Sistema de Inteligencia de Imágenes de HENSOLDT para Submarinos Moderno

En este artículo se describen los últimos avances en sistemas optrónicos para submarinos modernos

Figura 1: Sensores montados en mástiles submarinos. Los instrumentos ópticos y optrónicos que recogen imágenes y vídeos ocupan un lugar destacado

En este artículo se describen los últimos avances en sistemas optrónicos para submarinos modernos y se explica cómo aportan una inteligencia de imágenes (IMINT) excepcional a los sistemas de gestión de combate submarino de última generación. Gracias a un software avanzado, los periscopios y mástiles optrónicos permiten a los operadores extraer información relevante y procesable de la gran cantidad de datos de imagen y vídeo, mejorando la eficacia, el conocimiento de la situación y la seguridad del buque.   

Los submarinos han sido durante mucho tiempo pilares de la estrategia marítima, fundamentales para la defensa nacional debido a su sigilo y a las potentes capacidades que pueden aportar. A medida que ha ido evolucionando su papel en las estrategias de defensa nacional, los submarinos se han diversificado. Algunos se han convertido en activos estratégicos especializados, como los submarinos nucleares armados con misiles balísticos y de crucero (SSBN y SSGN, respectivamente). La gran mayoría, tradicionalmente denominados «submarinos de ataque», ha desarrollado un perfil más diverso, pudiendo llevar a cabo una gran variedad de tareas, tanto en aguas disputadas como no disputadas. De hecho, la evolución y la creciente complejidad de las relaciones geopolíticas han exigido que los submarinos amplíen sus funciones tradicionales en la guerra antisubmarina y antisuperficie (ASW, ASuW), es decir, de cazadores/asesinos encargados de dañar o hundir otros buques de guerra. En las últimas décadas, se han desplegado cada vez con mayor frecuencia para la entrada y salida de fuerzas especiales, la denegación de acceso al mar, la recopilación de inteligencia, el reconocimiento costero, así como para operaciones de seguridad marítima (MSO), como la lucha contra el contrabando, el contraterrorismo marítimo, el patrullaje de zonas económicas exclusivas (ZEE) y la pesca. 

Las MSO modernas pueden requerir que un submarino pase la mayor parte del tiempo a profundidad de periscopio, recopilando inteligencia, realizando la vigilancia de un tramo de mar o reconociendo objetivos específicos (ISR). Aunque el papel de la acústica (sonares e hidrófonos) como sensores primarios de cualquier submarino es indiscutible, la necesidad de recopilar información procesable sobre las características de la superficie y las actividades en curso ha dado lugar a un aumento de la importancia de los sistemas ópticos y electromagnéticos. Estos dispositivos pueden proporcionar datos muy valiosos en forma de imágenes y vídeo (Inteligencia de Imágenes o IMINT) o como información sobre emisiones de radar y comunicaciones por radiofrecuencia (Inteligencia Electromagnética/Comunicaciones o ELINT/ COMINT).  

Los submarinos despliegan capacidades IMINT/ELINT, en forma de periscopios, mástiles optrónicos y varios tipos de antenas, a través de mástiles izables. Cada mástil actúa como una «sonda» en el dominio de la superficie, pero también obliga al submarino a comprometer su discreción, ya que puede ser localizado por radar, observación visual u otros medios. El despliegue de mástiles también obliga al submarino a operar a lo que tradicionalmente se denomina profundidad de periscopio, es decir, a unos 20 m de la superficie, donde la probabilidad de ser detectado aumenta considerablemente y existe la posibilidad de colisión con otros buques marítimos. Para preservar el sigilo de un submarino es necesario no sólo controlar estrictamente la forma y el tamaño de los sensores montados en el mástil, sino también reducir al mínimo el tiempo necesario para recopilar datos. Ambos factores constituyen un compromiso en términos de rendimiento global de los sensores. 

La compleja interacción entre el rendimiento y el sigilo deseado, así como la rápida evolución de las tecnologías, conforman el reto de suministrar sensores submarinos de vanguardia. A continuación describiremos la solución de HENSOLDT para sistemas IMINT submarinos, incluyendo mástiles optrónicos, periscopios y su sistema de soporte.  

IMINT submarino 

El papel principal de los submarinos en las misiones ISR es recopilar imágenes detalladas de inteligencia (fotografías y vídeos de alta resolución) que proporcionan la base de información para la estrategia militar y las decisiones tácticas. Los submarinos equipados con sistemas IMINT avanzados pueden llevar a cabo extensas operaciones de vigilancia, controlando de forma encubierta los movimientos del enemigo y recopilando datos críticos sobre objetivos marítimos y terrestres. Esta capacidad es vital para las estrategias de defensa preventiva, para mantener el conocimiento de la situación en zonas de conflicto y para garantizar la protección de las aguas de una nación. Para los submarinos, la observación del entorno de superficie está ligada no sólo a las tareas ya mencionadas, sino también a la seguridad del propio buque y a su capacidad para mantener una imagen precisa del entorno táctico local. Ser capaz de observar el entorno de superficie con rapidez y eficacia es crucial cuando se pasa de la inmersión a la profundidad de periscopio o cuando se sale a la superficie. La información visual puede ser inestimable para detectar o identificar amenazas que de otro modo se pasarían por alto o a las que no se asignaría la prioridad adecuada basándose únicamente en la información del sonar.

Figura 2: Espectro óptico relevante para el IMINT submarino. Los sistemas multiespectrales captan imágenes y vídeos mucho más allá de la luz visible. Los sistemas diurnos/nocturnos equipados con cámaras de luz visible e imágenes térmicas (tercera barra desde arriba) entran en esta categoría, pero el término se aplica normalmente a equipos con un ancho de banda operativo más amplio.

Los sistemas IMINT submarinos han evolucionado considerablemente desde los periscopios ópticos tradicionales, con varias plataformas que integran mástiles optoelectrónicos que no penetran en el casco o periscopios multisensor evolucionados como el SERO4x0 de HENSOLDT. Los requisitos de rendimiento también han aumentado: la resolución ultra alta y las imágenes multiespectrales, es decir, la capacidad de observar más allá del espectro visible, se han convertido en estándar para varias Armadas. Su aplicación requiere sensores complejos y a veces voluminosos, que van en contra de la exigencia de compacidad y sigilo de los mástiles submarinos. Este conflicto exige flexibilidad en el diseño de los productos, para que los usuarios finales puedan componer sus sistemas IMINT submarinos de la forma que mejor se adapte a sus necesidades y a su doctrina. 

 La gran cantidad de datos que estos modernos sensores IMINT producen rápidamente debe ser adecuadamente acondicionada, entregada al Sistema de Gestión de Combate (CMS) del submarino, y procesada para extraer información útil. Esto también permite la integración de sus resultados con datos de otras fuentes (fusión multi-INT) y mejora el proceso de toma de decisiones, proporcionando una imagen operativa completa. Además, las interfaces de control del IMINT deben ofrecer funciones de apoyo que preprocesen la información y reduzcan la carga mental de los operadores de sistemas tan complejos.

 Soluciones para submarinos

 HENSOLDT Optronics se basa en su largo legado en el suministro de óptica y optrónica para submarinos para desarrollar, probar y suministrar soluciones IMINT que respondan a los polifacéticos requisitos de las Armadas modernas y estén preparadas para operar dentro de un complejo sistema de sistemas a bordo de los submarinos modernos. Basándonos en la experiencia acumulada con más de 120 sistemas entregados a 23 Armadas clientes, construimos nuestros sistemas sobre tres pilares principales: sensores frontales potentes y diversificados, un back-end flexible que soporta la integración y capacidades de software avanzadas.

 Los ojos del submarino: Mástiles optrónicos y periscopios

Los sensores frontales del sistema de imágenes de un submarino son a la vez su característica más visible (y expuesta) y la que mejor lo define. La configuración de una carga útil que pueda funcionar en un mástil submarino debe conciliar el número deseado de sensores y su rendimiento con los requisitos SWaP-C (tamaño, peso y consumo de energía, además de coste), y con la necesidad siempre presente de una baja observabilidad. Abordar todas las posibles variaciones útiles con un único producto no sólo es inviable, sino que obligaría a las Armadas a aceptar compromisos paralizantes en términos de capacidades y flexibilidad. 

Figura 3: Cartera HENSOLDT de mástil optrónico no penetrante (izquierda) y periscopio penetrante multisensor con canal de cristal de visión directa. De izquierda a derecha: OMS150, OMS200, OMS300, SERO420 y 430, SERO250

Esta es la razón por la que HENSOLDT ha diversificado su cartera de mástiles optrónicos en una familia de productos relacionados, cada mástil enfatizando un aspecto deseable o expresando una mezcla de «lo mejor de ambos mundos». Nuestro OMS150 es un potente sistema de vigilancia multiespectral equipado con un impresionante conjunto de sensores de alta resolución, entre los que se incluyen una cámara UHD de luz diurna, una cámara dedicada de nivel de luz bajo (LLLTV), una cámara termográfica HD y una cámara de infrarrojos de onda corta (SWIR). Sus grandes ventanales se han diseñado para captar la mayor cantidad de luz posible y aprovechar al máximo los sensores de alto rendimiento. En el otro extremo de nuestra cartera, el OMS300 está diseñado para una observabilidad mínima (Ultra-Low Profile - ULP). Su menor diámetro permite una carga útil reducida, que sin embargo incluye capacidades de observación diurna y nocturna (imagen térmica). Por último, el OMS200 es un mástil de perfil bajo (LP) que ofrece una carga útil más rica, incluyendo sensores visibles, térmicos y SWIR que, aunque no son de tan alto rendimiento como su hermano mayor, produce imágenes impresionantes y captura de vídeo junto con un sigilo decente.

Muchas Armadas siguen valorando la familiaridad de un periscopio penetrante. Varios operadores lo consideran superior para las operaciones de telemetría, puntería y sigilo en situaciones de alta densidad de contactos. Aunque la transición completa hacia mástiles optrónicos puede ser inevitable en el futuro, HENSOLDT ha mantenido su capacidad de suministrar «verdaderos» periscopios con un canal óptico de cristal para la observación directa del entorno de superficie, enriquecido sin embargo con cámaras adicionales (diurnas y de poca luz) y cámaras termográficas. Nuestros «periscopios optrónicos» recogen datos IMINT de calidad comparable (y en determinadas condiciones superior) a los mástiles optrónicos. De hecho, proporcionan una flexibilidad adicional a las Armadas para determinar la composición de su sistema IMINT submarino, incluso en los barcos más antiguos, para los que nuestro SERO250 ha sido diseñado para integrar capacidades de vanguardia en un diseño tradicional más adecuado para reacondicionamientos y modernizaciones.

Figura 4: Subsistema optrónico de un submarino moderno

Sistema dentro del sistema: integración de capacidades IMINT 

Los sistemas optrónicos de los submarinos no son sistemas autónomos: su despliegue está profundamente entrelazado con el estado del buque y la situación táctica. Además, las imágenes que producen y los datos que se extraen de ellas no están destinados únicamente al operador de optrónica, sino que deben distribuirse y procesarse a bordo o incluso transmitirse y almacenarse a distancia.

Una infraestructura embarcada robusta pero versátil es un componente crucial de un sistema completo de IMINT y observación submarina. Los equipos de a bordo de HENSOLDT, sujetos a continuas innovaciones, han sido diseñados para gestionar todas las interfaces entre nuestros front-ends y otros sistemas submarinos, para permitir la plena integración con el CMS y para soportar funciones avanzadas de software. Organizada en armarios compactos, nuestra electrónica garantiza que la considerable cantidad de datos producidos por las cargas útiles de los sensores en el mástil esté disponible para su distribución en la red de a bordo, tanto en formato bruto a resolución nativa como en forma de flujos de vídeo comprimido e imágenes fijas. También implementa funciones como el seguimiento de un solo objetivo, la puesta en cola automática sobre el objetivo y la gestión de los seguimientos locales (por ejemplo, originados en el subsistema optoelectrónico). Y lo que es más importante, el equipo de a bordo comparte con el CMS los metadatos extraídos de los vídeos y las imágenes, como la posición angular de los objetos rastreados y sus parámetros asociados, al tiempo que integra los datos de rastreo globales procedentes del CMS y los datos de navegación en la HMI optoelectrónica. Esto proporciona al CMS información adicional que puede fusionarse e incorporarse a la imagen táctica local y enriquece las imágenes captadas por la optrónica con información adicional relevante para el contexto. Esto aumenta el valor y el contenido de información procesable de los datos IMINT, tanto en tiempo real (es decir, durante la operación del submarino) como a posteriori, por ejemplo, cuando la inteligencia recopilada necesita ser revisada para apoyar la toma de decisiones tácticas o estratégicas.

Nuestro equipo embarcado es el elemento clave que permite que nuestro subsistema IMINT funcione como un bloque productivo de valor añadido dentro del sistema de combate submarino más amplio. 

Interacción hombre-máquina mejorada: Funciones avanzadas de software 

El dominio de las últimas tecnologías, especialmente en el manejo de sistemas ISR avanzados y la interpretación de IMINT, es crucial. De hecho, los operadores y las máquinas forman un sistema sociotécnico interactivo, cuyo rendimiento global viene dictado por sus interacciones, por el profundo conocimiento que los operadores tienen (o no) de los sensores que manejan y por lo bien que se procesa y presenta la información. La HMI Optrónica de HENSOLDT ofrece más que una interfaz de control para mástiles periscópicos y optrónicos. Varias funciones de software se ejecutan en los equipos embarcados de última generación. Entre ellas se incluye el postprocesamiento (en tiempo real si es necesario) de vídeo e imagen para mejorar la calidad. La compensación de las turbulencias atmosféricas, la eliminación de la niebla o la fusión de los flujos de vídeo de varios sensores (fusión de imágenes) son algunos de los algoritmos que hemos desarrollado y perfeccionado continuamente. Otras funciones más avanzadas pueden detectar automáticamente detalles relevantes y mostrarlos al operador como información superpuesta: es el caso del indicador de objetivo en movimiento (MTI), que ayuda a reconocer y seguir objetivos pequeños que se mueven contra un fondo (Figura 5), o la detección automática de objetos, que escanea continuamente las secuencias de vídeo para detectar posibles objetivos y avisa al usuario de los objetos de interés potenciales.

Para todas las funciones, la HMI ofrece a los operadores un gran control sobre su configuración y la información que se transmite. La información sobre la configuración actual está fácilmente disponible para evitar malentendidos sobre la salida del sistema. 

Figura 5: Indicador de objetivo en movimiento que muestra un pequeño dron cuadricóptero sobre un fondo de cielo nublado

El futuro de las misiones ISR submarinas pasa por la integración de la inteligencia artificial (IA) y nuevos avances en la tecnología de sensores. La IA puede automatizar el análisis de grandes cantidades de datos de imágenes, permitiendo evaluaciones más rápidas y precisas. HENSOLDT ha dotado a toda su optrónica submarina de última generación de la capacidad de albergar funciones habilitadas para la IA, algunas de las cuales se han optimizado específicamente para extraer parámetros relevantes para el conocimiento de la situación del submarino, la seguridad de la navegación y la recopilación de inteligencia. La clasificación o el reconocimiento automático y fiable de los contactos de superficie es sólo un ejemplo de lo que se ha conseguido entrenando a la IA con un conjunto de datos pertinentes para el entorno marítimo en el que opera el submarino, con nuevas funciones disponibles a corto plazo, basadas en la retroalimentación educada de las Armadas y los operadores. 

Habiendo reconocido que el ritmo de progreso en el procesamiento y análisis de imágenes de IA hace que cualquier predicción sobre las capacidades futuras sea poco fiable, hemos implementado estas nuevas capacidades como un complemento (un nuevo eslabón en nuestra cadena funcional IMINT, por así decirlo), que puede adaptarse o actualizarse fácilmente. 

Figura 6: Ejemplo de reconocimiento automático de objetivos basado en IA en un entorno marítimo

Generar innovación: el caso del sistema de observación panorámica OCTOEYE360 

Se suele decir que la innovación disruptiva, es decir, la creación de algo nuevo a partir de un conjunto de conocimientos establecidos, es superior a la innovación incremental. Nuestro último producto, el OCTOEYE360, aprovecha nuestra experiencia en frontales optrónicos submarinos, distribución de vídeo y procesamiento de imágenes por software para ofrecer una vigilancia óptica persistente de 360° alrededor del buque, mientras éste se encuentra en la superficie o a profundidad de periscopio (o de snorkel). Se trata de una nueva capacidad para los buques submarinos que mejora su conocimiento de la situación y su seguridad en el mar. Aunque una descripción detallada de OCTOEYE360 está fuera del alcance de este artículo, es importante señalar que el sistema ha sido diseñado de forma nativa para el uso simultáneo de múltiples operadores y para la distribución de vídeo de baja latencia. El procesamiento intensivo de imágenes, incluida la detección automática de objetivos y el seguimiento de varios objetivos, forma parte de sus funciones básicas. Dado que OCTOEYE360 está diseñado para requerir un grado de compromiso reducido por parte del operador en comparación con un periscopio o un mástil optrónico, sus capacidades por defecto incluyen el apoyo al operador y la extracción de información, como la clasificación automática y la generación autónoma de alertas. 

Figura 7: Unidad frontal OCTOEYE360, que incluye cámaras de luz diurna (anillo superior) y cámaras termográficas de infrarrojos de onda larga (LWIR)

Preparados para el futuro 

La evolución de la tecnología y el mayor énfasis en las misiones ISR marcan una importante evolución en las capacidades de los submarinos para la inteligencia de imágenes. Estos avances han dado forma a nuevas funciones para los buques submarinos y pueden desempeñar un papel fundamental en la configuración de las futuras estrategias navales a escala mundial. El desarrollo en curso de doctrinas marítimas, capacidades de software, tecnologías de sensores y la entrada en el escenario submarino de activos cualitativamente nuevos (por ejemplo, vehículos submarinos no tripulados) pueden modificar aún más la importancia y la omnipresencia de los sistemas IMINT desplegados desde plataformas submarinas. Esto subraya la importancia de la inversión en innovación y de una conciencia continua de las tendencias futuras. Con un enfoque sólido pero flexible de todos los aspectos actuales de la optrónica para submarinos, HENSOLDT se encuentra en una posición ideal para afrontar estos próximos retos. Los expertos de la empresa esperan recibir aportaciones e ideas inspiradoras tanto del usuario final como de la industria, que se espera se vean estimuladas por la disponibilidad cada vez mayor de tecnología y la capacidad de empresas como HENSOLDT para traducirla en nuevas capacidades para los submarinos (y los submarinistas) de todo el mundo.

Aurores:
Tobias Vallböhmer, Head of Sales Maritime Optronics, HENSOLDT AG
Jason Looper, Sales Manager Maritime Optronics, HENSOLDT AG
Matteo Nespoli, Sales Manager Maritime Optronics, HENSOLDT AG

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• Fuente:
• -Tobias Vallböhmer, Jason Looper, Matteo Nespoli (2024). HENSOLDT Imagery Intelligence System for Modern Submarines *NAVAL FORCE -INTERNATIONAL FORUM FOR MARITIME POWER, CONFERENCE PROCEEDINGS-SUBCON 2024* (SPECIAL ISSUE 2024Vol. XLV ISSN 0722-8880), 12–20. -