzie (1981)
• Válida para Temperaturas 0 a 30 ºC, Salinidad 30 a 40 ‰ y
profundidades de 0 a 8000 m
Sensores
ρ
ρ
ρ
ρ
ε
ε
ε
ε
=
=
=
=
c
C = 1448 + 4,6T - 0,053T2 + 2,37 10-4T3 + 1,34(S-35) + 0,0163D + 1,67 10-7D2 - 0,01025T(S-35) – 7,14 10-13TD3

• Velocidad del sonido
Valores de referencia:
– Temperatura: ± 3 m/s por cada ºC
– Salinidad: ± 1,2 m/s por cada ‰ de salinidad
– Profundidad: ± 0,016 m/s por cada metro de profundidad
Sensores
C = 1448 + 4,6T - 0,053T2 + 2,37 10-4T3 + 1,34(S-35) + 0,0163D + 1,67 10-7D2 - 0,01025T(S-35) – 7,14 10-13TD3

• La propagación se determina mediante la ecuación de
ondas
– Expresa la conservación de la masa
– Las relaciones termodinámicas entre cambios de presión y
densidad
– Dinámica del movimiento de un volumen elemental de fluido
sonar

Válida sólo si el radio de curvatura y la velocidad del sonido
no varían en menos que λ
• Solución mediante modos normales
– Funciones características llamadas modos normales
– Cada modo es una solución de la ecuación de ondas bajo unas
condiciones impuestas por la fuente y los límites de la superficie y
el fondo
• Fondo y superficie planos, medio homogéneo e isótropo
• Solución mediante teoría de rayos
– Solución de la ecuación de ondas en la que los resultados se presentan por
medio de los denominados rayos sonoros
• Existencia de los frentes de ondas como lugar geométrico de los
puntos que son alcanzados simultáneamente por la vibración sonora
• Existencia de los rayos sonoros, perpendiculares a los frentes de
ondas, que describen las trayectorias de la energía.
sonar
Poco intuitiva

• Teoría de rayos
– Es muy adecuada para ver el comportamiento de la energía sonora
– Proporciona una figura de propagación conocida como diagrama de
rayos
Ley de Snell
– Se aplica a la acústica el concepto de rayo de luz usado en óptica
– Se interpreta el rayo de sonido perpendicular al frente de ondas acústicas
“Los rayos tienden a desviarse hacia la zona de menor velocidad”
sonar
2
2
1
1
cos
cos θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
θ
c
c
=
=
=
=

• Diagrama de rayos
sonar

• Diagrama de rayos. Trayectoria sonora
– La combinación de perfil de velocidad y refracción de la onda
sonora producen trayectorias predominantes del sonido en la mar
– Hay cuatro categorías principales
• Rayo directo
• Rebote en fondo
• Zona de convergencia
• Canal sonoro
– La propagación generalmente es una combinación de todas ellas
sonar

• Trayectoria sonora
Rayo directo rebote en fondo
Zona de convergencia canal sonoro
sonar

• Propagación
– Pérdidas de propagación (TL)
• Cuantifica las pérdidas de señal entre la fuente de sonido y un punto
cualquiera a una distancia R
– TL es la suma de
• Pérdidas por divergencia
• Pérdidas por atenuación (absorción)
• Pérdidas por reflexión en superficie y en fondo
– TL es proporcional a la frecuencia. A mayor frecuencia mayores
pérdidas de propagación
– TL se ve afectada también por la dispersión de señal, reflejo en
interfaces rugosas (superficie marina), efecto dependiente de la
frecuencia
sonar

• Sonar pasivo
– Se caracteriza por su umbral de detección (DT)
– Considerando el nivel de señal (SL), las pérdidas de propagación
(TL), el ruido ambiente (AN) y el índice de directividad (DI)
– Cuando se cumple esta igualdad decimos que tenemos 50% de
probabilidad de “oir” al blanco
– Esta ecuación se conoce como Ecuación del sonar pasivo
Donde las pérdidas de propagación TL...
sonar
DT = (SL - TL) – (AN – DI)
TL = 20Log (R) + α * R * 10-3

• Sonar pasivo. Figura de mérito
– Dados SL, AN, DI y DT, sólo existe un valor de pérdidas de
propagación (TL) que verifica:
– Este es el valor máximo de pérdidas que puede sufrir una señal y
aún tener un 50% de probabilidades de ser detectada, llamado
Figura de Mérito (FOM)
sonar
FOM = SL – (AN – DI) - DT
(SL - TL) – (AN – DI) – DT = 0

• Sonar activo
– Dispositivo acústico que pretende detectar el eco de un contacto
basado en la emisión de pulsos acústicos
– Los pulsos pueden ser de onda contínua (CW) o modulados en
frecuencia (FM)
– La banda de funcionamiento del sonar será:
• Baja, hasta 1500 Hz aprox
• Media, entre 1000 y 4000 Hz aprox
• Alta, hasta 20 KHz
• Muy alta, de 20 KHz en adelante
– Sólo los sonares especiales emplean frecuencias por encima de los
20 KHz
sonar

• Sonar activo
– Debidos al la atenuación con
la frecuencia (coeficiente de
absorción), sólo los sonares
especiales emplean
frecuencias por encima de los
20 KHz
Recordemos las pérdidas de
propagación:
sonar
TL = 20Log (R) + α * R * 10-3
α = (0,1*f2/(1+f2) + 40*f2/(4100 + f2) + 2,75*10-4 * f2 + 3*10-3
Absorción a1000m de profundidad y4ºC
0,0001
0,0010
0,0100
0,1000
1,0000
10,0000
100,0000
0,01 0,1 1 10 100
Frecuencia (kH
z)
Absorción
(dB/kyd)

• Sonar activo
Sonar
TL
TL
TS
AN
SL + DI
SE = SL + TS – 2TL – (AN – DI) - DT

• Sonar activo
– Se ve afectado doblemente por la propagación
– Las pérdidas son mayores cuanto mayor es la frecuencia
– La reverberación depende de la “rugosidad de la superficie”
– Limitado por ruido o por reverberación
• Largo alcance, baja resolución 1500 Hz
• Medio alcance, baja resolución 1 - 4 KHz
• Corto alcance, media resolución 12-30 KHz
• Muy corto alcance, alta resolución 100-1000KHz
Sonar

• Sonar activo Detección y contradetección
– En el juego táctico buque-submarino se emplea el “factor de
ventaja” como figura de mérito del submarino frente al buque de
superficie en el entorno
Sonar
FOMP = SLP – (AN – DI) - DT
FOMA = 2PL = SLA + TS – (AN – DI) - DT
FACTOR de VENTAJA= FOMP – FOMA

• Detección y contradetección. Propagación. Ejemplos
geográficos
– A Atlántico
– G estrecho
– M Mediterráneo
Sonar-propagación-ejemplos

Sonar-propagación-ejemplos
Mediterr
Mediterrá
áneo M
neo M
Invierno
Invierno
Verano
Verano
Atl
Atlá
ántico A
ntico A Estrecho G
Estrecho G
Invierno
Invierno
Verano
Verano
Invierno
Invierno
Verano
Verano

Atlántico
Invierno
Invierno
TR a 5m
TR a 5m
TR a 100m:
TR a 100m:
TR a 160m:
TR a 160m:
Verano
Verano
TR a 5m
TR a 5m
TR a 100m:
TR a 100m:
Invierno
Invierno
Verano
Verano
TR a 160m:
TR a 160m:
70km
70km
70km
70km
70km
70km
5000m

Estrecho Gibraltar
TR a 5m
TR a 5m
TR a 100m
TR a 100m
TR a 160m
TR a 160m
Verano
Verano
TR a 5m
TR a 5m
TR a 100m
TR a 100m
Invierno
Invierno
Verano
Verano
TR a 130m
TR a 130m
90km
80km
80km
4500m

Mediterráneo
Invierno
Invierno
TR a 5m:
TR a 5m:
TR a 70m:
TR a 70m:
TR a 160m:
TR a 160m:
Verano
Verano
TR a 5m:
TR a 5m:
TR a 70m:
TR a 70m:
TR a 160m:
TR a 160m:
Invierno
Invierno
Verano
Verano
30km
30km
30km
30km
30km
30km
600m

• Sonares en un submarino moderno
Suite sonar
Interceptador
Array cilíndrico CA
Array de flanco FA
Array distribuido
Array distribuido
Array distribuido PRS
Array remolcado TAS
Detección de minas

• Sonares en un buque de superficie
Suite sonar

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MPA y Helicópteros son las plataformas de vigilancia ASW mas rápidas
El marco de las operaciones ASW actuales, combina tecnologías Pasivas, Activas, y
nuevas tecnologías digitales (sonoboyas digitales, receptores digitales, grabadores
digitales, etc).
Los MPA y Helicópteros ASW, combinan la detección de superficie con la
información suministrada por la fuerza, para dibujar la situación táctica global
superficie-submarina.
El Mutiestatismo mejora y proporciona capacidades de detección discreta.
Una base de datos ACINT, basada en señales grabadas, análisis en tiempo rápido, y
una base de datos global de firmas acústicas, proporciona una enorme ventaja en las
capacidades de detección de la fuerza.
Adiestramiento y entrenamiento basado en simuladores, es la mejor solución costo-
efectiva
SISTEMAS ASW AEROEMBARCADOS
Los sistemas ASW
suministrados por
SAES proporcionan
todas estas ventajas
Sistema de Procesado Acústico de Sonoboyas (SPAS)
Analizador Rápido de Señales (ARAS/FTAS)
Sistema de Retrasmisión de Datos de Sonoboyas (SDRS)
Sistema de Adiestramiento Acústico y de Misión (MT/TAT)

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1996 1998
2002 2005
ACTIVE
CW
FM
SPAS-4
SPAS-8
SPAS-16
LOCALIZATION TOOLS
Plot Pasivo de Energía
Plot Multiestatico
PASSIVE
Banda Estrecha
Banda Ancha
BATHY
ANM
FAMILIA DE SISTEMAS SPAS DESARROLLADOS
POR SAES
FTAS
ACTIVE
COMBO
FTAS
Analizador Rápido
ITAS
2007
SDRS
Retransmisión de
Datos de SBY
Retransmisión de Flir
Radar
C-295
SH-60 LAMPS
P-3A BR
2004
2008
C-295 CH
SPAS-32
SPAS-16
P-3B EA
A-109 LUHS
PASSIVE
DEMON
DDEMON
Transients
5ª Cardioide
DIGITAL SBY’s
BARRA
HIDAR
CAMBS

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SAES suministra más que un Procesador Acústico de Sonoboyas SPAS:
- SAES integra el Procesador Acústico de Sonoboyas SPAS con los sistemas
Receptor de Sonoboyas, OTPI, Radio UHF y Grabador Digital, y proporciona el
Subsistema Acústico completo de la aeronave.
- El Subsistema Acústico SPAS puede estar integrado con el Sistema Táctico de
Misión del avión/helicóptero o bien funcionar en modo Stand Alone no integrado.
SUBSISTEMA ACUSTICO SPAS
VALOR AÑADIDO
ACOUSTIC SUBSYSTEM
Aircraft or Helo
Mission Tactical
System
Sonobuoy Receiver
Sonobuoy Receiver
VHF Antenna
RF Preamplifier
RF Preamplifier
VHF Antenna
Digital Recorder
SPAS
Data Processing
SPAS
Signal Processing
UHF Radio
UHF Antenna

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SUBSISTEMA ACUSTICO SPAS
PLATAFORMAS INSTALADAS
Los sistemas SPAS, están instalados en
las siguientes plataformas antisubmarinas:
Aviones P3-A P3-B.
Avión CN-295
Helicóptero SH-60 LAMPS
Helicóptero A-109 LUHS

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SPAS realiza los siguientes
procesos:
BANDA ANCHA
BANDA ESTRECHA
DEMON
DOBLEDEMON
SWATH
TRANSITORIOS
DICASS CW/FM/COMBO
DICASS MONO
MULTIESTATICO
PLOT DE ENERGIA EGP
PROCESADOR ACUSTICO DE SONOBOYAS
SPAS

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SPAS ofrece distintos formatos de presentación según el tipo de sonoboya
procesada:
SONOBOYA PASIVA SONOBOYA ACTIVA
Frecuencia/Tiempo (LFI) Amplitud Distancia (ARI)
Demora Frecuencia (BFI) Distancia Doppler (DRI)
Amplitud/Frecuencia (ALI) Demora/Distancia (BRI)
SPAS

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SPAS realiza cálculos de predicción acústica basándose en los datos de las
sonoboyas BATHY y ANM desplegadas:
- Trazado de Rayos
- Máxima distancia de detección (MDR) para sonoboyas pasivas
(MDR) y sonoboyas activas (PDR).
SPAS

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El Sistema SPAS proporciona alertas automáticas cuando se detecta un
posible contacto, y permite su confirmación mediante:
- Base de datos de clasificación acústica.
- Herramientas automáticas de ayuda a la localización ( Plot de Energia
EGP, TMA, Plot Multiestatico, ACF …)
- Herramientas manuales de ayuda a la localización(CPA, Lloyd’s Mirror …)
SPAS

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SISTEMA ANALIZADOR RAPIDO DE SEÑALES
ARAS
ARAS es un sistema de análisis en tiempo rápido,
empleado como soporte en las operaciones ASW
de aviones/helicópteros de patrulla marítima que
utilizan equipos registradores compatibles con la
norma STANAG-4283.
ARAS permite el análisis de señales analógicas o
digitales.
ARAS procesa de forma simultanea hasta 32
canales de audio.
ARAS basa su diseño en una arquitectura
genérica, lo que permite su ampliación con
mínimos cambios, así como el análisis de señales
acústicas adquiridas por cualquier sensor
acústico.
ARAS en su versión de transporte

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ARAS
ARAS analiza los datos de sonoboyas e información táctica grabada
durante una operación ASW, con el fin de confirmar los contactos
detectados, así como detectar nuevos contactos que pudieron pasar
desapercibidos por el operados acústico. ARAS realiza este análisis en
tiempo real, velocidad rápida (x2, x4, x8) o velocidad lenta (x1/2, x1/4).

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ARAS almacena en formato digital (Disco Duro, Disco USB y DVD)
misiones completas, o señales de interés asociadas a un
determinado contacto con el fin de crear y mantener una base de
datos de inteligencia acústica (ACINT).
ARAS
Informe impreso de un contacto

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ARAS crea y mantiene una base de datos de curvas baty y ruido
ambiente, por medio de los datos de sonoboyas BATHY y ANM
grabados durante la misión.
ARAS
ARAS operado desde Laptop PC

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ARAS visualiza la información táctica sobre un Plot Geográfico,
permitiendo el uso de herramientas de ayuda a la localización:
EGP
AGP
LOFIX
HYFIX
Cross Fixing Automático
TMA
CPA
DOP-CPA
ARAS

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Nuevo concepto de Subsistema Acústico SPAS desarrollado por SAES:
El Procesador Acústico SPAS-8 se ha integrado con otros sistemas
(Receptor de Sonoboyas, Radio UHF y Transmisor de Banda Ancha) para
crear un nuevo concepto de Subsistema Acústico, llamado SDRS-AS
(Sonobuoy Data Relay System Airborne System).
El sistema SDRS-AS proporciona capacidades ASW remotas sin
necesidad de un operador dedicado (operación local o remota).
El sistema SDRS-AS recibe los datos de las sonoboyas desplegadas
(analógicas y digitales), y retransmite la información procesada a una
estación remota (barco o estación en tierra).
El sistema SDRS-AS también permite la retransmisión de datos Radar ,
FLIR/Video TV, y audio del operador a una estación remota (barco o
estación en tierra).
SISTEMA DE TRASMISION DE DATOS DE SONOBOYAS
SDRS-AS (SEGMENTO AEROEMBARCADO)

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El Sistema SDRS_AS proporciona la capacidad de grabación a bordo de
los datos recibidos de las sonoboyas (STANAG 4283 Ed 5).
El Sistema SDRS está integrado con el Sistema Táctico de Misión de la
aeronave.
SDRS
Helo Mission Tactical
System
SONOBUOY
RECEIVER
VHF Antenna
WBDT
SPAS-8
UHF Radio
UHF Antenna
WBDT Antenna

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band uplink
)
band downlink
)
)
* SBY data (VHF
uplink)
* SBYcmds(UHFdownlink
)
SBY
*Analog Digital
*Passive Active
SDRS Control Remoto (Uplink)
SBY+Datos Tácticos (Downlink)
Datos Radar (Downlink)
FLIR / TV video (Downlink)
Datos SBY (VHF uplink)
Cmds SBY (UHF Downlink)
SBY
Analog Digital
Pasiva Activa

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SDRS-SS (SEGMENTO DE SUPERFICIE)
COMUNICACIONES
LOS Y SATCOM
PROCESADOR ACUSTICO
SPAS16
ANALIZADOR RAPIDO
ARAS
SISTEMA TACTICO Y CONTROL
SDRS-SS
SISTEMA DE MANDO Y CONTROL

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* SDRS Remote Control (
Ku-band uplink
)
* SBY +Annotationdata (Ku-band downlink
)
* AWR data (
Ku-band downlink
)
* FLIR / TV video (
Ku-band downlink
)
* SBY data (VHF
uplink)
* SBYcmds(UHFdownlink
)
SBY
*Analog Digital
*Passive Active
SDRS Remote Control (Uplink)
SBY+Annotation Data (Downlink)
AWR data (Downlink)
FLIR / TV video (Downlink)
SBY data (VHF uplink)
SBY Cmds (UHF Downlink)
SBY
Analog Digital
Pasiva Activa
Ship To Ship
SATCOM
Cuartel general

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