Imagens mais nítidas, mais sensores – a vigilância litorânea está adicionando novos ângulos ao seu campo de visão.
Os sistemas de imagens eletro-ópticas e infravermelhas (EO/IR) são uma parte essencial de qualquer sistema de vigilância projetado para monitorar as regiões litorâneas do mundo. O equipamento EO/IR forma uma parte das capacidades mais amplas de inteligência, vigilância e reconhecimento (ISR) em áreas costeiras e ilhas que incluem radar, imagens de satélite e outros dispositivos de detecção.
Os sensores EO/IR são importantes porque detectam luz refletida irradiada no espectro eletromagnético, incluindo faixas além do espectro visível, produzindo imagens de alta resolução em tempo real.
Comparados ao radar e às imagens de satélite, os sistemas EO/IR têm alcance mais curto, mas fornecem uma imagem muito mais detalhada de um objeto. Isso pode dar o nível de detalhes necessário para dar suporte à tomada de decisões e fornecer dados suficientes para identificação e classificação precisas do alvo.
Além disso, EO/IR é passivo ao detectar radiação, dando uma opção furtiva para vigilância. Enquanto isso, enquanto o radar oferece detecção de longo alcance, ele geralmente é ativo, emitindo um sinal de radiofrequência e detectando os retornos. Isso significa que os sinais de radar podem ser detectados pelo alvo. Outros sensores, como satélites de imagem óptica, não conseguem ver através das nuvens, o que significa que são limitados em condições climáticas adversas.
Os sistemas EO/IR reúnem informações usando um conjunto avançado de câmeras para produzir imagens de alta resolução, seja de dia ou de noite. Essas câmeras geralmente são colocadas dentro de um gimbal mecânico giratório ou um sistema de pan/tilt que tem janelas através das quais as câmeras podem ver. O gimbal ou sistema de pan/tilt pode girar 360 graus para permitir que a câmera escaneie seu campo de visão e pode ser direcionado para focar em áreas específicas de interesse. Os gimbals também fornecem estabilidade e proteção para as câmeras.
A estabilidade é importante, pois os gimbals podem ser montados em aeronaves que se movem em alta velocidade pelo ar ou em embarcações navais na superfície da água. A estabilização garante que o gimbal possa permanecer direcionado ao alvo e fornecer imagens claras que não sejam borradas, apesar de qualquer trepidação ou movimento da plataforma. A proteção é necessária para garantir que a câmera não seja danificada pelas condições do ambiente marítimo com entrada de sal e água.
Guarda Costeira
O uso de sistemas EO/IR em áreas costeiras apresenta desafios relacionados à dispersão e absorção atmosférica que podem produzir imagens borradas de alvos devido à radiação refletida e à atmosfera absorvendo alguma energia enquanto permite que outros comprimentos de onda passem. No espectro IR, há uma necessidade de garantir um contraste térmico entre o alvo e o fundo. Como em todos os sistemas de imagem IR, as emissões de temperatura do alvo, como dos motores e outros sistemas, são decisivas para a geração de assinatura do alvo.
Alexander Ogger, gerente de comunicações da Hensoldt, uma empresa alemã de soluções de sensores, disse RAM: “O desafio mais crítico para sistemas EO/IR sob essas condições é o desempenho de alcance com base em resolução suficiente e estabilidade da linha de visão com base no desempenho de estabilização do sistema EO/IR, compensando todos os movimentos da plataforma do sistema.”
Ele disse que a Hensoldt está enfrentando esses desafios integrando tecnologias de detectores de última geração e matrizes de plano focal (FPA) em seus sistemas EO/IR.
“Isso inclui a integração de imagens multiespectrais do ultravioleta (UV) sobre o visível (VIS) para a faixa espectral do infravermelho térmico (IR), processamento avançado de sinais e mecanismos de estabilização para melhorar o desempenho de seus sistemas ao operar em terra, no mar ou no ar em ambientes costeiros”, ele disse, “Além disso, o objetivo hoje já é mesclar as informações geradas a partir dos dados de imagem o mais rápido possível e mostrar ao operador opções apropriadas para ação. O software é, portanto, a chave para utilizar o hardware já excelente de forma ainda melhor e mais eficiente.”
O tamanho de um sistema EO/IR ditará quais câmeras e capacidades adicionais podem ser encaixadas dentro dele. Quanto maior o gimbal, mais sofisticado ele pode ser e oferecer alcances maiores com melhor resolução.
Mark Garland, diretor de qualidade da Teledyne-FLIR, uma empresa de sistemas de sensores dos EUA, disse RAM: “Quanto maior o gimbal, maiores as ópticas e os geradores de imagens ou mais sistemas podem ser colocados no gimbal.”
Ele explicou que um sistema EO/IR, no mínimo, geralmente terá uma câmera colorida visível e de baixa luminosidade e a câmera térmica para fornecer recursos diurnos e noturnos. Conforme o tamanho do gimbal aumenta, a ótica e os arranjos de plano focal dessas câmeras podem ser maiores para aumentar a resolução de pixels, ou câmeras adicionais ou telêmetros a laser podem ser incluídos.
Entretanto, nem todas as embarcações aéreas ou de superfície podem hospedar grandes sistemas EO/IR pesados, que exigirão mais tamanho, peso e potência (SWaP) para operar e se tornarão mais caros para comprar.
“O valor dos sistemas EO/IR no ambiente litorâneo começa com a distância de stand-off. A capacidade de observar, vigiar e interrogar um objeto ou ameaça potencial à distância”, disse Garland, “então se torna sobre o tamanho do barco e quão grande um sistema pode ser instalado e qual sistema é acessível para a embarcação.”
Por exemplo, um barco inflável de casco rígido (RHIB) ou outra embarcação pequena só pode suportar um peso de carga útil limitado, especialmente se posicionado em um mastro fixo ou telescópico bem acima do convés. Portanto, é necessário um trade-off para tentar obter a capacidade máxima em gimbals menores na janela de preço certa que pode ser instalada nessas plataformas menores. Isso significa que as empresas geralmente oferecem uma gama de sistemas EO/IR que melhor complementam a plataforma e a função da embarcação.
Isso se reflete na oferta de produtos EO/IR escaláveis da Teledyne-FLIR. Seu SeaFLIR está disponível em tamanhos diferentes, começando com o 230 e 240, depois 280 e superiores. A cada iteração, o tamanho do gimbal aumenta e capacidades adicionais podem ser adicionadas. No SeaFLIR 280, uma câmera adicional chamada ‘spotter’ foi instalada, que pode ser uma câmera IR de onda curta que complementa a onda média. Gimbals maiores como o 380 terão um quarto gerador de imagens, como uma onda longa ou um segundo tipo de onda média; ou uma onda média, onda curta e onda longa.
Mas há um limite físico para o quão grande um sistema EO/IR pode ser. Tudo se resume ao tamanho do FPA, pois a densidade de pixels não pode ficar mais compacta e está próxima da saturação. O elemento de vidro óptico também atingiu seu limite em termos científicos. Uma óptica e um FPA só podem ser tão grandes dentro de um gimbal, mas há outras melhorias tecnológicas no sistema mecânico e com a miniaturização de peças e redução de peso de novos materiais que podem oferecer algumas melhorias de capacidade.
Garland disse que o desenvolvimento do sistema SeaFire 240 começou em 2019 e está no mercado desde 2022. Com 11 polegadas de diâmetro, o gimbal é ligeiramente maior do que o diâmetro de nove polegadas do gimbal SeaFire 230 anterior. Mas os aprimoramentos tecnológicos significam que a capacidade da bola de 11 polegadas agora pode ser empacotada na de nove polegadas, oferecendo ao operador a opção de um sistema com requisitos menores de tamanho, peso e potência para barcos menores, mas com a capacidade de um sistema maior.
No entanto, outras melhorias na capacidade de EO/IR virão do processamento mais rápido dos dados e da maneira como o sistema EO/IR pode se integrar a outros sensores ISR para acelerar a tomada de decisões.
Classificação automática significa que o sensor EO/IR pode separar uma bóia, RHIB, barco, veleiro e petroleiro em diferentes conjuntos, bem como detectar humanos na costa ou veículos aéreos não tripulados (UAVs) no ar. Ele também pode reunir dados mais dinâmicos, incluindo trajetória, tamanho e forma, velocidade, dados AIS de uma embarcação e sinalizar se um alvo é amigo ou inimigo.
Interpretação de IA e ML
A cooperação entre sensores também é importante. Um radar pode dizer ao sistema EO/IR que ele tem um contato em um certo grau e direcionar o gimbal EO/IR para apontar naquela direção para obter uma visão completa do objeto. O radar está se tornando mais avançado com recursos de reconhecimento de alvo assistido (ATR) que podem analisar as assinaturas recebidas e identificar um objeto como um barco. No futuro, a Inteligência Artificial (IA) e o Aprendizado de Máquina (ML) podem até ajudar o ATR a classificar as assinaturas, se forem fortes o suficiente, para classificar o tipo de barco.
Mas IA e ML também são usados para aprimorar sistemas EO/IR como uma forma de dar aos operadores mais informações sobre um alvo na tela mais rápido, bem antes que o olho humano possa identificá-lo. Isso ajudará a gerenciar as quantidades de dados, melhorar a fidelidade e a precisão, melhorar as resoluções, bem como acelerar o processamento e a integração com outros sistemas.
Detecção, reconhecimento e identificação (DRI) foi o foco dos esforços tecnológicos para modelar matematicamente e aprimorar os sistemas EO/IR para que pudessem detectar uma embarcação de um tamanho específico a uma distância específica sob um conjunto de condições atmosféricas.
Isso permite que os operadores ajustem o produto certo aos seus requisitos operacionais. Por exemplo, se uma embarcação naval não quiser que uma ameaça potencial esteja mais próxima do que 2,7 milhas náuticas (5 km), ela precisará de um gimbal EO/IR de determinado tamanho que possa ajudar a conduzir DRI em distâncias superiores a isso e evitar riscos à plataforma.
“Hoje, estamos levando o DRI para o reino da IA de processamento de imagens e fazendo o processamento na borda em tempo real, construindo essa capacidade diretamente no gimbal”, disse Garland. “Isso significa que você não precisa pegar o vídeo, alimentá-lo em um computador secundário e esperar pelo processamento – isso pode ser apenas uma segunda latência, mas qualquer latência é crítica no teatro de operações.”
Isso exigiria mais CPU e GPU com sistemas de energia e resfriamento associados no gimbal, aumentando as complexidades da troca por espaço dentro do sistema e só é realmente possível em gimbals maiores. No entanto, com o desenvolvimento tecnológico, é apenas uma questão de tempo até que essa capacidade se espalhe e os sistemas de processamento instalados em gimbals maiores possam ser instalados em menores em breve. Isso fornecerá latência reduzida em todos os sistemas EO/IR.
Se os alvos puderem ser detectados de mais longe, isso dará mais tempo para os operadores reagirem e responderem. O operador com a capacidade de fazer DRI na capacidade de detecção de maior alcance tem a vantagem estratégica. Ser capaz de fazer isso passivamente oferece proteção adicional se o elemento de visão não for detectável por um adversário. Não se trata mais de ser capaz de navegar mais rápido com um barco ou voar mais rápido com a aeronave – a superação da capacidade é fornecida pelos sistemas de bordo.
Com os sensores trabalhando juntos, a capacidade ATR também pode fazer com que o operador dê uma olhada em um alvo específico de preocupação e tenha uma capacidade de transferência de alvo e giro para armas que reduz a carga de trabalho do operador e reduz os tempos de resposta.
“Mas deve ser apreciado que, por mais que ATR e AI/ML transformem a indústria, ainda precisam ganhar confiança significativa”, disse Garland, “generais e almirantes reconhecem o valor, mas ainda precisam entender completamente a precisão e a probabilidade de que isso seja certo. É confiar na máquina versus confiar no humano e isso vai levar algum tempo.”
Esses tipos de capacidades são de particular importância em áreas contestadas, como o Mar da China Meridional, onde há uma necessidade aguda de capacidades ISR mais persistentes e tempos de reação mais rápidos para incursões através de fronteiras marítimas. Mas a capacidade de conduzir ISR e fornecer dados precisos sobre objetos e embarques está se tornando mais importante em toda a região Indo-Pacífico, onde o tráfico de drogas e a pesca ilegal não declarada e não regulamentada (IUU) são problemas crescentes.
Enquanto isso, mais sistemas não tripulados estão entrando em serviço tanto no ar quanto na superfície com plataformas de tamanhos diferentes. Eles usarão sistemas EO/IR como parte de um pacote de sensores e, dependendo do tamanho da plataforma, terão requisitos SWaP para uma carga útil específica.
Outras opções no futuro incluem equipes de Uncrewed Surface Vessels (USVs) que podem ser implantadas para se espalhar em uma formação de aranha. Cada uma terá um sistema EO/IR com a capacidade de se comunicar entre si. Durante a observação de seu setor, as USVs podem automaticamente fazer fila umas com as outras. outro para trazer capacidades de imagem adicionais de outras plataformas, se necessário. Essa capacidade de mesclar e tomar decisões mais estratégicas sobre a melhor forma de avaliar um alvo à distância é algo que deve se desenvolver rapidamente em um futuro próximo.
À medida que mais USVs e UAVs entrarem em serviço, isso significará uma expansão no uso de sistemas EO/IR, pois todos eles precisarão de recursos EOIR em rede como parte de sua solução de sensores.
Enquanto isso, o uso de imagens ópticas de satélite para vigilância litorânea também está aumentando em volume, à medida que o mercado vê novos participantes além das operadoras de satélite tradicionais.
Escrevendo no Revisão da Escola de Guerra Naval em 2021, Gregory Poling, pesquisador sênior e diretor do Programa do Sudeste Asiático e da Iniciativa de Transparência Marítima da Ásia no Centro de Estudos Estratégicos e Internacionais, declarou em seu artigo “Da órbita ao oceano – consertando a cegueira do sensoriamento remoto do Sudeste Asiático” que, nos últimos 15 anos, a queda nos preços de construção e lançamento de satélites reduziu o custo da coleta de imagens.
Ele citou duas categorias de provedores de imagens especializadas em conscientização do domínio marítimo. A primeira inclui Airbus, Maxar e ImageSat, que têm constelações relativamente pequenas de satélites grandes e caros com longa vida útil.
“Eles fornecem as imagens de mais alta resolução do mercado — em alguns casos, até 3 cm”, explicou Poling, mas que dependem de contratos governamentais. “Suas imagens podem fornecer um alto grau de detalhes sobre uma embarcação, tornando-os particularmente úteis na parte de identificação do MDA”, ele acrescentou, “mas suas constelações relativamente pequenas também tornam suas imagens caras e disponíveis apenas com pouca frequência”.
O segundo grupo está sendo liderado pelo PlanetLabs, que conta com uma constelação maior de satélites mais baratos e com vida útil mais curta, operando em órbita terrestre baixa (LEO).
“Suas resoluções máximas são geralmente mais baixas, dificultando a identificação de embarcações específicas, ou mesmo tipos de embarcações, mas suas constelações maiores permitem uma cobertura muito mais persistente de uma área a um custo menor”, escreveu Poling, “E à medida que seus satélites melhoram, eles estão fechando a lacuna de resolução rapidamente, sugerindo que em breve será possível obter cobertura persistente e resolução muito alta a baixo custo”.
Mas ele acrescentou: “No entanto, isso não consertará a maior limitação das imagens eletro-ópticas para MDA: o clima. Os satélites não conseguem tirar fotos através da cobertura de nuvens, e no Sudeste Asiático isso pode significar longos períodos de cegueira devido a tempestades.”
À medida que mais sistemas não tripulados se tornam parte integrante da missão de conscientização do domínio marítimo e o número de satélites em LEO aumenta nos próximos anos, os sistemas EO/IR se tornarão cada vez mais importantes como uma forma de fornecer imagens precisas em tempo real sobre alvos e objetos de interesse, melhorando a conscientização do domínio litorâneo.
por Tim Fish
