Geofizică MASINT

Geofizica MASINT este o ramură a MASINT care se ocupă de fenomenele transmise prin mediul terestru (sol, apă, atmosferă) și artefacte și include sunete emise sau reflectate, unde de presiune, vibrații și perturbări ale câmpului magnetic sau ale ionosferei . ^[1]

Potrivit Departamentului Apărării al Statelor Unite , MASINT este informații de origine tehnică (cu excepția IMINT și SIGINT ) care - atunci când sunt colectate, prelucrate și analizate de sisteme specializate MASINT - dau naștere unor informații care descoperă, urmăresc, identifică sau descriu „urmele de pas” ( trăsături distinctive) ale surselor țintă fixe sau dinamice. MASINT a fost recunoscut ca o disciplină formală de inteligență în 1986. ^[2] O altă modalitate de a descrie MASINT este o disciplină „non-literală”. Își extrage hrana din subprodusele emise neintenționate ale țintei (sau „țintă”, dacă preferați), „urmele” - spectroscopice , chimice sau RF pe care un obiect le lasă în urmă. Aceste piste formează amprente distincte, care pot fi exploatate ca „discriminanți de încredere pentru a caracteriza evenimente specifice sau pentru a descoperi ținte ascunse”. ^[3]

Ca și în alte ramuri ale MASINT, tehnicile specifice se pot suprapune în contradicție aparentă cu diviziunea tradițională elaborată de Centrul pentru Studii și Cercetări MASINT, care împarte câmpul MASINT în șase discipline conceptuale: ^[4]

1. Electro-optică
2. Nuclear
3. Geofizică
4. Radar
5. Material
6. Frecventa radio.

Cerințe militare

Senzorii geofizici au o istorie lungă atât în ​​aplicațiile militare convenționale, cât și în aplicațiile comerciale, de la prognoza meteo pentru navigația marină la vânătoarea de pești pentru industria pescuitului până la testarea senzorilor nucleari. Cu toate acestea, noi provocări continuă să apară.

În forțele armate ale națiunilor mai avansate, spre deosebire de alte sisteme militare convenționale, se presupune că, dacă o țintă poate fi detectată, atunci ea poate fi distrusă. Drept urmare, ascunderea și evaziunea au devenit acum extrem de critice. De exemplu, aeronavele „Stealth” pentru supravegherea la altitudine mică au câștigat multă atenție, deoarece o nouă concepție a suprafeței aeronavei determină o reducere caracteristică a detectabilității.

Evident, susținătorii de submarine se laudă că au inventat detectabilitate scăzută și că alții învață pur și simplu de la ei. Știu că deplasarea extrem de liniștită și ascunderea printre structuri și formațiuni naturale le face foarte greu de descoperit.

Două familii de aplicații militare, printre altele, reprezintă noi provocări pe care să dovedească validitatea geofizicii MASINT. A se vedea, de asemenea, senzori de masă nesupravegheați .

Structuri subterane profunde

Pentru o națiune, una dintre cele mai simple modalități de protejare a armelor de distrugere în masă, a clădirilor de comandă și a altor structuri critice este îngroparea lor profundă, de exemplu prin extinderea peșterilor naturale sau a minelor dezafectate. Înmormântarea profundă nu este doar o metodă de protecție împotriva atacurilor fizice, deoarece chiar și fără a fi nevoie să folosiți arme nucleare, există bombe cu penetrare profundă ghidate cu precizie care pot face un atac eficient împotriva acestor structuri îngropate. Cu ascunderea adecvată în timpul construcției, înmormântarea profundă este o modalitate de a împiedica inamicul să detecteze locația clădirii într-un mod suficient de precis, cu riscul de a fi vizat de bombe de precizie.

Găsirea structurilor adânc îngropate este însă o cerință militară critică. ^[5] . De obicei, primul pas către descoperirea structurilor profunde este IMINT, în special folosind senzori IMINT hiperspectrali pentru a elimina efectele disimulării. "Imaginile hiperspectrale pot ajuta la dezvăluirea informațiilor care nu pot fi altfel obținute prin alte forme de inteligență asupra imaginilor standard, cum ar fi conținutul de umiditate al solului. Aceste date pot ajuta, de asemenea, la distincția prezenței plaselor de frunziș natural pentru camuflaj." Cu toate acestea, o clădire excavată sub un oraș aglomerat ar fi extrem de dificil de descoperit în timpul construcției sale. Când inamicul suspectează că există o clădire adânc îngropată, pot exista o varietate de momeli și momeli pentru a devia căutările, cum ar fi sursele de căldură îngropate pentru a confunda senzorii cu infraroșu sau pur și simplu săpând găuri și acoperindu-le, lăsându-le goale.

MASINT care folosește senzori acustici, seismici și magnetici, pare să dea o promisiune, dar în practică se dovedește că acești senzori, pentru a funcționa eficient, trebuie să fie suficient de aproape de țintă. Detectarea anomaliilor magnetice (MAD) este utilizată, în apă, pentru activități antisubmarine, pentru localizarea finală înainte de atac. Existența submarinului este de obicei stabilită prin ascultare pasivă, iar ulterior locația sa este rafinată cu senzori direcționali pasivi și sonar de detectare activă.

Atunci când acești senzori, precum și HUMINT și alte discipline, eșuează, există speranță de a verifica suprafețe mari pentru clădiri profund ascunse, în utilizarea senzorilor de gravitație . Senzorii de gravitație sunt un domeniu nou, dar cerințele militare îl fac important, în timp ce tehnologia care îl face devine atractivă.

Operațiuni navale în apă puțin adâncă

Mai ales în operațiunile navale de astăzi în „ape verzi” (bogate în alge) și „ape brune” (noroioase), navele privesc soluțiile MASINT pentru a aborda noi posibilități de operare în zonele de coastă și de coastă. ^[6] În acest simpozion, s-a concluzionat că există cinci domenii utile de luat în considerare, care sunt interesante în contrast cu categoriile general acceptate de MASINT: acustică și geologie (inclusiv geodezice, sedimente și schimbări de masă), detecție nano-acustică (biologie, optică, chimie), oceanografie fizică, meteorologie de coastă și detectare electromagnetică.

Deși este puțin probabil să nu existe niciodată o aterizare pe o plajă fortificată, în stilul a ceea ce s-a întâmplat în cel de-al doilea război mondial, o altă trăsătură caracteristică a coastelor este capacitatea inamicului de a reacționa la orice atac amfibiu. Detectarea plajelor sau a minelor de mică adâncime rămâne o provocare, deoarece mineritul rămâne o „armă săracă a omului”.

În timp ce aterizările inițiale de la forțele pe mare ar avea loc de la elicoptere, sau de la aeronave cu rotoare articulate sau cu vehicule cu pernă de aer, care aduc cele mai voluminoase echipamente la țărm, în orice caz atunci, bărci de aterizare tradiționale sau punți ridicate. transportabile sau alte sisteme vor fi necesare pentru a aduce echipamentele mai grele la plajă. Adâncimile puțin adânci și obstacolele naturale subacvatice pot împiedica accesul la plajă, la fel ca și minele de apă puțin adâncă. Radarul cu diafragmă sintetică (SAR), laserul aerian pentru detecție și măsurare (LIDAR) și utilizarea bioluminiscenței pentru a detecta urme slabe în jurul obstacolelor subacvatice pot, în combinație, să rezolve această provocare.

Trecerea de la mare la plajă și traversarea ei au dificultățile lor. Vehiculele pilotate de la distanță pot fi capabile să hărțuiască pasajele de aterizare, iar ele, cum ar fi LIDAR și imagini multispectrale, pot detecta apa de mică adâncime. Odată ajuns pe plajă, solul trebuie să aibă o consistență care să reziste la echipamente grele. Iată tehnici care includ estimarea tipului de sol din imagini multispectrale sau din date furnizate de un penetrometru eliberat în zbor, care măsoară de fapt capacitatea de suport a greutății suprafeței.

MASINT pentru Meteorologie și Informații marine

Știința și arta prognozării vremii au folosit ideile de măsurători și markeri cu mult înainte de a exista orice fel de senzor electronic. Comandanții navelor cu vele nu aveau altceva decât instrumente „sofisticate”, cum ar fi degetul umed ridicat în vânt și bătutul pânzelor.

Informațiile meteorologice, în cursul normal al operațiunilor militare, au un efect important asupra evoluțiilor tactice. Vânturile puternice și presiunile atmosferice scăzute pot perturba traiectoria artileriei. Temperaturile ridicate sau scăzute necesită ca atât persoanele, cât și vehiculele să fie echipate cu protecții speciale. Cu toate acestea, unele aspecte ale climei pot fi măsurate și comparate cu markerii, pentru a confirma sau respinge concluziile la care s-a ajuns prin analiza altor senzori.

Stadiul tehnicii în acest domeniu constă în îmbinarea datelor meteorologice, oceanografice și acustice, într-o varietate de metode de afișare a rezultatelor. ^[7] .

Predicția climatică bazată pe măsurători și markeri

În timp ce navigatorii antici nu aveau alți senzori decât cei cinci simțuri, meteorologii moderni au o gamă largă de dispozitive pentru măsurarea cantităților geofizice și electro-optice, care funcționează pe platforme variind de la fundul mării până la spațiul profund. Predicțiile bazate pe aceste măsurători se bazează pe markeri de evenimente meteo anterioare, o înțelegere profundă a teoriilor climatice și modele climatice de calcul.

Prognozele meteo pot oferi informații cu conotații negative importante, în sensul că, atunci când marcajele legate de un anumit sistem de luptă sunt de așa natură încât pot funcționa numai în prezența anumitor condiții meteorologice, activitatea poate fi blocată. Clima a fost mult timp o parte extrem de critică a operațiunilor militare moderne, așa cum sa întâmplat, de exemplu, în cel de-al doilea război mondial, în ceea ce privește decizia de a ateriza în Normandia la 6 iunie 1944 în loc de 5 iunie, cauzată de încrederea lui Dwight . D. Eisenhower în șeful echipei sale meteorologice, căpitanul James Martin Stagg . Este greu de înțeles că un obiect la fel de rapid ca un vehicul de reintrare a rachetelor balistice sau inteligent ca un proiectil ghidat de precizie , ar putea fi deranjat de vânturile care suflă în zona țintă.

Ca exemplu de senzor de masă nesupravegheat, vezi ^[8] . Stația meteorologică miniaturală la distanță (RMWS), de la compania "System Innovations", este o versiune detașabilă de la aeronavă care conține un sistem ușor, modular și extensibil, cu două componente: un senzor meteorologic (MET) și un metru al altitudinii maxime a nori cu MET de capacitate limitată. MET-ul principal este plasat pe o suprafață și măsoară viteza și direcția vântului, vizibilitatea orizontală, presiunea atmosferică, temperatura aerului și umiditatea relativă. Celălalt metru determină înălțimea norilor și stratificarea lor. Sistemul oferă date aproape în timp real și are autonomie pentru a funcționa până la 60 de zile, 24 de ore pe zi. RMWS poate fi furnizat și pentru combaterea personalului meteorologic, aparținând „Operațiunilor Speciale ale Forțelor Aeriene ale SUA” ^[9] .
Versiunea portabilă, purtată de meteorologi în echipament de luptă, are o funcție suplimentară, adică ca un contor de nori la distanță în miniatură. Conceput pentru a măsura înălțimile mai multor straturi de nor și apoi pentru a trimite datele pe afișajul operatorului, printr-o legătură de comunicație prin satelit, sistemul utilizează un laser de neodim (Neodimium YAG - NdYAG) cu o putere de 4 MegaWatt - periculos pentru vedere. Potrivit unui meteorolog, „Trebuie să fim atenți”, a spus el. „Dacă o lăsăm acolo, practic ne îngrijorează faptul că populația civilă va ajunge la ea și va pune mâna pe ea, va activa laserul și cineva are un ochi. Există două unități RMWS diferite. Una are laserul iar unul are laserul. 'altul nu. Diferența principală este că cel cu laserul vine să vă ofere altitudinea norilor. "

Senzori hidrografici

MASINT hidrografic este ușor diferit de MASINT climatologic, deoarece ia în considerare factori, cum ar fi temperatura și salinitatea apei, activitățile biologice marine și alți factori care au efecte importante asupra senzorilor și armelor utilizate în apele puțin adânci. Echipamentul „ASW”, și în special performanțele sale acustice, depind de sezonul în care, la un anumit moment, se află zona de coastă specifică. Condițiile coloanei de apă, cum ar fi temperatura, salinitatea și turbiditatea, sunt mult mai variabile în apele puțin adânci din apropierea coastei decât în ​​apele adânci ale mării deschise. Adâncimea apei afectează condițiile de respingere acustică ale fundului, precum și materialul din care este realizat fundul. Condițiile coloanei de apă în funcție de sezon, în special vara pe o parte și iarna pe cealaltă, sunt în mod inerent mai variabile în apele puțin adânci decât în ​​apele adânci. ^[6]

În timp ce o mare atenție este acordată apelor puțin adânci ale coastei, alte zone au caracteristici hidrografice remarcabile:

• zone regionale cu vârtejuri de apă rece
• fronturi de apă cu salinitate diferită în ocean deschis
• apropierea de gloanțe
• sub un strat de gheață

Un membru al unei organizații de dezvoltare tactică submarină a remarcat faptul că „vârtejuri de apă rece există în multe zone ale lumii. După cum reiese din experiența noastră recentă din Golful Mexic, folosind un sistem de monitorizare tactică oceanografică. Sistem - TOMS), există foarte multe debitele de suprafață separate, care fac ca datele furnizate de sonar dedicate prognozelor meteo, parte a Bibliotecii Programului de misiune a flotei submarine - SFMPL) să nu fie fiabile. predicții precise folosind sonar. "

Temperatura și salinitatea

Un element critic pentru predicția sunetului, cerut atât de sistemele MASINT active, cât și pasive, care funcționează în apă, este cunoașterea temperaturii și a salinității la adâncimi specifice. Avioanele antisubmarine, navele și submarinele pot elibera senzori autonomi care măsoară temperatura apei la diferite adâncimi.^[10] Temperatura apei are o importanță critică în detecția acustică, deoarece modificările de pe suprafețele termoclinei pot acționa ca bariere sau straturi rezistente la propagarea acustică. Pentru a vâna un submarin, care este conștient de temperatura apei înconjurătoare, vânătorul trebuie să coboare o serie de senzori acustici sub suprafața termoclinei aferentă submarinului.

Conductivitatea apei este utilizată ca un marker similar cu salinitatea. Cu toate acestea, software-ul dezvoltat în prezent și mai actualizat nu oferă informații despre materialul suspendat în apă sau despre caracteristicile fundului mării, ambele fiind considerate critice în operațiunile în ape puțin adânci. ^[6]

Marina Statelor Unite face acest lucru prin coborârea sondelor extensibile, care apoi transmit AN / BQH-7 pentru submarine și AN / BQH-71 pentru nave către un înregistrator, o moștenire 1978-1980. În timp ce reproiectarea efectuată la sfârșitul anilor 1970 a introdus o oarecare logică digitală, dispozitivul conține încă unele recordere analogice dificil de întreținut, iar acest lucru a devenit critic în 1995. A fost început un proiect de extindere a dispozitivului cu componente COTS, rezultând dispozitivul AN. / BQH-7 / 7A EC-3 ^[11] .

Variabilele analizate în selectarea sondei adecvate includ:

• Adâncimea maximă sondată
• Viteza navei care efectuează lansarea sondei
• Rezoluție verticală, destinată ca distanță minimă măsurabilă între punctele de analiză
• Precizie în adâncimea de măsurare, intenționată ca eroare procentuală maximă

Biomasă

Cotele mari de pești conțin suficient aer, prins în interiorul lor, pentru a ascunde fundul mării, precum și structuri și vehicule subacvatice create de om. Dispozitivele de găsire a peștilor, dezvoltate pentru pescuitul comercial și recreativ, sunt sonare specializate care pot identifica reflexii acustice între suprafață și fund. Sunt necesare variante militare ale acestor dispozitive, în special în zonele de coastă bogate în viață marină.

Măsurători pe fundul mării

O varietate de senzori pot fi utilizați pentru a caracteriza fundul mării, cum ar fi noroiul, nisipul și pietrele. Senzorii acustici activi sunt cei mai utilizați, dar alte informații pot fi obținute de la senzori gravitimetrici, electro-optici și radar, înregistrarea interferențelor cu suprafața apei etc.

Sonarele simple, precum rezonatoarele de ecou, ​​pot fi actualizate la sisteme de clasificare a fundului mării, prin module suplimentare, care convertesc parametrii ecoului în evaluarea tipului de sediment. Există mai mulți algoritmi de analiză pentru a face acest lucru, dar toți se bazează pe modificări ale energiei și formei sunetelor, emise de rezonator, care sunt reflectate de jos.

Sonarul de scanare laterală poate fi folosit pentru a obține hărți de topografie ale unei zone prin deplasarea sonarului prin el, chiar deasupra fundului. Sonarele multi-fascicul montate pe corp nu sunt la fel de exacte ca cele din partea de jos, însă ambele pot oferi un afișaj tridimensional rezonabil.

O altă abordare constă în efectuarea unei analize mai puternice a semnalelor provenite de la senzorii militari deja existenți ^[12] . Laboratorul de Cercetări Navale al Statelor Unite a demonstrat atât soluții pentru caracterizarea fundului mării, cât și a fundului mării. Senzorii utilizați în diferite demonstrații au inclus grinzi incidente normale de la: gabarit de adâncime AM / UQN-4 montat pe o navă de suprafață; manometru AN / BQN-17 montat pe un submarin; dispersie spate de la sonarul comercial multi-fascicul Kongsberg EM-121; Manometru AN / UQN-4 pentru nave dedicate operațiunilor de contramăsurare a minelor; AN / AQS-20 sistem de vânătoare a minelor. Toate acestea au produs graficul „Caracterizarea fundului și sub-fundului mării”.

Efectele climatului asupra propagării emisiilor chimice, biologice și radiologice de la arme

Una dintre îmbunătățirile vehiculului de recunoaștere nuclear-bacteriologic-chimic "Fuchs 2" ^{[13] a} fost adăugarea la bord a instrumentelor meteorologice, pentru detectarea datelor precum direcția și viteza vântului, temperatura aerului și a solului, presiunea barometrică și umiditatea .

Acustica MASINT

Include colectarea sunetelor, emise sau reflectate, active sau pasive, unde de presiune sau vibrații, în atmosferă (ACOUSTINT) sau în apă (ACINT), sau transmise prin sol. Mergând mult înapoi în timp, în Evul Mediu, inginerii militari ascultau așezându-și urechile pe pământ, pentru a ridica sunetele revelatoare ale săpăturilor sub fortificații. ^[1]

În prezent, senzorii acustici au fost utilizați inițial în aer, cum ar fi pentru evaluarea gamei de artilerie inamică din Primul Război Mondial. Hidrofoanele pasive au fost folosite de Forțele Aliate în timpul Primului Război Mondial împotriva submarinelor germane; un UC-3 a fost scufundat cu ajutorul unui hidrofon la 23 aprilie 1916. Deoarece submarinele submarine nu pot utiliza radar, sistemele acustice, active sau pasive, devin senzorii lor principali. În special în ceea ce privește senzorii pasivi, lucrătorii senzorilor acustici submarini trebuie să aibă la dispoziție o bibliotecă mare de markere pentru a identifica sursa sunetului.

În apele puțin adânci, pentru senzorii acustici convenționali există dificultăți, astfel încât ar putea fi necesari senzori MASINT suplimentari. Există doi factori confuzi:

• Limitarea interacțiunilor. Efectele fundului și ale suprafeței mării asupra sistemelor acustice din apele puțin adânci sunt

foarte complex, ceea ce face dificilă prezicerea distanțelor. Degradarea semnalelor pe mai multe căi afectează figura generală a meritului și clasificarea dinamică. În consecință, cazurile de identificare greșită a țintei sunt frecvente.

• Limitări practice. Un alt element cheie este dependența de măsurarea distanței, propagare și

reverberarea apelor de mică adâncime. De exemplu, apa de mică adâncime limitează adâncimea rețelelor de senzori de sunet așezați pe turnuri, crescând astfel riscul ca sistemul să-și detecteze propriul zgomot. În plus, aproximarea distanței dintre nave crește posibilitatea unor efecte de interferență reciprocă. Se crede că senzorii nanoacustici vor fi necesari în operațiunile navale în apă de mică adâncime pentru a depăși perturbările magnetice, optice, bioluminescente, chimice și hidrodinamice. ^[6]

Localizarea și măsurarea distanței contra-bateriilor și a contra-lunetistilor

Deși acum este în primul rând doar de interes istoric, una dintre primele aplicații ale MASINT-urilor acustice și optice a fost locația artileriei inamice prin exploatarea sunetului și strălucirii exploziilor lor, o tehnică pionierată de forțele armate canadiene sub conducerea generalului Arthur. Currie , cu Andrew McNaughton într-un rol cheie în personalul său. ^[14] Combinația de măsurare prin sunet (adică MASINT acustic) și prin strălucire (adică înainte de tehnologiile optoelectronice moderne), a furnizat informații fără precedent pentru timp, atât în ​​ceea ce privește precizia, cât și sincronizarea. Pozițiile tunurilor inamice erau situate într-o limită de 25 până la 100 de metri, cu rezultatul obținut în trei minute sau mai puțin.

Primele sisteme acustice în contra-baterie în primul război mondial

Măsurarea distanței prin sunet

În graficul „Măsurarea prin sunet”, Postul de ascultare - LP, care este plasat în fața stațiilor de microfon - MS, trimite un semnal electric către acesta din urmă atunci când operatorul din LP aude sunetul tunului la momentul T ₀ . Fie manual, fie electric, fiecare MS _x trimite un impuls de pornire către un oscilograf. Operatorul oscilografului poate calcula apoi un timp de sosire A _x , care este diferența dintre T ₀ și T _Mx . Fără ajutorul unui computer, distanța trebuie calculată manual. Poziția stațiilor de ascultare și a stațiilor de microfon este cunoscută cu precizie. Fiecare A _x poate fi redat pe un grafic sub formă de hiperbolă . Poziția în care se intersectează asimptotele hiperbolei este poziția în care se presupune că se află arma.

În timp ce măsurarea distanțelor prin sunet este o tehnică de sosire și nu este diferită de cea a senzorilor moderni multi-statici, măsurarea prin flare a fost făcută cu teodolitul , corelând poziția luminilor cu cartografia geografică. loc de observare a strălucirii. Poziția pistolului a fost apoi determinată goniometric și a corespuns locului unde s-au intersectat urmele marcate pe hartă. Astăzi, acest tip de măsurare s-ar numi MASINT electro-optic.

Detectarea artileriei prin sunet și lumină a rămas în uz în timpul celui de-al doilea război mondial și după război, până când au fost disponibile radare contra-baterii transportabile, ele însele senzori de tip radar MASINT. Aceste tehnici au anticipat mai întâi și apoi au fost paralele cu căutarea prin direcție radio în SIGINT, care inițial a fost goniometrică pentru a obține doar poziționarea, în timp ce acum, cu sincronizarea precisă a timpului oferită de sistemul GPS, este, de asemenea, adesea capabilă să prezică ora sosirii.

Dacă observația a fost efectuată noaptea, șeful artilerului canadian ar putea compara sunetul și strălucirea, în timp ce ziua era disponibil doar sunetul. De asemenea, unitățile canadiene au trebuit să estimeze vântul, temperatura și presiunea barometrică pe traiectoria către artileria germană, apoi să calculeze manual - și rapid - ordinele de tragere. Momentul optim a fost de ordinul a trei minute.

Localizatori moderni de artilerie acustică

Pozițiile de artilerie sunt astăzi situate în principal cu radare de contra- artilerie, de exemplu US AN / TPQ-37, precum și cu IMINT. SIGINT poate oferi, de asemenea, urme de poziție, atât cu COMINT pentru ordine de tragere, cât și cu ELINT pentru radar meteo. Cu toate acestea, există un interes reînnoit atât pentru MASINT acustic, cât și pentru MASINT electro-optic, cu senzorii tactici de contracostură, pentru a oferi o completare radarelor de contracopere.

Senzorii acustici au parcurs un drum lung de la primul război mondial. De obicei, senzorii acustici fac parte dintr-un sistem combinat, în care oferă un indiciu tactic inițial pentru senzorii radar sau electro-optici, care sunt mai exacți, dar cu un câmp vizual mai restrâns.

AURA

Sistemul britanic de artilerie ostilă britanică (HALO) este în funcțiune cu armata britanică din 2002. HALO nu este la fel de precis ca un radar, dar oferă un complement special radarelor direcționale. Detectează pasiv arme de artilerie, mortare și tunuri cu tancuri, cu o acoperire de 360 ​​de grade, și poate monitoriza peste 2000 km². HALO a funcționat în zonele urbane, în munții balcanici și în deșerturile Irakului ^[15] .

Sistemul constă dintr-o gamă distribuită în mod regulat de până la 12 senzori acustici de presiune, care pot calcula datele de localizare cu o putere de până la 8 recalculări pe secundă și apoi pot furniza datele operatorului de sistem. Presupunând o dispersie tipică a semnalului detectat de senzor, trei sau mai mulți senzori măsoară unda de presiune, iar apoi triangulația efectuată de computerul sistemului poate extrapola o combinație cu un anumit marker și, astfel, poate ajuta radarele AN / TPQ -36 și TPQ-37 Firefinder, care nu sunt omnidirecționale, să se concentreze pe direcția finală corectă.

UTAMS

Un alt sistem acustic este senzorul MASINT acustic tranzitor nesupravegheat al armatei Statelor Unite (UTAMS), care detectează focul de rachete și mortare și impactul glonțului. UTAMS este format din trei până la cinci tablouri de senzori acustici, fiecare echipat cu patru microfoane, un computer, conexiune radio, sursă de alimentare și un laptop de control. UTAMS, care a funcționat pentru prima dată în Irak ^[16] , a fost testat inițial în noiembrie 2004 la baza de operare a forțelor speciale (SFOB) cu sediul în Irak. UTAMS a fost utilizat împreună cu radarele de contra-artilerie AN / TPQ-36 și AN / TPQ-37. În timp ce UTAMS era destinat în primul rând detectării indirecte a focurilor de artilerie, Forțele Speciale și ofițerii lor de sprijin pentru tragere au înțeles că poate detecta cu exactitate explozii de obiecte improvizate care explodează și explozii de mici grenade aruncate sau trase cu mâna sau cu racheta. Poate detecta puncte de origine situate pe o rază de până la 10 km de senzor.

L'analisi delle registrazioni dell'UTAMS e del radar rivelò numerosi elementi. La forza nemica stava sparando colpi di mortaio da 60mm durante le ore del pranzo, presumibilmente perché questo consentiva il maggior raggruppamento di personale e quindi la maggior possibilità di produrre pesanti perdite tra morti e feriti. Questo fatto di per sé sarebbe stato ovvio, ma questi sensori MASINT stabilirono le basi per la localizzazione delle posizioni di lancio nemiche.

Questo permise alle forze USA di spostare i mortai per colpire le stazioni di sparo, dare coordinate ai cannoni per le situazioni dove i mortai non potevano arrivare, e usare elicotteri d'attacco come copertura per entrambi i sistemi. Il nemico cambiò tattica sparando di notte, e ancora si contrattaccò con mortai, artiglieria ed elicotteri. Quindi il nemico si spostò in un'area urbana, dove l'artiglieria USA non aveva il permesso di sparare, si usarono una combinazione di volantinaggio aereo con tecnica psicologica PSYOPS e una serie di colpi deliberatamente imprecisi a scopo intimidatorio, che convinsero gli abitanti della zona a non dare dimora ai gruppi combattenti con i mortai.

Schiera di sensori UTAMS montati su torre, componente di UTAMS in sistema Ricognitore di Lancio di Razzi

L'UTAMS fu combinato con la MASINT elettro-ottica, originariamente per una richiesta della Marina degli USA in Afghanistan, per produrre il sistema Ricognitore di Lancio di Razzi (Rocket Launch Spotter - RLS), MASINT elettro-ottica#Ricognitore di Lancio di Razzi .

Nell'applicazione di Ricognitore di Lancio di Razzi (RLS) ^[17] , ogni schiera di sensori consiste di quattro microfoni ed un apparecchio di elaborazione. Analizzando il ritardo temporale tra l'interazione del fronte di un'onda acustica con ognuno dei microfoni della schiera, l'UTAMS fornisce un azimuth di origine. L'azimuth proveniente da ogni torre è riportato all'elaboratore UTAMS situato nella stazione di controllo, e quindi viene triangolato e poi mostrato un punto di origine (Point Of Origin - POO). Il sottositema UTAMS può inoltre rilevare e localizzare il punto di impatto (Point Of Impact - POI), ma, a causa della differenza tra velocità del suono e della luce, l'UTAMS può richiedere fino a 30 secondi per determinare il POO di un razzo lanciato da 13 km. In questa applicazione, il componente elettro-ottico del RLS determinerà precedentemente il POO del razzo, mentre l'UTAMS farà poi meglio con la predizione relativa al mortaio.

Sensori acustici passivi installati a mare (idrofoni)

I moderni idrofoni convertono il suono in energia elettrica, che quindi può essere sottoposta a ulteriori analisi di segnali, o può essere immediatamente trasmessa a una stazione ricevente. Essi possono essere direzionali oppure omnidirezionali.

Le Marine usano una varietà di sistemi acustici, specialmente passivi, in situazioni di guerra antisommergibile, sia tattica che strategica. Per quel che riguarda l'uso tattico, gli idrofoni passivi, ovvero sono-boe rilasciate da nave o fatte cadere da aereo, sono impiegate estensivamente. Essi possono rilevare bersagli situati molto più lontano che non i sonar attivi, ma generalmente non hanno la loro precisione di localizzazione, e possono eseguire un'approssimazione basandosi su una tecnica denominata Analisi di Movimento del Bersaglio (Target Motion Analysis - TMA). I sonar passivi hanno il vantaggio di non rivelare al nemico la posizione del sensore in quanto non emettono segnali.

Il Sistema Integrato di Sorveglianza Sottomarina (Integrated Undersea Surveillance System - IUSS) consiste in una combinazione di SOSUS, Fixed Distributed System (FDS), e Advanced Deployable System (ADS or SURTASS ). La riduzione dell'importanza delle operazioni in mare aperto rispetto al periodo della Guerra Fredda, ha posto la SOSUS come primaria categoria di sensori di posizionamento in mare aperto, con i vascelli chiamati SURTASS , dedicati alla rilevazioni. ^[18] Il SURTASS usa schiere più lunghe e più sensibili di sensori passivi montati su torre, che possono essere installati da

vascelli manovratori, così come da sottomarini e destroyers.

USNS Able (T-AGOS-20) aft view of SURTASS equipment.

Oramai SURTASS viene anche associato con sonar Low Frequency Active (LFA).

Sensori acustici passivi sganciati da aereo

Le sono-boe passive, come la AN/SSQ-53F, possono essere direzionali oppure omnidirezionali, e possono essere impostate per stazionare a specifiche profondità.^[10] Esse possono essere fatte cadere da elicotteri e velivoli in pattugliamento marittimo come il P-3 .

Sensori fissi acustici passivi sottomarini

Gli Stati Uniti fecero massicce installazioni di Sistemi di Sorveglianza Fissa (Fixed Surveillance System - FSS, conosciuti anche come SOSUS ), sotto forma di schiere di idrofoni sul fondo dell'oceano, per seguire i sottomarini Sovietici e altri ^[19] .

Sensori acustici passivi di superficie per navi

Dal punto di vista del solo rilevamento, le schiere di idrofoni su torre offrono un vasto parco di installazioni collaudate ed eccezionali capacità di misurazione. Le schiere su torre, comunque, non sono sempre fattibili, perché una volta installate le loro performance possono risentire di alte velocità o rapide rotazioni, oppure risentire di danneggiamento completo. Una schiera su torre di fabbricazione inglese allo stato dell'arte, contenente sia tecnologia passiva che attiva, è il Sonar 2087 di Thales Underwater Systems . Le schiere di sonar ruotabili montate sullo scafo o sulla prua normalmente possono avere sia la modalità passiva che attiva, come anche i sonar a profondità variabile. Lo scafo delle navi può essere equipaggiato con ricevitori avvisatori, per rilevare i sonar ostili.

Sensori acustici passivi per sottomarini

I sottomarini moderni posseggono sistemi multipli di idrofoni passivi, come ad esempio schiere ruotabili installate in una cupola sulla prua, oppure sensori fissi posti lungo le fiancate, o infine schiere su torre. Essi hanno inoltre ricevitori acustici specializzati, analoghi ai ricevitori avvisatori di radar, per allertare l'equipaggio dell'uso di sonar attivi contro il loro sottomarino.

I sottomarini statunitensi fecero estensivo uso di pattugliamenti clandestini per misurare le tracce dei sottomarini sovietici e dei vascelli in superficie ^[20] . Queste missioni di MASINT acustica riguardarono sia i pattugliamenti di routine di sommergibili d'attacco, sia l'invio di sottomarini per captare le tracce di vascelli ben determinati. I tecnici antisommergibile statunitensi che operavano sulle piattaforme aeree, superficiali e sotto la superficie, disponevano di vaste librerie di tracciature acustiche di vascelli.

I sensori acustici passivi possono rilevare aeromobili che volano a pelo d'acqua. ^[21]

Sensori acustici passivi a terra (geofoni)

I sensori di MASINT acustica nel periodo della guerra nel Vietnam comprendevano "boe acustiche Acoubuoy (lunghe circa 90cm e pesanti circa 12 kg) calate giù tramite paracadute camuffati e intrappolati tra i rami degli alberi, dove pendevano per ascoltare. Le boe Spikebuoy (lunghe circa 180cm e pesanti circa 18 kg) invece si conficcavano nel terreno come giavellotti. Solo l'antenna, che assomigliava al gambo di un'erbaccia, era visibile sopra terra." ^[22] Questo fa parte dell' Operazione Igloo White .

Una parte del AN/GSQ-187, Sistema avanzato con Sensore remoto per campo di battaglia (Improved Remote Battlefield Sensor System - I-REMBASS), è costituito da un sensore acustico passivo, che, assieme ad altri sensori MASINT, rileva veicoli e persone su un campo di battaglia ^[23] . I sensori acustici passivi forniscono misure aggiuntive che possono essere comparate con tracce, ed usate per completare i dati di altri sensori. I controllori I-REMBASS si integreranno, approssimativamente nel 2008, con i sistemi di terra Prophet SIGINT/EW.
Ad esempio, un radar terrestre di ricerca può non essere in grado di discriminare tra un carro armato e un autotreno che si spostano alla stessa velocità. Sommando l'informazione acustica, invece, si può agevolmente distinguerli.

Sensori acustici passivi e Misurazioni di supporto

I vascelli in combattimento, ovviamente, fanno un ampio uso del sonar attivo, che non è altro che un altro tipo di sensore acustico MASINT. A parte le ovvie applicazioni in guerra antisottomarino, i sistemi acustici attivi specializzati hanno un ruolo in:

• Mappatura del fondale marino per la navigazione e per evitare le collisioni. Questi sensori comprendono semplici

misuratori di profondità, ma facilmente si passa a dispositivi che realizzano una mappatura tridimensionale sottomarina.

• Determinazione delle caratteristiche del fondale, per applicazioni che spaziano dalla comprensione delle sue proprietà

di riflessione del suono, alla previsione del tipo di forme di vita marina che vi si possono trovare, alla conoscenza se una superficie è appropriata per l'ancoraggio oppure per l'utilizzo di vari equipaggiamenti che poggeranno sul fondale Differenti sensori ad apertura a sintesi sono stati costruiti in laboratorio ed alcuni sono entrati nell'uso di sminamento e di sistemi di ricerca. Una spiegazione del loro funzionamento è data alla voce sonar ad apertura a sintesi .

Superficie dell'acqua, Interferenza di pesci e Caratterizzazione del fondale

La superficie e il fondo dell'acqua sono elementi riflettenti e disperdenti. Grandi banchi di pesce, aventi aria nel loro apparato di vesciche di bilanciamento per il nuoto, possono inoltre avere un significativo effetto sulla propagazione acustica.

Per molte funzioni, ma non per tutte le applicazioni tattiche navali, la superficie aria-acqua può essere pensata come un riflettore perfetto. "Gli effetti del fondale e della superficie del mare sui sistemi acustici in acque basse sono estremamente complessi, rendendo la predizione delle distanze difficoltosa. La degradazione sui cammini multipli degrada la figura di merito generale e la classificazione attiva. Come conseguenza, sono frequenti le false identificazioni di bersagli." ^[6]

La discrepanza dell'impedenza acustica tra l'acqua e il fondale, è generalmente molto minore che sulla superficie ed è più complessa. Ciò dipende dai tipi di materiale del fondo e la profondità degli strati d'acqua. Sono state sviluppate delle teorie per la predizione della propagazione del suono in questi casi, ad esempio da Biot ^[24] e da Buckingham. ^[25] .

Superficie dell'acqua

Con i sonar ad alta frequenza (sopra circa 1 kHz di frequenza) o quando il mare è mosso, una parte del suono incidente viene disperso, e di questo viene tenuto conto assegnando un coefficiente di riflessione la cui grandezza è inferiore all'unità.
Invece che misurare gli effetti sulla superficie direttamente da una nave, i MASINT radar, presenti in aeromobili o satelliti, possono dare misure migliori. Queste misure vengono poi trasmesse all'elaboratore di segnali acustici del vascello.

Sotto il ghiaccio

Per lo scopo di evitare collisioni e migliorare la propagazione acustica, un sottomarino ha bisogno di conoscere quanto si trova vicino al fondo del ghiaccio. ^[26] . Meno ovvia risulta la necessità di conoscere la struttura tridimensionale del ghiaccio, in quanto può accadere che i sottomarini debbano romperlo per lanciare missili, oppure per alzare un pilone contenente sensori elettronici, oppure per portarsi interamente in superficie. L'informazione tridimensionale del ghiaccio può inoltre rivelare al capitano del sottomarino quale grado di rischio c'è perché velivoli da guerra antisommergibile riescano a rilevarlo sotto il ghiaccio per poi attaccarlo.
Le tecniche allo stato dell'arte consistono nel fornire il sottomarino con una visualizzazione tridimensionale del ghiaccio sopra di esso: la parte inferiore (il fondo del ghiaccio) e la calotta superiore. Siccome il suono si propaga in modo diverso nell'acqua ghiacciata e nell'acqua liquida, il ghiaccio deve perciò essere considerato come un volume, al fine di interpretare la natura dei riverberi al suo interno.

Fondale

Un semplice e comune dispositivo per la misura di profondità è il US AN/UQN-4A. Sia la superficie che il fondo dell'acqua sono elementi riflettenti e disperdenti. Sebbene in molti casi, queste superfici possano essere pensate come perfettamente riflettenti, nella realtà ci sono interazioni complesse tra il movimento della superficie dell'acqua, le caratteristiche del fondale, la temperatura e la salinità, e altri fattori che rendono queste misurazioni difficoltose.
Questo dispositivo comunque non dà informazioni sulle caratteristiche del fondale. Al riguardo, le attività di pesca commerciale e gli scienziati del mare possiedono equipaggiamenti che sono ritenuti fondamentali nelle operazioni in bassi fondali.

Diagramma di un sonar a scansione laterale con sonda su torre; le sue performance, pur maggiori di quelle di un sonar multiraggio montato su nave, sono praticamente simili

Effetti biologici sulle Riflessioni del sonar

Un'ulteriore complicazione è data dalla presenza di bolle generate dal vento o da banchi di pesce vicini alla superficie del mare. ^[27] . Le bolle possono anche formare piume , che assorbono parte del suono sia incidente che disperso, nonché disperdere esse stesse parte del suono. ^[28] .

Questo problema è diverso dall'interferenza biologica causata dall'energia acustica generata dalle forme di vita marine, come i gemiti delle porpoises e altri cetacei, che viene captata dai ricevitori acustici. I marcatori associati ai generatori sonori biologici richiedono di essere differenziati rispetto a più mortali abitanti delle profondità. L'operazione di classificare i suoni biologici è un ottimo esempio di una procedura di MASINT acustica.

Mezzi da Combattimento di Superficie

Gli odierni mezzi di superficie che devono eseguire una missione ASW, hanno a disposizione una miriade di sistemi attivi, con schiere di sensori sia montate sullo scafo che a prua, protette dall'acqua da una cupola di gomma; un sonar a immersione a profondità variabile, e, specialmente su imbarcazioni più piccole, un generatore e ricevitore acustici fissi.
Molti vascelli, seppure non tutti, trasportano schiere passive montate su torre, o schiere attive/passive in combinazione. Ciò dipende dal rumore prodotto dal bersaglio, in quanto, nell'ambiente litoraneo si può avere un elevato rumore ambientale, contro la presenza di sottomarini ultrasilenziosi. Le imbarcazioni su cui sono installate schiere su torre, non possono eseguire manovre di repentino cambio di rotta. Specialmente quando sono montati i componenti attivi, le schiere possono essere considerate come sensori bi-statici o multi-statici, e si comportano in modo equivalente ai sonar ad apertura di sintesi (synthetic aperture sonar - SAS).
Per quanto riguarda le navi che lavorano in cooperazione con gli aeroplani, esse hanno bisogno di un collegamento di trasmissione dati con le boe sonore e con l'elaboratore di segnali a loro associato, a meno che l'aeroplano non contenga elevate capacità di elaborazione e perciò possa esso stesso inviare informazioni che possono essere direttamente acquisite da computer tattici e display militari.
Gli elaboratori di segnale analizzato non solo i dati, ma tengono costantemente sotto controllo le condizioni di propagazione. Il suddetto sensore è normalmente considerato come una parte di uno specifico sonar, ma la Marina degli Stati Uniti possiede un predittore separato di propagazione, chiamato AN/UYQ-25B(V), Sistema di Sonar "in situ" Stimatore (Sonar in situ Mode Assessment System - SIMAS).
I Classificatori ad Inseguimento di Eco (Echo Tracker Classifiers - ETC) sono componenti aggiuntivi, con un'evidente impostazione MASINT, agli esistenti sonar montati su nave in superficie ^[29] . L'ETC è un'applicazione di un sonar ad apertura di sintesi SAS. I SAS sono già utilizzati per la ricerca delle mine, ma possono aiutare i preesistenti mezzi di combattimento di superficie, così come imbarcazioni future e veicoli automatici di superficie (Unmanned Surface Vehicles - USV); inoltre possono rilevare minacce, come quelle derivanti da ultra silenziosi sottomarini a propulsione non-nucleare e non dipendente dall'aria come comburente, che sono fuori portata dei siluri. Si calcoli che, specialmente in acque basse, la portata dei siluri è considerata non più di circa 19 km (10 miglia marine).
I sonar attivi convenzionali possono risultare più efficaci rispetto alle schiere montate su torre, ma la poccola dimensione dei moderni sottomarini specifici per acque litorali, li rende delle minacce difficili da scoprire. Le conformazioni fortemente variabili del fondale, elementi biologici, e altri fattori, complicano il rilevamento del sonar. Se il bersaglio è in movimento lento o fermo in attesa sul fondale, esso produce poco, o totalmente nullo, effetto Doppler , che viene sfruttato dai sonar per riconoscere gli oggetti.
La misurazione attiva e continuativa delle tracce di tutti gli oggetti rilevati acusticamente, attraverso il riconoscimento dei marcatori specifici dell'oggetto, data dalle deviazioni dal rumore ambientale, dà comunque un'alta percentuale di falsi allarmi (False Alarm Rate - FAR), rispetto ai sonar convenzionali. L'elaborazione SAS, comunque, migliora la risoluzione, specialmente in misure di azimuth, attraverso il raggruppamento dei dati provenienti da impulsi multipli in un unico fascio di sintesi, che simula l'effetto di un ricevitore più grande.
I SAS orientati alla MASINT misurano le caratteristiche della forma ed eliminano gli oggetti rilevati acusticamente che non sono conformi ai marcatori associati alla minaccia nemica. Il rilevamento della forma è solo uno degli elementi che compongono un marcatore, che invece include anche la direzione ei dati Doppler, quando disponibili.

Boe sonore (sono-boe) attive fatte cadere in volo

Le sono-boe attive, che contengono un sonar trasmittente e ricevente, vengono rilasciate da velivoli ad ala fissa in pattugliamento marittimo (ad es. P-3 , Nimrod , Y-8 Cinese, varianti Russe e Indiane di Bear ASW), elicotteri antisommergibile, e velivoli antisommergibile su nave portaerei (ad es. S-3 ). Mentre sono stati fatti alcuni tentativi di impiegare altri velivoli come semplici trasportatori di sono-boe, l'opinione generale è che questi velivoli è più conveniente possano anche inviare comandi alle sono-boe, e poi ricevere, ed anche - fino ad un certo punto - elaborare, i segnali che essi rispondono.
Il Sistema di Sono-boe con Idrofono Direzionale Attivato su Comando (Directional Hydrophone Command Activated Sonobuoy System - DICASS), sia genera il suono, che lo ascolta. Un moderno modello di sono-boa attiva, come il AN/SSQ 963D, genera frequenze acustiche multiple.^[10] . Altre sono-boe attive, come il AN/SSQ 110B, generano piccole esplosioni per sfruttarle come sorgenti di energia acustica.

Sonar ad immersione aviotrasportati

Gli elicotteri antisommergibile possono trasportare una testata di sonar in immersione, attaccata all'estremità di un cavo, che l'elicottero può sollevare o immergere nell'acqua. L'elicottero normalmente immergerà il sonar quando deve provare a localizzare un sottomarino bersaglio, di solito in cooperazione con altre piattaforme ASW o con sono-boe. Invece, l'elicottero solleverà la testata dopo aver sganciato una bomba ASW, per evitare di danneggiare il sensore ricevente. Non tutte le varianti dello stesso tipo di elicottero portano sonar a immersione, anche se assegnate ad ASW; alcuni devono fare un compromesso tra peso del sonar e maggior capacità di portare sono-boe o armi.

Sonar ad immersione AN/AQS-13 sganciabile da un H-3 Sea King , usato da numerosi paesi e prodotto in Italia, Giappone, e Regno Unito

L'elicottero EH101, usato da una serie di nazioni, ha una variante per i sonar ad immersione. La versione in uso alla Marina Reale Britannica ha un sonar Ferranti / Thomson-CSF , mentre la versione Italiana usa il HELRAS. L'elicottero russo Ka-25 trasporta sonar ad immersione, così come l'elicottero US LAMPS SH-60 , che trasporta un sonar ad immersione AQS-13F, più un elaboratore AN/SQQ-28(V)10 per le sono-boe attive che esso sgancia.

Vascelli di Sorveglianza con tecnologia Attiva in Bassa frequenza

Gli ultimi sistemi con tecnologia Attiva in Bassa frequenza (Low-Frequency Active - LFA) hanno sollevato controversie, in quanto le loro elevatissime pressioni sonore possono essere pericolose per le balene ed altre forme di vita marina ^[30] . È stata presa la decisione di impiegare gli LFA sui vascelli SURTASS, dopo una valutazione di impatto ambientale che indicava che, se gli LFA venivano usati con livelli di potenza ridotti in determinate aree ad alto rischio per la vita marina, essi sarebbero sicuri quando usati da una nave in movimento. Il movimento della nave e la variabilità del segnale LFA limiterebbe l'esposizione al rischio per i singoli animali marini ^[31] . Un LFA opera nella banda acustica di bassa frequenza di 100–500 Hz. È formato da un componente attivo, per l'appunto LFA, e dalla schiera di idrofoni passivi SURTASS. "Il componente attivo del sistema, il LFA, è un gruppo di 18 elementi, detti proiettori, ognuno è una sorgente di emissione acustica in bassa frequenza, e sono sospesi tramite un cavo al di sotto di un vascello oceanografico di sorveglianza, come il Research Vessel (R/V) Cory Chouest, USNS Impeccable (T-AGOS 23), e il Victorious class (TAGOS 19 class)."
"Il livello di emissione di un singolo proiettore è 215dB. Questi proiettori producono il segnale attivo del sonar, detto "ping". Un singolo ping, o trasmissione, ha una durata tra 6 e 100 secondi. L'intervallo di tempo tra singole trasmissioni è normalmente tra 6 e 15 minuti, con una trasmissione media di 60 secondi. Il duty cycle medio (rapporto tra il tempo di suono attivo e tempo totale) è meno del 20%. Il duty cycle tipico, basato su parametri storici (2003-2007) è di solito tra 7,5% e 10%."
Il segnale "... non è un tono continuo, piuttosto una trasmissione di forme d'onda che variano in frequenza e durata. La durata di ogni trasmissione di suono in frequenza continua è di solito di 10 secondi o meno. I segnali risultano forti alla sorgente, ma il loro livello diminuisce rapidamente dopo il primo kilometro."

Sensori Acustici Attivi per Sottomarini

Il sonar tattico attivo principale di un sottomarino è posizionato a prua, coperto da una cupola protettiva. I sottomarini in mare aperto usano sistemi attivi come il AN/SQS-26; è stato sviluppato pure il AN/SQS-53, ma era progettato per zone di convergenza e ambienti su cui eseguire un singolo test sul fondale.
I sottomarini che operano nell'Artico hanno inoltre dei sonar specializzati per le operazioni sotto il ghiaccio; questi sonar si possono pensare come dei misuratori di profondità al contrario.
I sottomarini possono anche avere sonar per la ricerca delle mine. Sfruttando le misurazioni per discriminare tra marcatori di elementi biologici e marcatori di altri oggetti che potrebbero affondare per sempre il sottomarino è, come si può immaginare, un'applicazione MASINT altamente critica.

Sensori Acustici Attivi per Ricerca di Mine

I sonar, ottimizzati per rilevare oggetti della dimensione e della forma di una mina, possono essere trasportati da sottomarini, da veicoli manovrati da remoto, da vascelli di superficie (spesso montati su un albero o attaccati a un cavo) o da elicotteri specializzati.
Il tipico rilievo dato finora allo sminamento, che consiste nel far detonare sparando contro la mina dopo averla svuotata della sua miscela esplodente, è stato sostituito dal sistema di neutralizzazione di mine AN/SLQ-48(V)2 con il veicolo (MNS)AN/SLQ-48, manovrato da remoto. Questo fa un buon lavoro nel disinnescare le mine in acque profonde, piazzando cariche esplosive sulla mina e/o sulla sua miscela esplodente. Il AN/SLQ-48 non è valido invece per le acque basse: esso tende ad essere sottoalimentato e può lasciare sul fondale la sua carica esplodente, che in seguito può essere scambiata per una mina nemica dai sonar nonché esplodere se sollecitata da un impatto adeguato.

Rilevazione acustica di grandi esplosioni

Un insieme di sensori sincronizzati temporalmente possono fornire una caratterizzazione di esplosioni convenzionali o nucleari. Uno studio pilota, è costituito dal Radio-interferometro attivo per la Sorveglianza delle Esplosioni (Active Radio Interferometer for Explosion Surveillance - ARIES). Questa tecnica implementa un sistema operativo di monitoraggio delle onde di pressione nella ionosfera, risultanti dagli effetti di esplosivi chimici o nucleari sulla superficie terrestre o in atmosfera. Le esplosioni producono onde di pressione che possono essere rilevate misurando le variazioni di fase tra i segnali generati da stazioni di terra attraverso due diversi percorsi verso un satellite. ^[21] Questa è una versione più moderna, su più larga scala, delle misurazioni sonore nella Prima Guerra Mondiale.
Come succede per molti sensori, l'ARIES può essere usato per altri scopi. Sono state instaurate delle collaborazioni con il Centro previsioni meteorologiche per le missioni spaziali, per usare i dati dell'ARIES per le misurazioni del contenuto totale di elettroni su scala mondiale, e con la comunità meteorologica e per la salvaguardia ambientale globale, per monitorare i cambiamenti climatici del globo attraverso le misurazioni del contenuto di vapore acqueo nella troposfera, e dalla comunità per la fisica generale della ionosfera per studiare lo spostamento dei disturbi ionosferici ^[32] .

I sensori posti abbastanza vicini a un evento nucleare, oa un test di forte esplosione per la simulazione di un'esplosione nucleare, possono rilevare con l'utilizzo di metodi acustici la pressione prodotta dalla detonazione. Questi comprendono microbarografi a infrasuoni (sensori di pressione acustica) che rilevano onde sonore a bassissima frequenza nell'atmosfera, prodotte da eventi naturali o causati dall'uomo.
Molto simili ai microbarografi, ma che rilevano onde di pressione nell'acqua, sono i sensori idro-acustici, che possono essere sia microfoni sott'acqua che sensori sismici per il rilevamento dello spostamento di isole.

MASINT Sismica

Il Manuale di Campo 2-0 dell'Esercito degli Stati Uniti, definisce l'intelligence sismica come "La registrazione passiva e la misurazione di onde sismiche o vibrazioni nella superficie terrestre." ^[1] Una delle applicazioni strategiche dell'intelligence sismica, fa uso della scienza della sismologia per localizzare e caratterizzare i test nucleari, specialmente quelli sotterranei. I sensori sismici possono inoltre caratterizzare grandi esplosioni convenzionali che sono impiegate per il test dei componenti altamente esplosivi delle armi nucleari. L'intelligence sismica può inoltre aiutare a localizzare l'attività correlata alla costruzione di grandi strutture sotterranee.

Dato che molte aree del globo hanno una grande quantità di attività sismica naturale, la MASINT sismica deve essere considerata come un'attività di lungo termine, al fine eseguire misurazioni continue, anche in tempo di pace, così che i marcatori degli eventi sismici naturali sono noti prima che sia necessario analizzare le variazioni da questi marcatori, che sono ritenuti stabili, per scoprire eventi sismici bellici generati dall'uomo.

MASINT Sismica Strategica

Ai fini del rilevamento di test nucleari, l'intelligence sismica è limitata dal "principio di soglia" coniato nel 1960 da George Kistiakowsky , il quale stabilì che, mentre la tecnologia del rilevamento continua a migliorare, ci sarà una soglia sotto la quale le piccole esplosioni non possono essere rilevate. ^[33] .

MASINT Sismica Tattica

Il sensore più comune nel periodo della guerra in Vietnam, facente parte della serie di sensori remoti "McNamara", fu il ADSID (Air-Delivered Seismic Intrusion Detector - Rilevatore Sismico di Intrusione portato da aereo), che era sensibile ai movimenti del terreno per rilevare persone e veicoli. Assomigliava allo Spikebuoy, eccetto che era più piccolo e leggero (lunghezza circa 80 cm, peso circa 11 kg). La sfida per i sensori sismici (e per gli analisti) era non tanto rilevare persone e automezzi, quanto "separare i falsi allarmi generati da vento, tuoni, pioggia, tremori terrestri, e animali, specialmente rane." ^[22]

MASINT di Vibrazione

Questa sottodisciplina è chiamata anche "MASINT piezoelettrica , a causa del sensore usato più spesso per percepire vibrazioni, anche se i sensori di vibrazione non devono essere necessariamente piezoelettrici. Si noti che alcune trattazioni classificano i sensori sismici e di vibrazione come un sottoinsieme della MASINT acustica. Altre possibili varianti di sensori possono essere a bobina mobile o ad onda acustica superficiale. ^[34] . Le vibrazioni, intese come forma di energia geofisica da rilevare, hanno delle similitudini con la #MASINT Acustica e la #MASINT Sismica , ma hanno anche differenze distintive che li rendono utili specialmente come sensori di suolo non presidiati (Unattended Ground Sensors - UGS). Nelle applicazioni UGS, un vantaggio dei sensori piezoelettrici consiste nel fatto che essi generano elettricità quando stimolati, piuttosto che consumarne: una considerazione importante per i sensori remoti, la cui durata di funzionamento è determinata dalla capacità della loro batteria.

Mentre i segnali acustici in mare viaggiano attraverso l'acqua, sulla terra essi possono essere considerati come provenire attraverso l'aria. Le vibrazioni su terra comunque, sono condotte attraverso un mezzo solido; esse contengono frequenze più alte, e ciò è una caratteristica dei segnali sismici.

Un tipico sensore, il sensore di vibrazione Thales MA2772, è un cavo piezoelettrico, interrato poco profondamente sotto la superficie del suolo, ed esteso per 750 metri. Sono disponibili due varianti, una versione ad alta sensibilità per il rilevamento di persone, e una a minore sensibilità per rilevare veicoli. Utilizzando due o più sensori si riesce a determinare la direzione del movimento, valutando la sequenza in cui i sensori scattano.

Oltre ad essere interrati, i sensori sotto forma di cavo possono anche essere usati come elemento di una recinzione ad alta sicurezza ^[35] . Essi possono essere incassati nei muri o in altre strutture che necessitano essere protette.

MASINT Magnetica

Il magnetometro è uno strumento scientifico usato per misurare la forza e/o la direzione del campo magnetico presente nelle vicinanze dello strumento. Le misurazioni che essi compiono possono essere confrontate con i marcatori associati a veicoli su terreno, a sottomarini sott'acqua, e ad attività atmosferica di propagazione radio. Essi si presentano in due tipologie di base:

• magnetometri scalari , che misurano la forza totale del campo magnetico in cui sono immersi
• magnetometri vettoriali , che hanno la capacità di misurare la componente del campo magnetico in una certa

direzione.

Il magnetismo terrestre varia da luogo a luogo, e le differenze nel campo magnetico terrestre (la magnetosfera) possono essere dovute a due fattori:

• la differente natura delle rocce
• l'interazione tra le particelle cariche, provenienti dal Sole, e la magnetosfera

I metal detector sfruttano il principio dell'induzione magnetica per rilevare i metalli. Essi possono inoltre determinare i cambiamenti nei campi magnetici preesistenti, causati da oggetti metallici.

Indicatori a Spira Magnetica per il Rilevamento di Sottomarini

Uno dei primi mezzi per rilevare sottomarini in immersione, installati per primi dalla Marina Reale Britannica nel 1914, consistette nell'effetto dovuto al loro passaggio sopra un indicatore a spira magnetica anti-sommergibile, posta sul fondo di una massa d'acqua. Un oggetto di metallo che passava sopra di essa, come un sottomarino, aveva abbastanza forza magnetica, anche se era stato prima sottoposto a degauss (smagnetizzazione), per indurre una corrente elettrica sul filo di cui era costituita la spira. ^[36] In questo caso, il movimento del sottomarino, fatto di metallo, attraverso la spira indicatrice, funziona come un oscillatore, producendo corrente elettrica.

MAD

Un rilevatore di anomalie magnetiche (magnetic anomaly detector - MAD) è uno strumento usato per percepire minuscole variazioni nel campo magnetico terrestre. Il termine si riferisce specificatamente ai magnetometri usati dalle forze militari per rilevare sottomarini (una massa di materiale ferromagnetico crea nel campo magnetico una perturbazione misurabile). I MAD furono impiegati inizialmente per scoprire sottomarini durante la Seconda Guerra Mondiale. Gli apparecchi MAD furono usati dalle forze anti-sommergibile sia Giapponesi che Statunitensi, sia portate su torri dalle navi oppure montate su aeromobili, per scoprire sottomarini nemici in immersione poco profonda. Dopo la guerra, la Marina militare USA continuò a sviluppare i dispositivi MAD in parallelo con le tecnologie di rilevamento a sonar.

Per ridurre le interferenze dovute a apparecchiature elettriche oppure al metallo della fusoliera degli aerei, il sensore MAD è posizionato all'estremità di un lungo supporto o su una torretta aerodinamica. Anche così, il sottomarino deve essere molto vicino alla posizione dell'aereo e accostato alla superficie del mare, affinché si riesca a captare un cambiamento o un'anomalia. La distanza in cui poter effettuare la rilevazione è di solito correlata alla distanza tra il sensore e il sottomarino; un altro elemento determinante è la stazza e la composizione dello scafo. I dispositivi MAD sono usualmente montati su aeromobili

Supporto posteriore con MAD su un P-3C

L'elicottero SH-60B Seahawk trasporta una schiera di MAD posti su una torretta di colore arancione, conosciuta come 'MAD bird', visto dalla poppa della fusoliera.

oppure elicotteri.

C'è una scarsa comprensione del meccanismo di rilevamento dei sottomarini in acqua, utilizzando il sistema di MAD su supporto. La variazione del momento magnetico è evidentemente la maggiore fonte di perturbazione, ma nonostante questo i sottomarini sono rilevabili anche quando sono orientati parallelamente al campo magnetico terrestre, pure se sono costruiti con scafi in materiale non-ferromagnetico.

Ad esempio, i sottomarini Sovietici-Russi di classe Alfa furono costruiti in titanio. Questo materiale forte e leggero, così come un sistema unico di propulsione nucleare, permisero al sottomarino di superare i record di velocità e profondità tra le imbarcazioni operative. Si pensava che il titanio, materiale non ferroso, avrebbe ingannato i sensori magnetici ASW, ma ciò non accadde con i MAD. Questi sensori non captano direttamente le deviazioni del campo magnetico terrestre, piuttosto essi possono essere descritti come schiere di rilevatori a lungo raggio di campo elettromagnetico, di grande sensibilità.

Un campo elettrico viene generato quando dei conduttori sono sottoposti a variazioni delle condizioni fisiche ambientali, supponendo che essi sono contigui e dotati di massa sufficiente. Soprattutto negli scafi dei sottomarini, si verifica una differenza di temperatura misurabile tra il fondo e la sommità, che provoca un'associata differenza di salinità, dato che quest'ultima è correlata alla temperatura dell'acqua. A sua volta, la differenza di salinità crea un potenziale elettrico attraverso lo scafo. Di conseguenza fluisce una minima corrente elettrica, localizzata sullo scafo tra le lamine di acqua salata marina, separate in temperatura e profondità. Il campo elettrico dinamico risultante si associa a un campo elettromagnetico, e alla fine anche uno scafo in titanio diviene rilevabile da uno strumento MAD, e pure anche una nave, sempre per le stesse ragioni.

Rilevatori di veicoli

Il Sistema di sorveglianza in campo di battaglia posizionato remotamente (Remotely Emplaced Battlefield Surveillance System - REMBASS) è un programma dell'Esercito USA per il rilevamento di presenza, velocità, e direzione di oggetti in ferro, come ad esempio i carri armati. Accoppiati con sensori acustici che riconoscono i marcatori sonori dei carri armati, essi dimostrano grande accuratezza. Essi raccolgono inoltre dati meteorologici ^[37] .

Il sensore REMBASS migliorato AN/GSQ-187 (Improved Remote Battlefield Sensor System - I-REMBASS) dell'Esercito USA, comprende sia rilevatori di intrusione solo magnetici, che combinati infrarosso passivo + magnetico. Il sensore magnetico piazzabile a mano DT-561/GSQ "rileva veicoli (cingolati o su ruote) e persone che trasportano metallo ferroso. Essi inoltre forniscono informazioni su cui basarsi per conteggiare gli oggetti che passano nella sua zona di influenza e ne riportano la direzione di spostamento, correlata alla loro posizione." Il registratore utilizza due differenti sensori (magnetico e infrarosso) ei loro codici di identificazione per determinare la direzione dello spostamento. ^[23]

Detonatori magnetici e contromisure

Gli attuali sensori magnetici, ben più sofisticati delle primitive spire a induzione, possono far scattare l'esplosione di mine o siluri. Già nella Seconda Guerra Mondiale, gli Stati Uniti cercarono di spingere la tecnologia dei detonatori magnetici per siluri, molto più in là dei limiti di quel periodo, al punto di doverne bloccare l'uso a causa del rischio, per poi lavorare sulle altrettanto inaffidabili spolette a contatto, il tutto per rendere i siluri qualcosa più di uno stupido oggetto che si schiantava sugli scafi.

Dato che l'acqua è un materiale incomprimibile, un'esplosione che avviene sotto la carena di un'imbarcazione è molto più distruttiva di una a pelo d'acqua. I progettisti di siluri e mine studiano come posizionare l'esplosione in questo punto vulnerabile, mentre i progettisti delle contromisure cercano di nascondere i marcatori magnetici che identificano l'imbarcazione. I marcatori sono in questo caso molto importanti, dato che le mine possono essere rese selettive per le sole navi da guerra, visto che è improbabile che le navi mercantili siano rinforzate contro le esplosioni sottacqua, oppure rese selettive per sottomarini.

Una semplice contromisura, cominciata nella Seconda Guerra Mondiale, fu l'operazione di degaussing, ma comunque è impossibile rimuovere tutti gli effetti magnetici di imbarcazioni o sottomarini.

Rilevazione di mine terrestri

Spesso le mine terrestri contengono abbastanza materiali ferrosi da essere rilevabili con sensori magnetici appropriati. Le mine più sofisticate, comunque, riescono anche a percepire l'effetto dell'oscillatore del metal-detector, e, sotto condizioni preprogrammate, esplodere per intimorire il personale che esegue lo sminamento.

Il Foerster Minex 2FD 4.500 Metal detector utilizzato dall' Esercito Francese .

Non tutte le mine terrestri contengono abbastanza metallo da far attivare un rilevatore magnetico. Mentre sfortunatamente il maggior numero di campi minati non mappati risulta in zone del mondo che non possono permettersi le alte tecnologie necessarie, un certo numero di sensori MASINT possono risultare utili allo sminamento. Questi includono i radar per la mappatura del suolo, le immagini multispettrali e termiche, e forse i radar ad apertura di sintesi, per rilevare i punti del suolo che presentano disuniformità.

MASINT Gravitimetrico

Gli studenti di fisica delle scuole superiori imparano che il valore della gravità è di 9.8 m/s ² , oltre che imparare che l'equazione di Newton prevede che la gravità è in funzione della massa. Avendo a disposizione una strumentazione sufficientemente sensibile, è possibile rilevare variazioni nella gravità derivanti dalle densità differenti dei materiali naturali: il valore della gravità risulterà maggiore sulla sommità di un monolite di granito, che non su una spiaggia sabbiosa. Sempre con la strumentazione suddetta, è possibile rilevare differenze gravitazionali tra rocce integre e rocce scavate per edifici nascosti.

Il documento "Streland 2003" puntualizza come la strumentazione debba essere sensibile: le variazioni della forza di gravità sulla superficie terrestre risultano dell'ordine di 10 ⁻⁶ sul valore medio. Un rilevatore gravitimetrico di edifici interrati, per essere efficace, dovrebbe essere in grado di misurare "meno di un milionesimo della forza che causò la caduta della mela sulla testa di Sir Isaac Newton." Nella pratica, il sensore dovrebbe essere utilizzabile anche in movimento, per la misurazione dei cambiamenti di gravità tra diverse località. Questo cambiamento associato alla distanza è chiamato "gradiente di gravità", che viene misurato con uno strumento chiamato "gradiometro di gravità". ^[5]

Lo sviluppo di un gradiometro di gravità, realmente operativo e utilizzabile, è una sfida tecnica di grande portata. Un tipo, il gradiometro superconduttore a interferenza quantistica ( SQUID - Superconducting Quantum Interference Device), riesce ad ottenere una sensibilità adeguata, ma richiede un estremo raffreddamento criogenico, pure nello spazio, il che si configura come un'impresa logistica sovrumana. Un'altra tecnica, molto più pratica dal punto di vista operativo, è la tecnica sperimentale di analisi climatica e gravitazionale (Gravity Recovery and Climate Experiment - GRACE) che attualmente utilizza il radar per misurare la distanza tra una coppia di satelliti, la cui orbita cambia in base alla gravità. La sostituzione del radar con il LASER, potrebbe rendere il GRACE più sensibile, ma probabilmente non abbastanza.

Una tecnica più promettente, suppur ancora in laboratorio, è la gradiometria quantistica, che è un'estensione delle tecniche usate con gli orologi atomici, specificatamente quelli usati nei GPS. Gli orologi atomici più comuni misurano i cambiamenti delle onde atomiche nel tempo invece che i cambiamenti spaziali misurati in un gradiometro quantistico di gravità. Un vantaggio di usare il GRACE nei satelliti è che le misure possono essere fatte da numerosi punti di vista in vari momenti, con un miglioramento ottenibile dai radar ad apertura di sintesi e dai sonar. Comunque, trovare strutture di origine umana profondamente interrate è un problema più complicato che non quello dato dall'obiettivo di trovare depositi minerali o correnti oceaniche.

Per rendere tutto ciò realizzabile operativamente, ci dovrebbe essere un sistema di lancio per mettere in orbita polare dei satelliti piuttosto pesanti, e il maggior numero possibile di stazioni terrestri per ridurre la necessità di grandi capacità di memorizzazione per i dati che i sensori producono. Infine, deve esserci un modo per convertire le misure in una forma tale che può essere confrontata tra i marcatori disponibili nei data base geodetici. Questi data base richiederebbero un importante miglioramento, a partire dai dati misurati, per divenire sufficientemente precisi in modo che i marcatori di una costruzione interrata verrebbero ben evidenziati.

Note

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