DESAFIOS Y OPORTUNIDADES PROSPECTIVA TECNOLOGICA L … · C.N. Ingº. Manuel Pereira Rueda SDGTECEN C/ Arturo Soria 289 Madrid 28033 [email protected] ... del PIB en 2005 y da un

Boletín Nº2. Primer Trimestre 2004 -1- Subdirección General de Tecnología y Centros

DIRECCIÓN GENERAL DEARMAMENTO Y MATERIAL

SUBDIRECCIÓN GENERAL DETECNOLOGÍA Y CENTROS

Nº 2. Primer Trimestre 2004

En este número• ACTUALIDAD DE LOS

OBSERVATORIOS

• AGENDA

• ACTUALIDAD TECNOLOGICA

• ENLACES DE INTERES

• TECNOLOGÍAS EMERGENTES

• EN PROFUNDIDAD

ContactarPara contactar con los ObservatoriosTecnológicos, puede dirigirse a lassiguientes direcciones.

Nodo GestorC.N. Ingº. Manuel Pereira RuedaSDGTECEN C/ Arturo Soria 289Madrid [email protected]

Observatorio de ElectrónicaC.N. Ingº. Manuel Golmayo Ferná[email protected]

Observatorio de Óptica y OptrónicaC.N.Ingº Arturo Maira Rodrí[email protected]

Observatorio de Armas, Municiones,Balística y ProtecciónCol. CIP Carlos López [email protected]

Observatorio de Simulación, Mando yControl y ComunicacionesCol. CIP Francisco Cucharero Pé[email protected]

Observatorio de NBQCte. CIP Juan C. Fernández Ferná[email protected]

SISTEMA DE OBSERVACION YPROSPECTIVA TECNOLOGICA

DESAFIOS Y OPORTUNIDADES

La aparición de este segundo numero del Boletín de ObservaciónTecnológica en Defensa es un indicador de la voluntad decontinuidad de las actividades iniciadas el pasado año y coincideen la practica con el funcionamiento al completo de losobservatorios inicialmente planificados.

En efecto, el pasado año vieron la luz los cinco primerosobservatorios: Electrónica, Óptica y Optrónica, Armas, Municiones,Balística y Protección, Tecnologías de Mando y Control,Comunicaciones y Simulación y Protección NBQ. Sin embargo aunqueda un largo camino hasta conseguir la consolidación delSistema, y lo que es mas importante el alcanzar la plena capacidadde servicio de los Observatorios.

Aunque las misiones fundamentales de este sistema son el prestarapoyo técnico en la planificación del I+D y en el proceso deobtención de los sistemas de alto contenido tecnológico, el sistemapretende también dar apoyo a los técnicos encuadrados en losórganos de contratación y de gestión en el ámbito de armamento ymaterial, apoyando en la realización de especificaciones e informestécnicos, que ayuden a paliar la sensación de “soledad técnica” enla que a menudo se encuentran.

Otro reto consiste en fomentar la colaboración de la comunidadtecnológica nacional, tanto de defensa como del sector civil. Así losobservatorios nacen con voluntad de ser un foro común decooperación, con el desafío de generar ilusión y afán departicipación entre los posibles colaboradores, quienes puedenaproximarse a una comunidad donde obtener información y aportarexperiencias.

Finalmente se debe conseguir un buen nivel de respuesta técnica,que idealmente debiera cubrir todas las áreas tecnológicas deaplicación a la Defensa. Respecto a este reto, solo se puedesolicitar paciencia ya que hasta la fecha solo se han podido cubrirlas áreas anteriormente citadas e indicar que se están haciendoesfuerzos para responder a todas las solicitudes que se reciben,así como se prevé el crear nuevos observatorios que cubran lasáreas mas demandadas.

Carlos Villar TurrauDirector General de Armamento y Material

mailto:[email protected]






ACTUALIDAD OBSERVATORIOS

Boletín Nº2. Primer Trimestre 2004 -2- Subdirección General de Tecnolo

SOBRE EL BEl Boletín de Observación Tecnológica en Defensa es publicado trimestralmente por la SubdirecciTecnología y Centros (SDG TECEN) de la DGAM, a través del Sistema de Observación y Prospectivde la Defensa. Dicho Sistema es un órgano asesor de la DGAM que tendrá por objetivo el conconocimiento tecnológico disperso en la Organización actúe como cuerpo de conocimiento único yaportar criterio técnico al Ministerio de Defensa, siendo sus misiones fundamentales el asesorar en lde las actividades de I+D, así como en la adquisición de sistemas con alto contenido tecnológico.

El Sistema se compondrá de una red de Observatorios, cada uno de los cuales agrupa varias áreaafines, con una estructura fija mínima, apoyada por un grupo de expertos colaboradores en

experiencia personestá liderado por unsegún se puede ver

Dada la complejidaen marcha de los se ha empezado cllos con mayor prSDG TECEN y pcionados con las teen sus centros selectrónica, optrónicbalística, NBQ, etc

Inicialmente se hacon la participacióndores pertenecientTECEN, estando

publicación de una Orden Ministerial que ampare la colaboración de expertos pertenecientesMINISDEF, administraciones públicas, industria, universidad, centros de investigación, etc.

El Boletín pretende dar una visión de actualidad, en diferentes aspectos de las Tecnologías relaciDefensa, al tiempo de ser una tribuna donde los distintos colaboradores puedan presentar sus aSistema. Se ha intentado que sea interesante tanto a los profesionales de la Defensa, como a tecnológica de defensa en sentido amplio (civil y militar).

Técnicos

DEFENSA

GESTOR

NU

CLE

OPE

RM

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ENTE

OTROSMINISTERIOS UNIVERSIDAD

INDUSTRIAOBSERVATORIO 1Técnicos

COORDINADOR

DEFENSA CENTROSTECNOLÓGICOS


INDUSTRIAOBSERVATORIO 2TécnicosCOORDINADOR



INDUSTRIAOBSERVATORIO NTécnicos

COORDINADOR


COLABORADORES EXTERNOS

Aunque es difícil predecir el impacto de las tecnologías sobre el escenario futudesapercibido que determinadas tecnologías marcan un antes y un después en la concepción de Tecnologías, en muchos casos maduras, aplicadas de una forma innovadora, o en un campo que aplicación tradicional, pueden suponer una total revolución en la forma de desarrollar y utilizar desplazando a tecnologías maduras y a sistemas que en muchos casos se creían insustituibles. son muy numerosos, la maquina de escribir, los soportes analógicos de audio, .. empiezan a smuseo. Estamos hablando de un concepto que cada vez tiene más fuerza, conocido con el a"disrupción" y que podríamos traducir por "ruptura brusca".

Una tecnología disruptiva es aquella tecnología, nueva o existente, cuya utilización de una formaltera significativamente las practicas establecidas. Se trata no de evolucionar sino de revohablamos de mejorar las prestaciones de los sistemas existentes, sino en muchos casos sustituicon unas prestaciones similares o incluso menores, a un coste asumible y con unas funcionacionales que se convierten en indispensables, es el caso por ejemplo de la telefonía móvil y los me

Aunque es un concepto que viene del ámbito empresarial, la aplicación al mundo de la defensadetectar a tiempo una tecnología disruptiva supone ignorar un factor de superioridad e incremetecnológico con aquellos que si la han asumido, baste recordar la importancia de la fisión nsegunda guerra mundial. Este creciente interés en el mundo de la defensa, explica la creación detrabajo especifico en el marco de la LOI (Letter of Intentions) que pretende poner en común los enfdistintos países participantes a la hora de detectar tecnología disruptivas, y facilitar el intinformación practica entre expertos de distintos dominios tecnológicos sobre cuales son las tecnoprevén como disruptivas en los próximos años. Es difícil hacer apuestas, pero las áreas de información y nuevos materiales, los sistemas basados en parámetros biológicos, ... puedenmuchas sorpresas.

EDITORIAL

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ACTUALIDAD OBSERVATORIOS


PLAN NACIONAL I+D+I:2004-2007

Durante el pasado mes de diciembre ha sido oficialmentepresentado el nuevo Plan Nacional de I+D+I 2004-2007.El Plan pretende alcanzar un nivel de gasto del 1,22 %del PIB en 2005 y da un mayor peso a la participación delas Comunidades Autónomas, la cooperación inter-nacional, la focalización de actuaciones y la interacciónentre las distintas áreas que conforman el Plan.

El nuevo plan mantiene la estructura de áreas prioritariasmaterializadas en Programas Nacionales (PN), distin-guiéndose áreas horizontales de carácter general yáreas temáticas dentro de las cuales se encuadra el PNde Defensa (Area de Seguridad y Defensa).

Entre los aspectos prioritarios del Plan destacan por suposible aplicación a la defensa los orientados a"potenciar las tecnologías de hoy y del futuro", enparticular los relacionados con nuevos materiales (PN deMateriales), sistema de radio navegación por satéliteGalileo (PN de Tecnología de Electrónica yComunicaciones), Nanotecnología: materiales ligeros yresistentes, nanosensores (Acción Estratégica deNanociencia y Nanotecnología) y por último todosaquellos englobados en una "mayor seguridad individual

y colectiva": desarrollo de nuevos materiales deprotección individual, técnicas avanzadas deidentificación biometrica, técnicas avanzadas dereconocimiento de objetos en entornos complejosy bioseguridad.Más información: http://www.mcyt.es/planidi/

NUEVOS OBSERVATORIOS:TICS y NBQ

Durante el último trimestre del pasado año haniniciado su actividad dos nuevos observatoriosorientados a tecnologías de Mando y Control,Comunicaciones y Simulación (ObservatorioTICS), y tecnologías Nuclear, Biológica y Química(Observatorio NBQ).

El observatorio TICS inició su andadura en el mesde noviembre y se coordina desde el Polígono deExperiencias de Carabanchel (PEC).

Por su parte, el observatorio NBQ comenzó susactividades en el mes de diciembre, realizándosesu coordinación desde la Fabrica Nacional de laMarañosa (FNM).

Con el inicio de actividades de estos dos nuevosobservatorios se completa el objetivo de creaciónde los cinco observatorios iniciales durante el2003: Electrónica, Óptica y Optrónica, Armas,Municiones, Balística y Protección, Tecnologías deMando y Control, Comunicaciones y Simulación yProtección NBQ.

Conference "Directed energyweapons 2004"Defence IQ, IQPCLondres, 19-20 enero 2004http://www.iqpc.co.uk

Meeting on "Non-Lethal Wea-pons Effectiveness Assess-ment Development andVerification Study"NATO RTA SAS-035 PanelExploratory TeamBruselas, 28-29 enero 2004

Seminario "Detección deagresivos biológicos" y visitaal Laboratorio de microarraysInstituto Carlos IIIMadrid, 3 febrero 2004

"Prospectiva Tecnológica eInteligencia Competitiva"Circulo de Tecnologías para laDefensa y la SeguridadMadrid, MCYT, 9 febrero 2004http://www.fue.es

"I Encuentro del Sector deDefensa"Recoletos Conferencias yFormaciónMadrid, 26-27 febrero 2004http://www.recoletosconferencias.com

"BioTerrorism Counter-measures: Requirements andOpportunities "Defence Week, HomelandSecurity ConferencesWashingtonDC 9-10 marzo 2004http://www.kingpublishing.com.conferences/index.html

Congreso "Defense andSecurity Symposium, formerlyAeroSense", SPIECongreso de Optrónica aplicadaa sistemas de Defensa.Orlando, 12-16 abril 2004http://www.spie.org

Symposium "Sensors andSensor Denial by Camouflage,Concealment an Deception"Nato RTA SCI-145Bruselas, 19-20 abril 2004http://www.rta.nato.int/Meetings.asp

“N-Dimensional ImagingEyesafe LADAR (N-DIEL) forMilitary Applications”NATO RTA SET077/RTG045Participantes: USA, CA, FR, GE,NE, NO, SP, SW, UK).Madrid, 18-24 Mayo 2004http://grupos.unican.es/GIF/EWOFS04

AGENDA

http://www.mcyt.es/planidi

http://www.iqpc.co.uk/

http://www.fue.es/

http://www.rta.nato.int/Meetings.asp

http://www.kingpublishing.com.conferences/index.html

http://www.kingpublishing.com.conferences/index.html

http://www.spie.org/

http://www.rta.nato.int/Meetings.asp

http://grupos.unican.es/GIF/EWOFS04

ACTUALIDAD TECNOLOGICA


PLATAFORMASOPTRONICAS SEGUIMIENTO

AUTOMÁTICOEl Departamento de Armas y Municiones Especialesde la Fabrica Nacional de la Marañosa dispone dedos nuevas plataformas optrónicas de seguimiento. Elsistema, cuyo nombre es IMAGO 1000, se utilizarápara el registro de firmas térmicas de aeronaves envuelo y la emisión IR de señuelos en condicionesreales de uso, así como de cualquier objeto enmovimiento ya sea aéreo o terrestre, con el objeto dedisponer de una librería de imágenes IR aplicable enfuturos sistemas de combate.

El equipo “IMAGO 1000” consta de dos plataformasde seguimiento portátiles (portable tracker) en lascuales se procesan imágenes usando unacombinación de varios procesadores y una tarjeta dealta velocidad de procesado de imágenes.

Como peculiaridades de este sistema en comparacióncon otros sistemas similares disponibles en elmercado, resaltaríamos que el operador puedeenganchar el seguimiento en el 100% del campo devisión (FOV) de la cámara, lo que es importante parablancos con altas aceleraciones; puede seguirse unblanco a velocidades angulares de hasta 25-30 º/segen modo automático, con cálculo de trayectoriasesperadas. Finalmente el sistema puede integrarsecon otros sistemas de defensa (estaciones aire-tierra,defensas aéreas, vehículos...).

Las características más sobresalientes desde el puntode vista de la óptica del sistema serían la versatilidaden el uso de cámaras y tamaños de blanco. Conrespecto a la primera característica, cada una de lasplataformas del equipo IMAGO 1000 incluye cámaraCCD para el visible (VIS) y visión por microbolómetropara el rango de (8-12) µm del Infrarrojo (IR), lo queno impide la instalación de otro tipo de cámaras. Enrelación a los tamaños de blanco, las especificacionesdel sistema hablan de distancias de 15-20 Km usandouna lente de 1000 mm. En general, para unseguimiento correcto con contraste razonable eltamaño del blanco debe ser del orden del 1% delFOV. Para velocidades lentas de seguimiento, elblanco puede ocupar hasta el 80 % del FOV.

PROGRAMA PEINTEl Laboratorio Químico Central de Armamento(LQCA) en colaboración con la Jefatura de Doctrinade Artillería han desarrollado una aplicacióninformática para la artillería de campaña denominadaPEINT (Programa de Eficacia INTegrado). Elprograma proporcionará a los directores de fuego y alos oficiales de artillería de campaña, la informaciónnecesaria para batir objetivos de unidades haciendoun uso óptimo de los recursos a su disposición, tantoen relación al tipo de pieza y a la unidad de fuego,como a la cantidad de munición a emplear.

El objetivo a batir puede encontrarse en actitudofensiva o defensiva y se ha considerado queevoluciona en función del tiempo transcurrido desdeque recibe la primera salva.

En cuanto al material incluido, el programa cuentatanto con artillería cañón como con artillería cohete.En el caso de la artillería cañón el programacontempla tiro por primer y segundo sector. Para laartillería cohete puede seleccionarse la cadencia dedisparo.

El programa se encuentra actualmente en período deevaluación y se prevé su ampliación incluyendonuevos materiales. Cualquier organismo interesadoen el mismo puede contactar con el LQCA a travésdel correo electrónico [email protected].

Simposio de Phased ArraySystems and Technology

Dentro de las actividades de vigilancia tecnológica, elObservatorio de Electrónica acudió al simposiointernacional organizado por el IEEE sobre sistemas ytecnologías phased array. Las sesiones deconferencias estuvieron centradas fundamentalmenteen las áreas de radar, antenas y sistemas decomunicaciones basadas en phased arrays,formación digital del haz y sistemas de banda ancha ymultifuncionales. Así entre otros, se presentaron lastendencias de investigación y desarrollo de variosMinisterios de Defensa en las tecnologías phasedarrays, y sistemas como los radares Sampson, APAR,MEADS, etc. En el Observatorio de Electrónica seencuentran disponibles los proceeedings del simposioasí como un documento resumen sobre el mismo.




LABORATORIO SIMULACIÓNLa interoperabilidad de simuladores es un elementoclave en el desarrollo de sistemas de simulaciónpuesto que aporta un valor añadido a dichos sistemasfrente a aquellos que operan aisladamente. Las ven-tajas que introduce el concepto de interoperabilidadconsisten principalmente en una mayor reusabilidad,aumento de capacidad operativa de los simuladores ydisminución de costes, junto con una mejora en elentrenamiento y capacitación de las unidades.

La capacidad de interoperabilidad ha afectado a lamanera en que los sistemas se definen, diseñan,desarrollan, prueban y manejan. Para mejorar la pro-ductividad de dichos procesos ante la nuevaproblemática surgida del concepto de inter-operabilidad, se han tenido que desarrollar nuevosestándares que ayuden a la construcción de sistemasde simuladores interoperables.

La comunidad internacional ha adoptado el estándarHLA (High Level Architecture) como la arquitecturatécnica de interoperabilidad entre simuladores que seaplica tanto a los de realidad virtual, como a los detipo constructivo e incluso como interfaz con sistemasreales. Los simuladores de tiempo real incluyenaquellos que requieren de interacción humana consistemas físicos reales, mientras que los de tipoconstructivo representan juegos de guerra o simulanlas acciones de uno o varios humanos. Lossimuladores que interoperan con sistemas reales seencargan de interactuar y alimentar datos a sistemasde mando y control o sistemas de armas.

La implementación de HLA como estándar fueoriginada en el DoD americano, en la agencia DMSO(Defence Modeling and Simulation Office). Dichaoficina generó varias ediciones hasta publicar laversión 1.3 (Abril 1998) del estándar que quedóreconocida como un modelo de interoperabilidadmaduro. Posteriormente la comunidad internacionaladoptó el proyecto de estandarizar hasta alcanzar unacuerdo plasmado en el acuerdo IEEE 1516(Septiembre 2003). La arquitectura HLA esta basadaen la definición de unos servicios de comunicaciones,un esquema de modelado de datos no persistentes

(objetos) y una serie de reglas a la hora de utilizar losservicios y los modelos de objetos.

La Subdirección de Tecnología y Centros ha iniciadoun programa denominado Laboratorio de Simulaciónen las instalaciones del Polígono de Experiencias deCarabanchel (PEC) con el objetivo de implantar unproceso de certificación HLA, basado en el estándarOTAN, que permita dotar al Ministerio de la facultadpara comprobar la compatibilidad técnica entresimuladores y coordinar a los distintos simuladoresexistentes y en desarrollo con el fin de poder realizarmisiones conjuntas de entrenamiento.

El primer trabajo desarrollado en el Laboratorio deSimulación ha sido la elaboración de un documento"Estado del arte sobre el HLA" en el que se harecogido el estado del arte de la simulación distribuidaHLA. En dicho documento se ha hecho un inventariode las tecnologías, herramientas, metodologías,medios de comunicación necesarios y experienciasnacionales relacionadas con HLA con el fin de servirde base en los trabajos que se englobarán en el restodel proyecto y que se centrarán en la optimización delas comunicaciones y los modelos de informaciónnecesarios en la simulación distribuida.

RADAR LPI ARIESGracias a la colaboración entre el Ministerio deDefensa, la industria española (a través de INDRASistemas) y la Universidad Politécnica de Madrid(Departamento de Señales, Sistemas y Radioco-municaciones) el primer radar marítimo de superficiede alta resolución español está ya en fase de pruebasen la mar.

Este radar, denominado ARIES, es directamenteaplicable en sistemas de vigilancia costera y ensistemas embarcados.

Se trata de un radar de onda continua y modulaciónFM lineal, en banda X, cuyo ancho de banda detransmisión puede variar entre 10 MHz y 600 MHz.Esto se corresponde con una resolución en distanciamejor de 0,5 metros, muy superior a los radares devigilancia convencionales, convirtiendo al sistema enun radar de alta resolución. El sistema puede trabajarcon agilidad en frecuencia a lo largo de los 600 MHzde ancho de banda, mejorando la detección deblancos de fluctuación lenta en clutter de mar.

El sensor se compone de un equipo de RF totalmenteintegrado de estado sólido, lo cual ofrece altafiabilidad y permite al usuario determinar de formaprecisa la potencia transmitida. Esta propiedad juntocon el control espacial de las direcciones en que elradar emite, resulta en modos de operaciónsilenciosos. Estas propiedades le dan sucaracterística de baja probabilidad de interceptación(LPI) y una gran robustez frente a interferenciasexternas.



NETWORK ENABLEDCAPABILITYEl creciente empleo de fuerzas multinacionales y laejecución de operaciones conjuntas requiere laintegración de sistemas de origen bien distinto. Porotro lado, la disposición de la información relevanteasociada al desarrollo de las operaciones se estáconvirtiendo en un elemento diferenciador entre lasfuerzas que actúan en el campo de batalla.

En torno a estos dos aspectos se centra la idea dedefinir una arquitectura en la que las limitaciones paracompartir la información vengan dadas por el propiousuario y no por cuestiones técnicas, de concepción ode diseño de los sistemas.

Network Enabled Capability (NEC) propone ladefinición un marco conceptual y técnico con el queligar todos los elementos de información que inter-vienen en el campo de batalla (sensores, centros demando y actuadores), de forma que la información deinterés para cada uno de ellos esté siempre dis-ponible independientemente del momento y locali-zación en que se encuentren. Como consecuencia seobtiene una mayor precisión, rapidez y en definitivaeficiencia en la ejecución de las acciones así comouna mayor protección de las unidades.

Una de los puntos de referencia de NEC es lainiciativa NCW (Network Centric Warfare) que EEUUactualmente está llevando a cabo. NCW, al igual queNEC, persigue la plena disponibilidad de informaciónútil. Sin embargo, el alcance de NCW contempla unareestructuración completa de las fuerzas armadasresultando algo más ambicioso que el de NEC que secentra más en un contexto operacional.

Actualmente, dentro del marco de la LOI (Letter ofIntentions), y con la participación de España, se estáestudiando el lanzamiento de un programa cuyoobjetivo será el de definir las líneas básicas de una

arquitectura NEC. Las labores que se llevarán a caboen este programa incluyen las de identificar, analizary evaluar soluciones de arquitectura e infraestructuraen torno a la iniciativa NEC, para finalmentedesarrollar un demostrador que permita validar lassoluciones propuestas.Dada la importancia de este tema, los aspectos técnicos del NECse desarrollaran en próximos números del Boletín. .

MEDIOS PRUEBA Y ENSAYO:AREA DE ELECTRONICADentro de los objetivos establecidos para el año 2003,el Observatorio de Electrónica ha desarrollado unEstudio Monográfico sobre Instalaciones de Prueba yEnsayo disponibles a nivel nacional en las disciplinasque cubre el ámbito de su competencia, materiales ydispositivos electrónicos en general y radiofrecuencia,radar y microondas en particular.

El Estudio se ha realizado en base a la informacióndisponible en la Subdirección de Tecnología yCentros de la DGAM y en técnicas de encuesta a losdistintos agentes involucrados real o potencialmentecon la Defensa: Centros pertenecientes o adscritos alMinisterio de Defensa, Empresas, Universidades yCentros Públicos de Investigación.

El objetivo fundamental del Estudio es facilitar a losorganismos del Ministerio el conocimiento de losmedios de prueba disponibles en el área deElectrónica. Su realización también ha permitidoidentificar áreas de interés poco o muy poco cubiertasen cuanto a instalaciones de prueba que seránecesario potenciar. Por último, se espera que através del conocimiento de los medios disponibles, sefomente la colaboración entre empresas y organismosen las fases de prueba, verificación y validación deproductos.El Estudio se publicará próximamente y será distribuido entre todoslos organismos participantes.

• RECHERCHE - DGAPáginas de I+T de La DélégationGénérale pour l'Armement (DGA)del Ministerio de Defensa francés.

Incorpora información diversa sobreel enfoque de la investigación endefensa, las capacidades tecno-lógicas objetivo en 2015, aspectosde la evaluación del I+T, distintostipos de programas, etchttp://www.recherche.dga.defense.gouv.fr./

• COTS Journal

Asociado a la revista del mismonombre, es una de las publicacionesde referencia en el tema de utili-zación de componentes Commercialof the shelf (COTS ) en el mundo dela Defensa.

http://www.cotsjournalonline.com/

• Cibermetria - InterlabInterlab es un grupo de inves-tigación perteneciente al Centro deDocumentación (CINDOC) delCSIC, especializado en cybermetriao análisis de datos de Internet.

El portal incluye información sobretendencias y tecnologías en el área.Especial interés merecen los docu-mentos relacionados con minería dedatos y la propia cybermetría.http://internetlab.cindoc.csic.es/

ENLACES DE INTERES

http://www.nanospain.net/

http://technologyreview.com/

http://internetlab.cindoc.csic.es/

TECNOLOGÍAS EMERGENTES


COMPUTACIÓN OPTICA:¿UNA NUEVA ERA?

Las demandas de especificaciones cada vezmás complejas de sistemas para detección, guiado,comunicaciones (gestión de flujos de información yalmacenamiento), así como que la respuesta de talessistemas sea cada vez más rápida, llevan al límitetécnico a los sistemas electrónicos puros, tanto envelocidad como en volumen y complejidad delsistema. La respuesta a tal limitación nos laproporciona el desarrollo de sistemas opto-electrónicos, donde al menos parte de las funcionesde tales sistemas sean operadas a través del fotón,partícula análoga al electrón en electrónica.

Los primeros prototipos de procesadores digitalesópticos de señal (ODSP) ya han hecho su aparición.Pueden realizar operaciones en el rango de losTerahertz; es decir, corren a una velocidad de ~1012

operaciones/seg. Lo que equivale a una velocidad deprocesado 1000 veces superior que cualquier DSPelectrónico conocido hasta la fecha. Esta enormecapacidad de procesado viene del hecho deinvolucrar en la parte algorítmica al fotón, en lugar delelectrón, tal y como se ha hecho hasta ahora. Tras lacomputación, la salida se convierte en una señaleléctrica digital, compatible con las arquitecturasestándares generalmente aceptadas por la industria yprogramable como cualquier procesador electrónico.Es decir, estamos hablando de una compatibilidadtotal a velocidades 1000 veces superiores para eltratamiento de datos, lo que la convierte en unaalternativa seria de reemplazo para los actuales DSPsy tarjetas ASIC (o FPGA’s) puramente electrónicos.

Técnicamente, la hazaña se basa en una integraciónhíbrida de Silicio (Si)/Arseniuro de Galio (GaAs). Laparte electrónica de las tarjetas se basa en unstandard CMOS, donde se hace compatible lainserción de la parte óptica del sistema. Esta parteóptica consiste en un vector de láseres de cavidadvertical (VCSELs) no coherentes entre sí, dedimensión 1x256, que determina el “input”. Estevector se focaliza en una matriz (256x256) demoduladores, en los cuales la luz se trata en funciónde un fenómeno cuántico que depende del voltaje quese les aplica a los citados moduladores (Efecto Starkcuántico). Este voltaje, en definitiva, es el quedetermina las diferentes funciones que se realizarácon la señal. Finalmente, esta matriz a su vez sefocaliza en un vector de detectores de dimensión256x1, que convierten la señal ya computarizada eneléctrica (“output”), como cualquier procesador digitalde señal (DSP) electrónico del momento.

El impacto de esta nueva tecnología deprocesamiento de información se prevé será enorme,incluso revolucionario, y afectará a todos aquelloscampos que de una forma u otra demandentratamiento de información a alta velocidad. Estamoshablando de campos dispares, como la seguridad o labiotecnología.

En el campo de las comunicaciones las aplicacionesde los ODSP van desde redes inalámbricas en lasque se podrá realizar procesado espacial de señalesmediante arrays de antenas, comunicaciones móvilesque a corto plazo triplicarán la capacidad actual sinañadir hardware RF, transmisión por radioprogramable en las que un solo aparato podrágestionar la emisión/recepción de múltiples canalesmodulados diferentemente o vídeo de alta definicióncon envío de señales en tiempo real y transmisiónmulticanal de televisión de alta definición (HDTV).

En tecnologías propias de Seguridad y Defensa lasaplicaciones más claras aparecen en el campo deGuerra electrónica y Radar. Debido a su velocidad deprocesado de funciones matemáticas, como FFTs,este tipo de procesadores ópticos se revelan comocandidatos naturales para aplicaciones RADARavanzadas, como los radares de apertura sintética(SAR). Este hecho unido a la transmisiónprogramable mencionada anteriormente, hacen esteprocesador apto para aplicaciones COMINT, ELINT yotras SIGINT en general. En seguridad propiamentedicha, los ODSP permitirán optimizar aplicaciones decontrol de acceso mediante análisis de voz, ydiferenciación y procesado de imágenes.

Por último, mencionar aplicaciones como el DataMining, en las que se podrán reducir al menos en unfactor tres el cruce y análisis de datos, o labiotecnología, donde las tendencias actuales eninvestigación consistentes en correlacionar genes yconfeccionar el mapa genético del hombre puedenacelerarse gracias a la capacidad de cálculo de estetipo de procesadores ópticos.

Los primeros productos comerciales empiezan a verla luz, y así en el MILCON 03 celebrado en Boston(USA) en octubre del pasado año, se acaba depresentar el primer procesador digital de señalesópticas por parte de una empresa israelí, Lenslet Ltd,

En definitiva, creemos que la computación óptica esuna tecnología que en la década siguiente cambiarála manera de concebir todas aquellas tareas queincumban gestión de datos y alcanzando susimplicaciones, por consiguiente, a todos los niveles denuestra sociedad. Los primeros pasos comienzan.....



APERTURAS COMPARTIDAS (ʺSHARED APERTURESʺ)

Reducir el número de antenas asociadas a los distintos Sistemas, combinando las funciones de varios de ellos en una misma antena es el objetivo que persigue el nuevo concepto denominado Aperturas Compartidas (“Shared Apertures”). Su beneficio es obvio cuando los sistemas han de instalarse en plataformas tales como aviones, buques o vehículos móviles terrestres, donde los condicionantes de peso y volumen son restrictivos.

Las aperturas compartidas agrupan una nueva clase de antenas “phased arrays” que combinan la funcionalidad de varias antenas en una única apertura (estructura) utilizando tecnología de haces múltiples en banda ancha. Las típicas aplicaciones de las aperturas compartidas, incluyen radar, comuni-caciones y guerra electrónica. Dentro del Programa ASAP (“Advance Shared Apertures Program”), de EE.UU., se han utilizado y demostrado viables, configuraciones de arrays activos de altas prestaciones operando en las bandas C, X y Ku, utilizando nuevos desarrollos de elementos radiantes de banda ancha y circuitos MMIC.

Los diseños del “phased array” y del módulo T/R (transmisión / recepción) desarrollados por Raytheon y la NAWC (Naval Air Weapons Center) han sido enfocados a aeronaves de combate, integrando en arrays de aperturas compartidas de banda ancha las funciones de radar, ESM, ECM y Comunicaciones cubriendo las bandas indicadas anteriormente (4 a 18 GHz). Estas funciones pueden ser llevadas a cabo secuencialmente o incluso simultaneamente, así una parte del array realiza funciones de radar, otra para ESM, otra para ECM y otra para comunicaciones. Las partes del array dedicadas a cada función pueden cambiar dinámicamente según las necesidades.

El array de antena se instala en el morro del avión y se configura en subarrays.

En la figura de la izquierda se puede observar uno de los elementos radiantes desarrollados por el Applied Physics Laboratory de la Universidad John Hopkins de los EEUU para la obtención de una antena de apertura compartida.

La antena esta constituida por un “array” de elementos radiantes de doble polarización y gran ancho de banda de tipo “Vivaldi” en tecnología “microstrip”. Una imagen del “array” completo puede apreciarse en la figura siguiente.

Los módulos de recepción de doble canal están diseñados a partir de MMIC comerciales. Aunque el programa ASAP ya ha finalizado, el Ministerio de Defensa estadounidense sigue estando interesado en la tecnología de las aperturas compartidas y sus potenciales aplicaciones. Así, la “Office of Naval Research” (ONR) junto con el “Naval Research Laboratory” (NRL) está desarrollando el Programa AMRF-C (Advanced Multifunction Radio Frequency Concept) y DARPA ha desarrollado el programa RECAP (Reconfigurable Aperture Program), que finalizó en 2003. El Programa AMRF-C está orientado hacia la obtención de un demostrador de concepto para integrar las funciones de EW, radar y comunicaciones compartiendo una antena común transmisora / receptora. El programa inicial cubre las bandas H, I y J (6 a 20 GHz). Cada una de las antenas utiliza tecnología “phased array” organizadas en aperturas con subarrays programables por software, que pueden ser dinámicamente asignadas en aplicaciones de guerra electrónica, radar o comunicaciones. El Programa RECAP, tiene como objetivos tecnológicos el desarrollo de las tecnologías y procesos de integración que posibiliten la fabricación efectiva de antenas de banda ancha, que son capaces de ser rápidamente reconfiguradas mediante un control embarcado para operar eficientemente en un amplio abanico de frecuencias compartiendo una misma apertura.



DETECTORES PORTATILESDE EXPLOSIVOS

Dentro del ámbito de la seguridad, tanto civilcomo militar, la detección de artefactos explosivos esun tema de creciente importancia. Desde los años 70,en que la frecuencia de secuestros aéreos impulsó laintroducción de detectores de rayos X en losaeropuertos, hasta hoy en día, se ha producido unamejora sustancial en la capacidad de detección deestos sistemas.

Las tecnologías de detección tradicionales,generalmente provenientes de aplicaciones médicas,se basan en el reconocimiento de formas de objetos ycaracterísticas de los materiales explosivos. Estastecnologías (rayos X, Tomografía Computerizada,Activación Neutrónica, etc.) someten al artículo ainspeccionar, a una radiación mediante cuyarespuesta identifican la presencia o no de un artefactoexplosivo. Si bien estas técnicas o combinaciones delas mismas proporcionan una capacidad de detecciónadecuada, el peso y el volumen que en generalsuponen los equipos basados en estas tecnologías noles hacen adecuados fuera de aplicaciones estáticas.Existen otras tecnologías posteriores, que detectanmediante las trazas de las sustancias, que seexponen a continuación.

La detección de rastros o trazas de explosivos(partículas o vapores) constituye un enfoque diferenteque además permite desarrollar equipos de reducidotamaño y altas prestaciones. Estos equipos soncapaces de identificar explosivos en muy bajasconcentraciones mediante diversas técnicas:espectrometría de movilidad de iones (IMS, ITMS yFIS), quemiluminiscencia, termo-redox, espectro-metría de masas, onda acústica superficial, etc. Detodas ellas, la más versátil es la IMS y su varianteITMS.

Esta tecnología se basa en un método analíticoinstrumental parecido a la espectrometría de masas.Además de su capacidad de detección eidentificación, tiene las ventajas de su sencillez deoperación, bajos costes de adquisición ymantenimiento, y el hecho de no emplear fuentes deradiación nocivas.

Los vapores o partículas vaporizadas de la muestrase hacen circular en suspensión en una corriente deaire caliente a través de una cámara, donde seionizan, y un tubo donde, aplicando una diferencia depotencial, los iones se impulsan hacia un colector. Lavelocidad que adquieren las moléculas ionizadasdepende de su masa y de su carga, y la detección seefectúa seleccionando adecuadamente el rango detiempos en que deben llegar al colector los iones delos explosivos. Como resultado se obtiene una señalcaracterística que, a modo de huella dactilar, secompara con una librería de compuestos clasificados.

Las muestras que se analizan se obtienen bien poraspiración del aire que rodea la pieza o sujeto amuestrear, o bien calentando y aspirando un tejidoque previamente se ha frotado con el objeto o sujetosospechoso. El análisis se realiza en unos pocossegundos y generalmente se pueden identificar lasprincipales sustancias explosivas como octógeno,hexógeno, pentrita, trilita, semtex, tetralita,nitroglicerina, explosivos comerciales, explosivoscaseros, etc.

Los equipos que se fabrican actualmente que utilizanesta tecnología pueden caber en un maletín yconservan sus características de rapidez y precisiónen el análisis, por lo que son idóneos para todasaquellas aplicaciones en que sea conveniente elrastreo de explosivos en lugares remotos oimprovisados como puestos de control, eventospuntuales, despliegues, etc.

Por último, destacar que, con las mismas tecnologías,también se comercializan detectores portátiles dedrogas y agresivos químicos y biológicos.El Observatorio de Armamento, Munición, Balística y Proteccióninició sus actividades en el pasado año y, en breve, publicará unamonografía sobre “detectores portátiles de explosivos” de la que seadelanta este artículo.

TECNOLOGÍA EN PROFUNDIDAD


SISTEMAS ELECTRO-OPTICOS: LADAR y LIDAR

Cuandoleemos algún ar-tículo acerca desistemas electro-ópticos de ob-servación o dedetección remotanos encontramoshabitualmentecon expresionestales como activo, gated, pulsado, flash o másexplícitamente radar láser, LADAR, imagen 3D,LIDAR, sistema de imagen LIDAR... Todas estasexpresiones se refieren a las técnicas deteledetección que aprovechan la disponibilidad deláseres eficientes de pulsos ultracortos sincronizadoscon detectores con una capacidad de obturaciónelectrónica ultrarrápida.

El LADAR o radar láser es un dispositivo análogo alradar que envía estrechos pulsos de luz láser enlugar de las ondas electromágneticas utilizadas en elradar. El valor añadido de los sistemas LADAR enrelación al RADAR reside en la capacidad deresolución espacial que se obtiene en la bandaóptica del espectro electromagnético frente a lasondas de radio. Por el contrario, y comocaracterística intrínseca a todo sensores electro-optico el LADAR es más sensible a fenómenosatmosféricos (lluvia, niebla, ...) que cualquier sistemaRadar.

Los LADAR emplean láseres pulsados y obturadoresópticos rápidos con selección de rango temporal. Elláser pulsado ilumina la escena y la señal fotónica deretorno es detectada por el sistema de imagen gated.La activación del gate del detector puede ser llevadaacabo durante un corto periodo de tiempo con undeterminado retardo temporal respecto al disparo deiluminación, obteniéndose a partir de ese tiempo devuelo la distancia espacial del elemento de la escenadetectado.

Toda la iluminación reflejada y retrodispersada fuerade esa porción de apertura electrónica no esdetectada por el sistema de imagen. La únicacontribución es la de la energía reflejada yretrodispersada durante la activación del gate, lo quehace aumentar significativamente la relación señal-ruido del sensor.

El LIDAR (light detection and ranging) tiene el mismoprincipio de funcionamiento que el LADAR y son sólolos tipos de parámetros físicos medidos y eltratamiento que se hace de los mismos los quediferencian a uno de otro. Así, el LADAR mide laintensidad reflejada por un objeto sólido mientrasque el LIDAR estima la intensidad que absorbe oemite un material o compuesto. Mientras el LADARse utiliza en la obtención de rasgos característicos3D de escenas, el LIDAR se emplea en la deteccióny análisis espacial de agentes químicos y biológicosen medios atmosféricos y marinos.

Existen muchas características que determinan elcomportamiento de un sistema LADAR/LIDAR comopueden ser la técnica de detección, la técnica demodulación y la de demodulación, el tipo de láser ola longitud de onda de operación, ... que seseleccionarán en función del rango de aplicación y laresolución requerida.

En relación a las técnicas de detección empleadas,éstas pueden ser directas o coherentes,proporcionando estas últimas una sensibilidad másalta para la misma potencia transmitida y teniendo lacapacidad de percibir el movimiento radialincluyendo vibraciones. (técnicas Doppler).



Respecto al tipo de láser, es la impresionanteevolución de las fuentes y los detectores láser la queestá haciendo posible la rápida y extensaimplantación de esta técnica. La investigación en elcampo de los láseres incorpora continuamente almercado fotónico láseres de estado sólido de diseñocada vez más avanzado, más compactos y de menorconsumo, con capacidad de generar pulsosultracortos de elevada potencia, y en algunos casossintonizables en un rango de longitudes de onda.

Los tipos de láser utilizados en sistemas LADAR -LIDAR pueden ser de barrido o con matrices de planofocal 3D (3D FPA). Los primeros se apoyan en untelémetro al que se le incorpora un sistema de barridode alta velocidad y elevada precisión. El haz lásertiene una pequeña divergencia con respecto a lailuminación de los de matriz con lo que irradiancia quellega a la porción de blanco es también mayor. Lossensores en este caso son fotodiodos APD(Avalanche Photodiode) o diodos tipo P-I-N, sea enmodo “single” o en pequeñas matrices de fotodiodos yse encuentran ampliamente implantados en elmercado civil. Por su parte, los basados en sensores3D FPA están hoy en día en desarrollo, y lacapacidad de los disponibles sólo nos permitenobtener una rebanada de la profundidad de la escenaseleccionada sincronizando el retardo entreiluminación y apertura del "gate". La alternativatecnológica a esta limitación pasaría por elacoplamiento de la matriz o el sensor fotoeléctrico aun ROIC (“Read Out Integrated Circuit”), basadosnormalmente en una tecnología CMOS, y en estesentido se están desarrollando los proyectosamericanos y europeos.

El LADAR y el LIDAR son un claro ejemplo de ladualidad civil y militar y la diferencia sólo se produceen las aplicaciones finales y requisitos operativosexigidos. La capacidad de estimación de ladimensionalidad de los sistemas LADAR los hacemuy útiles en una amplia gama de aplicacionesdependientes de las prestaciones de los mismos conrespecto al alcance y la resolución/incertidumbre.

Así, equipos con alcances máximos que seaproximan al centenar de metros y con resoluciones eincertidumbres en torno a la decena de mm secentran en entornos industriales: determinación deniveles de llenado, perfilometría de piezas, tareas dedetección y medida en robótica, detección deaproximación para evitar colisiones o realizar tareasde posicionamiento y acoplamiento...

Sistemas que ya llegan a alcances máximos próximosal kilómetro, con resoluciones e incertidumbres en

torno al cm, se dedican al ámbito de la construcción eingeniería de grandes dimensiones: imágenes 3D deedificios y estructuras, levantamiento de mapastopográficos del terreno, adquisición de escenas paraaplicaciones de modelado de realidad virtual, medidasdimensionales de contenedores, modelado 3D depiezas o estructuras con formas complejas...

Por último, para alcances máximos en torno a los 3kilómetros con resoluciones del orden del centímetroe incertidumbres en las decenas de centímetroencontramos aplicaciones civiles como: altimetría deentornos urbanos, detección de náufragos ypequeñas embarcaciones en el océano, batimetríamarina, monitorización de bosques y cultivos,...

En el campo militar las aplicaciones se extiendendesde distancias de decenas de metros (p.e.detección de obstáculos) con resoluciones del ordendel milímetro, a decenas e incluso centenares dekilómetros con resoluciones menores al metro(discriminación estratégica de blancos). Por su parte,esta cada vez más extendido el uso de radares láser3D para aplicaciones militares en los que se requiereuna visión tridimensional con una elevada resolución,tales como la detección de obstáculos, elreconocimiento/identificación de blancos y ellevantamiento de planos del terreno.

En los Programas Nacionales de fusión de sensoresde diferentes países de la NATO, los sistemas deimagen electro-optica activos representan un sistemade apoyo al resto de sensores electro-opticos pasivosclásicos. En su mayoría, las plataformasmultisensoriales disponen de sensores con láseres(telémetros, sistemas de imagen láser o láseresmultifunción) integrados con otros dispositivosoperando en otras regiones del espectroelectromagnético (desde ondas milimétricas,infrarrojos e incluso acústicas).



Los sistemas activos superan la limitación de lospasivos en condiciones de baja visibilidad y bajocontraste. Extraen las características estables de losblancos bajo un vasto rango de condiciones debido aque la información depende primordialmente de laforma, además se incrementa la capacidad deidentificar blancos parcialmente ocultos o camufladoso difícilmente distinguibles del fondo. Adicionalmenteson capaces de proporcionar una imagen 3D delentorno observado aportación de impacto significativoen la capacidad de reconocimiento/identificación yseguimiento automático de blancos simples ymúltiples.

Los LADAR de corto alcance son utilizados a bordode helicópteros y robots para la detección deobstáculos, observación táctica de escenariosterrestres y urbanos y navegación. En operacionesmarinas los dispositivos activos se utilizan enbatimetría láser, para la detección de minas costerasy la visión a través de aguas costeras (de mayorturbidez que las oceánicas).

Los proyectos más avanzados integran rastreadoresde imagen LADAR a bordo de vehiculos no tripulados(UAV) y misiles de crucero. Los primeras sonplataformas de reconocimiento avanzado, mientrasque el objetivo de los segundos es la relocalizaciónde blancos mediante el empleo de ATR (AutonomousTarget Recognition) en tiempo real para el ataque consubmunición de precisión. Estos dispositivos concapacidad de reconocimiento, identificación ynavegación están enlazados a través de una red paramitigar la vulnerabilidad de los sistemas GPS.También se estudia la utilización a decenas dekilómetros integrándolos en los pod de observaciónde los aviones de combate.

Además de la medida de la intensidad reflejada porun blanco, se pueden emplear otras técnicas LADARpara medir otros parámetros físicos (vibración,polarización, multiespectralidad,...). La técnica devibrometría láser o radar láser coherente mide lasfirmas vibracionales de los blancos aprovechando la

elevada resolución Doppler. Dos de las aplicacionesmilitares en las que está siendo empleada son ladetección de minas enterradas, excitando el terrenocon ondas acústicas, y la detección a distancia deblancos vibrantes (como vehículos con el motor enmarcha o partes móviles) para su posteriorclasificación e identificación.

Por su parte, la tecnología LIDAR está siendoempleada para la teledetección de agentes químicosy biológicos en los denominados Long Range -Biological Standoff Detection System (LR-BSDS).Esencialmente se están probando técnicas deluminiscencia bajo excitación láser en el ultravioleta einfrarrojo y la espectroscopia RAMAN. Esta últimatécnica es capaz de analizar las trazas de gases yexplosivos que escapan de sus contenedores.

Respecto a las aplicaciones militares de los sistemasde fluorescencia LIDAR, indicar que labioluminiscencia de ciertos organismos marinos alpaso de un barco o submarino puede ser detectabledurante períodos de tiempo significativos.

En aguas oceánicas, la dispersión Raman es utilizadapara medir la temperatura mientras la que ladispersión Brillouin estima la velocidad depropagación del sonido. Estas técnicas son unaalternativa a los batitermógrafos y un perfilómetroLIDAR de suficiente sensibilidad sería capaz dedetectar una nave sumergida siguiendo los cambiostérmicos inducidos en la temperatura de una columnade agua.

A nivel militar, el interés internacional en estosdispositivos electro-opticos queda demostrado en elaumento del número de proyectos, grupos de trabajoy seminarios que se han llevado a cabo sobre tododesde el año 2001 en el seno de la WEAO/PANELII/CEPA 8 (Advanced Electro-optical Systems andTechnologies) y en el panel NATO/RTO/SET(Sensors & Electronics Technology).

En nuestra nación y dentro de la SubdirecciónGeneral de Tecnología y Centros, el Centro deInvestigación y Desarrollo de la Armada realiza desdehace más de un año, el seguimiento y evaluacióntecnológica de los LADAR y participa como asesortécnico en varias actividades relacionadas directa oindirectamente con este tipo de equipos. Así mismo,participa en el grupo NATO/RTO/ SET-077/RTG-45“N-Dimensional Eyesafe LADAR Imaging for MilitaryApplications” al que ha contribuido con trabajos en elcampo del reconocimiento/identificación automáticade blancos a partir de imágenes 3D.

Este artículo ha sido preparado por el Dr. José Díaz Caro,Investigador del CIDA y representante nacional en el RTG-45. Los temas desarrollados serán ampliados en unamonografía que se publicará en el mes de abril.

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DESAFIOS Y OPORTUNIDADES PROSPECTIVA TECNOLOGICA L … · C.N. Ingº. Manuel Pereira Rueda SDGTECEN C/ Arturo Soria 289 Madrid 28033 [email protected] ... del PIB en 2005 y da un