Introducción a la Guerra electrónica naval (II): ESM

Electronic Support Measures

Las medidas de apoyo electrónico, pasivas y silenciosas, suelen pasar desapercibidas en una guerra que, de por sí, es poco conocida. Sin embargo, sin emplear correctamente las ESM (del inglés Electronic Support Measures), no se podrían usar otras técnicas como la perturbación o el engaño electrónico y, en muchos casos, la guerra naval moderna volvería a combatirse por dentro del horizonte, como hace un siglo. Las ESM están estrechamente relacionadas con la inteligencia electrónica y la guerra de la información.

En el artículo anterior introdujimos la guerra electrónica naval y el espectro electromagnético, ese campo de batalla único que afecta a todas las demás guerras. Al tratarse de un texto introductorio, estudiamos la energía electromagnética e hicimos hincapié en el espectro de las señales radar, por ser las que más trataremos. También hicimos un breve recorrido por la historia de la guerra electrónica como argumento para destacar su importancia en cualquier conflicto armado desde su aparición.

La guerra electrónica se define como el arte y ciencia de preservar el uso del espectro electromagnético para las fuerzas propias mientras se niega su uso para las enemigas. En este artículo nos centraremos en la primera de esas tareas u objetivos. Recordemos que la guerra electrónica se divide, tradicionalmente, en medidas de apoyo (ESM), contramedidas (ECM) y medidas de protección (EPM). La conjunción de las ECM con las armas de energía dirigida y las armas antiradiación constituye el ataque electrónico.

El aprovechamiento del espectro electromagnético se hace, principalmente, mediante las medidas de apoyo electromagnético. Esta parte pasiva, menos atractiva y poco visible de la guerra electrónica tiene infinidad de aplicaciones que intentaremos describir, entre las que puede destacar la inteligencia, y una estrecha relación con la recientemente bautizada como Information Warfare o guerra de la información.

Medidas de apoyo electrónico (ESM)

Dada su denominación, podríamos pensar que las medidas de apoyo electrónico incluyen una multitud de tareas y objetivos que deben servir como soporte para el resto de acciones contempladas en la guerra electrónica. Sin embargo, a efectos prácticos, podríamos resumir las ESM en la obtención y análisis de las emisiones enemigas para el aprovechamiento táctico de esa información. En otras palabras, queremos saber qué señales radar (o en el espectro de las comunicaciones radio) viajan por nuestro entorno electromagnético —nuestro campo de batalla— para intentar adivinar qué unidades, tanto neutrales como enemigas, se encuentran en la zona. Se trata, por tanto, de una actividad pasiva, en la que solo tenemos que «escuchar» las emisiones enemigas para intentar averiguar todos los datos que ofrecen y, en base a ellos, asociarla a un sistema y, con suerte, a una plataforma.

En otras palabras, si la USS Stark hubiese detectado con su equipo ESM la transmisión del radar Cyrano de cierto avión iraquí, posiblemente podría haberse defendido de los dos misiles Exocet que le hicieron impacto. Detectar una onda electromagnética con unas características determinadas les habría permitido saber que se trataba de un radar Cyrano. Conociendo las unidades que operaban en la zona, se habrían dado cuenta de que ese radar estaba asociado a un tipo de avión determinado. Habiendo estudiado la forma de operar ese radar, se habrían dado cuenta de que, posiblemente, su uso precedía el lanzamiento de un misil. En base a eso, habrían aumentado su nivel de alistamiento y, sin duda, habrían tenido más posibilidades de derribar o engañar a los Exocet.

La USS Stark tras recibir el impacto de dos misiles Exocet. Fuente – US Navy.

No se nos puede escapar una beneficio fundamental de las ESM sobre la detección radárica: el factor de ventaja. De forma paralela a como ocurre con las emisiones sonar activas, las señales radar alcanzan distancias en las que el radar no es capaz de detectar. Para que un equipo radar detecte un contacto, su emisión electromagnética debe recorrer la distancia que los separa, rebotar en el blanco y volver a recorrer, en sentido inverso, la misma distancia. A partir de cierto momento —su alcance máximo— la distancia a recorrer será tan grande que la señal que vuelva al emisor sea demasiado débil para ser detectada, pero esto no quiere decir que la onda electromagnética se detenga en esa distancia máxima y se dé la vuelta: la onda continuará viajando más allá del alcance máximo y será susceptible de ser detectada por un equipo de guerra electrónica. Este alcance máximo también puede estar determinado por la frecuencia de repetición de pulsos (PRF) que ya mencionamos en el primer artículo y que volveremos a tratar más adelante, pero el resultado es el mismo: las emisiones radar llegan más allá de su alcance máximo. En resumen, un equipo de guerra electrónica suele ser capaz de detectar una señal radar antes (es decir, desde más lejos) de que dicho radar pueda detectar la plataforma en la que está montado el sistema de guerra electrónica.

Los lectores más avezados ya sabrán que la desventaja que tiene el equipo de guerra electrónica respecto al radar para detectar señales es que tiene que ser capaz de recibir en un amplio espectro y en todas direcciones. Mientras que el radar sabe en qué frecuencia y en qué dirección va a volver el pulso que tiene que recibir y procesar, el equipo de guerra electrónica debe ser capaz de cubrir todo el espectro de interés y en todas direcciones. Podríamos decir que el espectro electromagnético de interés en la guerra naval parte desde las señales radio y llega hasta alrededor de los 20 GHz, algo que veremos reflejado en las capacidades de los equipos ESM de la Armada. La necesidad de cubrir un espectro tan amplio, y hacerlo permanentemente y en todas direcciones, requiere de un conjunto de antenas, tanto en dirección como en frecuencia, que componen la parte receptora del sistema ESM.

Merece la pena señalar que al menos algunas de estas antenas suelen ir montadas en lo más alto del palo. Esto incrementa la ventaja en detección sobre el radar enemigo, ya que estos, por su complejidad, tamaño y peso, generalmente no pueden ir tan arriba. Por tanto, los radares suelen tener un horizonte más limitado que los equipos de guerra electrónica. En el caso de dos barcos, cuando el equipo de guerra electrónica de uno y el radar del otro están unidos por una línea no interrumpida por el horizonte, el barco del radar solo ve la punta del palo enemigo, que posiblemente no genere suficiente eco para ser detectado, mientras que el barco del equipo de guerra electrónica ya es capaz de recibir las señales radáricas enemigas.

La otra gran desventaja es obvia: solo seremos capaces de conocer la dirección en la que se encuentra el radar enemigo. No tenemos forma alguna de determinar la distancia y, para obtener una posición, deberemos cruzar, al menos, dos detecciones electromagnéticas del mismo radar recibidas en distintas plataformas. Pintando la dirección en la que la recibe cada una, obtenemos un posición probable del emisor en el cruce de ambas líneas. Una forma alternativa, pero menos fiable, es pintar dos líneas desde la misma unidad, pero en distinto momento y deshaciendo el movimiento propio. El problema de este método es que, para funcionar, la ventaja de velocidad sobre el blanco debe ser muy alta: un aeronave podrá usarla sobre un barco, pero difícilmente un barco sobre otro.

Antenas ESM y ECM del sistema Aldebarán de una fragata F-100. Fuente – Armada Española.

Interceptación de señales

Como cualquier desarrollo de ingeniería, el diseño de equipos de guerra electrónica requiere de una solución de compromiso entre distintos factores. Tamaño, complejidad y precio son limitaciones frente a la capacidad de detectar todas las señales, en todas direcciones, en todas las frecuencias que cubre un equipo, sea cual sea la modulación de la señal. Por suerte, en los barcos hay una relativa libertad en cuanto al tamaño —en comparación con sistemas aéreos o terrestres— y el personal disponible puede enfrentarse a un sistema complejo. Como es lógico, la interceptación de señales es requisito para que el sistema de guerra electrónica pueda realizar el resto de sus funciones, por lo que se suelen diseñar con una probabilidad de interceptación de entre el 90 y el 100%.

Buscar en todas direcciones requiere un tiempo de búsqueda amplio, en caso de tratarse de una antena que gira, o el uso de lóbulos en recepción muy grandes, lo que supone baja ganancia y, por tanto, disminuye la probabilidad de interceptación. Buscar en un amplio espectro de frecuencia tiene los mismos inconvenientes: aumento del tiempo o baja sensibilidad. En cuanto a modulación, señales de onda continua pueden bloquear los receptores que cubren anchos de banda grandes. Para detectar señales débiles, hacen falta anchos de lóbulo estrechos o antenas que trabajen en anchos de banda reducidos. Por último, cualquier antena (o conjunto de) que no esté escuchando permanentemente en todas las direcciones de interés, reduce la probabilidad de interceptación. En los sistemas de guerra electrónica navales, estos inconvenientes se resuelven contando con distintas antenas para distintas labores. Por ejemplo, una primera antena podría detectar señales, pero sin averiguar su procedencia ni ser capaz de obtener sus datos. A partir de ahí, una segunda antena se centraría en esa emisión para obtener más información.

Antena ECM NOLQ-3D-2 a bordo del destructor japonés JS Shiranui (DD-120). Fuente – Wikimedia Commons.

Procesado de señales

Como cualquier sistema militar, las ESM han debido adaptarse a su contraparte —las señales radar, principalmente— para mantener su utilidad. En los orígenes de la guerra electrónica como la conocemos hoy, era tan sencillo como que los receptores presentaran la información en un formato que pudiera ser leído o escuchado por un humano y eran los operadores los encargados de determinar qué señales viajaban por el espectro electromagnético a su alrededor.

Estamos hablando de la Segunda Guerra Mundial y los años inmediatamente posteriores, en los que el radar hacía aparición y nadie se imaginaba lo que podía significar un espectro electromagnético saturado. Con la proliferación de los sistemas radar, y no solo en el ámbito militar, el aumento de su complejidad (modos de transmisión, cambios de frecuencia, etc.), la letalidad de las armas asociadas (eminentemente, el misil) y los tiempos de reacción cada vez más cortos por la velocidad de estas armas y sus plataformas, la informática tuvo que venir al rescate del operador de guerra electrónica.

Además de las particularidades citadas, debemos citar que la mayoría de los equipos de guerra electrónica modernos integran distintos subsistemas, intrínsecamente relacionados entre sí: la detección de una emisión puede disparar una contramedida, generar un aviso en el sistema de combate, hacer saltar una alarma o, simplemente, hacer que el equipo preste especial atención a esa frecuencia o demora.

Parámetros de una onda. Fuente – Curioseando.

En el primer artículo mencionamos la frecuencia, el ancho de pulso, la frecuencia de repetición de pulsos y el giro de antena como parámetros definitorios de una emisión electromagnética. En esta ocasión, siguiendo los argumentos de Adamy (2001, p. 73 y ss.), trataremos la fuerza con la que recibimos la señal, la frecuencia, el barrido de antena, el tipo de modulación y los parámetros de modulación, aunque, como veremos, el resultado final es el mismo: determinar los cuatro parámetros que definen una emisión radar.

Debido a la urgencia que, a menudo, es necesaria en la detección de emisiones, sobre todo sin son amenazantes (asociadas a un misil, por ejemplo), los equipos se diseñan bajo la premisa de ser capaces de identificar la amenaza cuanto antes. Para ello, primero se intentan obtener los parámetros que están presentes en un solo pulso: la frecuencia y el ancho de pulso. Recordemos que el ancho de pulso es una medida de tiempo: mide el tiempo que el radar está transmitiendo y, por tanto, en una gráfica en la que las abscisas representen el tiempo, cuanto más ancho sea el pulso, más tiempo está el radar transmitiendo cada pulso. Cuanto más ancho el pulso, más energía podemos emitir, pero con una contrapartida importante: perderemos capacidad de discriminar contactos cercanos. Si en nuestra base de datos solo hay un emisor con esos parámetros, el sistema lo informará, pero si hay varios, deberemos analizar otros parámetros para intentar dilucidar de quién es esa emisión.

El siguiente parámetro a analizar suele ser la frecuencia de repetición de pulsos (PRF). Los radares pulsados, los más comunes, no son capaces de transmitir y recibir a la vez, contando con un duplexer que envía los ecos recibidos al receptor, en lugar de al transmisor, y también evita que la alta potencia del transmisor dañe el receptor. Por tanto, se debe establecer en qué momentos el radar transmite y en qué momentos solo recibe, teniendo en cuenta que, una vez vuelva a transmitir, el radar no recibirá nada. Por tanto, los pulsos que vayan tan lejos que, al volver, el radar esté transmitiendo, no serán recibidos. La PRF debe ser relativamente fácil de analizar, pues observando cuánto tiempo pasa entre un pulso y el siguiente debería ser suficiente. Sin embargo, existen técnicas que hacen variar estos parámetros en el radar (las más conocidas son el stagger y el jitter) o el pulso puede ser parte de un tren de pulsos, debiendo observarse todos para determinar la PRF. En cualquier caso, sigue siendo el segundo análisis más sencillo, por lo que suele ser el que primero se acomete tras la frecuencia y el ancho de pulso. Que el procesado sea secuencial no quiere decir que sea lento. Todo este proceso puede llevar escasos segundos.

El último parámetro que se intenta determinar es el barrido de antena. Ya que hay antenas que pueden tardar varios segundos en dar una vuelta y nosotros tendremos que esperar dos o tres barridos para tener una medición fiable, es con diferencia el parámetro que más se tarda en determinar.

Como hemos adelantado, el entorno electromagnético actual está tan saturado y nuestros sensores se ven obligados a recibir en un amplio ancho de banda y en todas direcciones, que es muy habitual que unas señales se mezclen con otras. El proceso de separar los pulsos de un emisor concreto de una cadena de pulsos que incluye otras señales se conoce como deinterleaving. Nótese que recibir varias señales a la vez no solo dificulta determinar la frecuencia de repetición de pulsos de cada una, sino que puede darse el caso de que, en un determinado momento, el pulso de un emisor oculte el de otro. Para separar un pulso de otro se utilizan todos los parámetros conocidos de cada uno. Si la resolución de la medida de cada uno de los parámetros y la capacidad computacional del sistema es suficiente, será capaz de determinar qué pulso corresponde a cada emisor y, así, presentar dos detecciones distintas y no una con unos parámetros erróneos o confusos. Incluso en señales en las que varía el intervalo de pulsos, como aquellas que tienen jitter y stagger. Disponer de un equipo que sea muy certero en la determinación de la dirección de llegada de la señal y sea capaz de diferenciarla para cada pulso puede simplificar enormemente el deinterleaving. La digitalización de las señales es otro de los avances que ha permitido simplificar y mejorar este proceso. Sus límites son la fidelidad con la que se puede digitalizar una señal y la capacidad de proceso informático, ya que las emisiones radar son cada vez más complejas y en mayor número.

Determinación de la dirección

Las ESM no son capaces de determinar una localización del emisor, pero obtener una dirección precisa sí está entre sus posibilidades. En función del uso que se le vaya a dar a esa dirección (demora, en el ámbito naval), se necesitará una mayor o menor precisión. Por ejemplo, si el objetivo es levantar el orden de batalla electrónico enemigo —una relación de todos sus emisores—, posiblemente no sea necesario obtener una localización exacta. Sin embargo, si lo que queremos es aprovechar la información obtenida para ejecutar el lanzamiento de un arma, la precisión es fundamental. En el caso descrito en el apartado anterior, en el que usamos la demora para diferenciar entre señales de distintos emisores, no será tan importante la precisión en demora como la resolución, es decir, la capacidad de diferenciar dos señales en demoras muy próximas.

Aunque ya se han introducido con anterioridad, conviene repasar las distintas formas de determinar la localización de un emisor, una vez más de la mano de Adamy (2001, p. 145 y ss.).

  • Triangulación: cruzar demoras desde posiciones conocidas distintas. Si bien se puede realizar solo con dos, es deseable contar con alguna más para eliminar posibles errores. Sobre el plano solo se necesita la demora o dirección; en caso de querer obtener una altura, será necesario la demora y un ángulo de elevación desde cada localización. Es el método más común y fiable, si bien deberemos tener en cuenta, basándonos en la trigonometría más básica, que es necesaria cierta separación entre las demoras para que el cruce sea fiable.
  • Ángulo y distancia: aunque hemos dicho que los equipos ESM no pueden dar distancias, pueden dar aproximaciones muy someras en base a la potencia de la señal recibida. Estas aproximaciones son extremadamente poco fiables y, por tanto, este método apenas se usa.
  • Múltiples distancias: en línea con el razonamiento anterior, este método apenas tiene aplicación práctica, pues la determinación de distancia es muy poco fiable. Además, en el caso concreto de obtener dos distancias desde localizaciones distintas, los círculos que las representan sobre el plano generarán dos intersecciones, debiendo resolver esa ambigüedad por otros medios.
  • Dos ángulos y diferencia de elevación: de aplicación solo para aeronaves, consiste en determinar la posición de una estación transmisora en tierra resolviendo el problema trigonométrico a partir de los datos conocidos, que son la altura propia, la dirección de detección, el ángulo (en depresión) de detección y la altura del terreno.
  • Demoras no simultáneas: como el primero, se trata de un método usado en la navegación costera tradicional, midiendo la demora a puntos conocidos de la costa mediante una brújula o aguja giroscópica. La unidad con el receptor ESM debe moverse rápidamente en relación al emisor para tomar varias demoras. Es menos fiable que la triangulación y requiere de una gran ventaja de velocidad, por lo que suele estar limitado a las aeronaves.

En todas las interceptaciones en las que midamos el ángulo, que serán, a efectos prácticos, todas, debemos tener en cuenta que los errores angulares aumentan el error real de localización a medida que aumenta la distancia. Es decir, un error de un grado supone, a 10 millas náuticas, 350 yardas, mientras que ese mismo error a 30 millas significa más de mil yardas de incertidumbre.

Triangulación. Fuente – QSL.net.

Sumergiéndonos someramente en las entrañas de la parte goniométrica de los equipos, veremos qué técnicas se utilizan para determinar la demora de una emisión.

  • Antena direccional sencilla: el método más simple, consiste en contar con una única antena que recibe solo en un muy pequeño arco del horizonte. Haciendo girar esta antena, seremos capaces de determinar la dirección de llegada (demora) de una emisión. En lugar de tener muchísimas antenas que cubran los 360 grados, podemos tener una única antena que gire para hacer lo mismo. El inconveniente es localizar emisores que solo se presentan durante periodos cortos de tiempo, mientras que la ventaja es una mayor ganancia, por ser la antena muy direccional.
  • Técnica Watson-Watt: mediante varias antenas de dipolo y la suma coherente de las que se encuentran en los extremos, se puede obtener un diagrama de ganancia cardioide que indique la dirección de llegada de la emisión.
  • Múltiples antenas direccionales: generalmente usadas en sistemas de alerta radar (RWR), que son aquellos sistemas de guerra electrónica muy sencillos que solo dan una alerta al piloto de un aeronave cuando recibe una emisión considerada como peligrosa (la famosa «chicharra» de las películas). La diferencia de ganancia entre las distintas antenas nos ofrece la dirección de llegada de la emisión, aunque sigue siendo un método con una precisión relativamente baja en la determinación de demora.
  • Interferometría: consiste en contar con dos antenas conectadas y comparar las fases recibidas en frecuencia con la frecuencia intermedia de cada receptor. Para resolver ambigüedades, se suele contar con un array de varias antenas. Es un sistema que puede parecer similar al de Watson-Watt, pero que mide frecuencia en lugar de ganancia; a priori, debe ser más certero.
Federico Supervielle Bergés

 


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1 Comment

  1. Excelente artículo como siempre que Supervielle se pone a escribir.
    Sólo añadir que gran parte de lo comentado sobre la «Information Warfare» recae en lo que ahora llaman «Cyber and Electromagnetic Activities» o concepto CEMA. Guerra electrónica clásica a la que se le añade lo cibernético. Una «vuelta de tuerca» más a todo este asunto.
    Un placer disfrutar de estas lecturas.Un saludo.

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