Un decennio fa, i droni erano considerati una tecnologia riservata solo alle autorità ufficiali, come l'esercito, la polizia, ecc. Ma numerose aziende e civili utilizzano gli UAV (veicoli aerei senza pilota) oggi per la fotografia ricreativa, l'ispezione, la fornitura di beni e servizi. La Federal Aviation Administration (FAA) stima che oltre 2 milioni di droni siano in uso negli Stati Uniti nel 2019. Di questi, circa 1,3 milioni sono di proprietà per uso ricreativo.
Questa elevata densità di popolazione di droni e i frequenti incidenti correlati ai droni pongono sfide significative per la sicurezza e la protezione delle infrastrutture critiche (CI), in particolare intorno alle strutture aeroportuali.
Tra il 19 e il 21 dicembre 2018, centinaia di voli sono stati cancellati all'aeroporto di Gatwick, Londra, a seguito di segnalazioni di avvistamenti di droni vicino alla pista. Si stima che siano stati colpiti 140.000 passeggeri, con circa 1000 voli deviati o cancellati, con un costo di milioni di sterline per l'aeroporto e le compagnie aeree.
In un evento simile, l'aeroporto di Newark nel New Jersey è stato chiuso a causa di un drone avvistato nelle vicinanze per 90 minuti nel gennaio 2019. L'incidente ha causato una perdita economica di 90 milioni di dollari.
Nonostante gli sforzi della FAA per contenere i rischi di operazioni con droni non sicure e non conformi, il problema sembra accelerare, con oltre 2000 avvistamenti di mancati incidenti segnalati ogni anno da piloti di aeroplani, controllori del traffico aereo e altre parti interessate dell'aviazione.
Ciò ha creato la necessità di rilevare e disabilitare i droni canaglia e le attività non autorizzate dei droni, creando una nuova area di ricerca e sviluppo nelle tecnologie contro i droni (C-UAS).
Contrastare un drone è un processo complesso in più fasi, che implica l'interazione tra diversi sensori, metodologie e comunicazioni distinti con operatori umani. Ciò include tre categorie principali:(i) rilevamento, (ii) prevenzione e (iii) mitigazione. Per rilevare i droni canaglia, gli aeroporti utilizzano quattro tipi di sensori, vale a dire radar, sensori di rilevamento a radiofrequenza, sensori acustici e sensori visivi. Diamo un'occhiata ai pro e ai contro di questi sistemi di rilevamento dei droni disponibili in commercio utilizzati per difendere gli aeroporti.
1. radar
Un radar di sorveglianza con una o più antenne invia un segnale per ricevere la riflessione degli aerei, misurando le coordinate spaziali e, facoltativamente, velocità, accelerazione e direzione.
Pro
- Sistema di rilevamento di sorveglianza primaria a lungo raggio fino a 100 km, a seconda dell'RCS e dell'altitudine.
- Può tracciare la maggior parte dei tipi di droni, indipendentemente dal volo autonomo.
- Se combinato con algoritmi di apprendimento automatico, può distinguere gli uccelli dai droni.
- Tracciamento ad alta precisione in un angolo di osservazione.
- In grado di tracciare più bersagli contemporaneamente quando si utilizza la copertura multitracciamento.
- I radar bistatici e multistatici aumentano la precisione del rilevamento UAV.
- Indipendente dalle condizioni visive (giorno, notte, tempo nuvoloso, ecc.)
- Non c'è bisogno di segnale RF o acustico
Contro
- Raggio di rilevamento dipendente dalle dimensioni del drone e dalla sezione radar (RCS).
- I sistemi radar progettati per l'aviazione con equipaggio non sono in grado di rilevare piccoli oggetti volanti.
- Alti costi di acquisto e installazione
- Richiede una licenza di trasmissione e un controllo della frequenza per prevenire interferenze con altre trasmissioni RF.
- Difficile rilevare UAV a bassa quota, lenti o in bilico.
- Nessuna capacità di tracciamento del pilota o geolocalizzazione del controllo a terra
- Mancanza di automazione ed elevata dipendenza da operatori radar addestrati
- Falsi positivi con oggetti di forma simile (uccelli, nuvole, ecc.)
2. Rilevamento di radiofrequenze
Gli scanner a radiofrequenza (RF) utilizzano la tecnologia di rilevamento passivo. Questa soluzione conveniente rileva e traccia gli UAV in base alla loro firma di comunicazione. Esplorano algoritmi per scansionare le frequenze radio note e trovare e geolocalizzare i droni che emettono RF, nonostante le condizioni meteorologiche e diurne/notturne.
Pro
- Costo inferiore rispetto ai sensori radar con raggio medio fino a 600 m
- Rileva alcune bande di radiofrequenza in cui UAV e GCS comunicano per comando e controllo (C2)
- Può acquisire RF emesse da UAV e può localizzare UAV e controller
- Può catturare droni che emettono WiFi
- Rilevamento ad alta precisione
- Capacità di allerta precoce anche prima del decollo dell'UAV (quando attivato)
- La triangolazione è possibile con più sensori RF.
- Gli algoritmi di machine learning possono classificare le trasmissioni dei droni.
- Rilevamento passivo, nessuna licenza richiesta.
Contro
- Il segnale RF non è in grado di rilevare i droni volanti autonomi.
- Le interferenze elettromagnetiche e la perdita della vista riducono le capacità di rilevamento.
- Precisione di rilevamento variabile a seconda del tipo di drone e della banda di frequenza
- L'attaccante può falsificare gli indirizzi MAC.
- Può rilevare solo pochi UAV alla volta
- Meno efficace in ambienti RF pesanti con una portata inferiore a 100 m
- Limiti di rilevamento per sciame di droni
- Alcuni sistemi passivi possono emettere segnali RF, nonostante siano caratterizzati come sistemi passivi.
3. Rilevamento acustico
Le eliche dei droni trasmettono uno schema audio che può essere rilevato e utilizzato per il posizionamento e la classificazione dei droni tramite sensori acustici. Di solito, un microfono rileva il suono prodotto da un drone e calcola la posizione utilizzando la tecnica della differenza di orario di arrivo (TDOA).
Pro
- Classificazione in base alla firma acustica
- Può distinguere tra UAS autorizzati e non autorizzati
- Non è necessario il segnale RF per il rilevamento. Può rilevare UAV volanti autonomi
- Il rilevamento UAV può estendersi oltre la linea di vista
- Classificazione basata sulle firme acustiche degli UAV
- La tecnica della differenza di tempo di arrivo (TDOA) viene utilizzata per la localizzazione degli UAV mentre la triangolazione è possibile con una serie di sensori distribuiti
- Sensori a basso costo
- Può fornire la direzione del drone o una stima approssimativa
Contro
- Dipende da una libreria disponibile di firme sonore già acquisite
- Falsi positivi più elevati a causa del numero crescente di modelli di droni
- Rilevamento inaffidabile a distanza>300 m
- Non funziona altrettanto bene in ambienti rumorosi
- Limiti di rilevamento per sciami di droni
- Le prestazioni di rilevamento sono influenzate dalla direzione del vento, dalla temperatura, dalla linea di visuale e dai riflessi del segnale dovuti agli ostacoli.
- Non vengono utilizzati come fonte di rilevamento principale.
- Nessuna capacità di tracciamento del pilota o geolocalizzazione del controllo a terra
4. Rilevamento visivo
I sensori elettro-ottici nei sistemi di imaging e nelle fotocamere utilizzano una firma visiva per rilevare UAS, mentre i sensori a infrarossi utilizzano una firma termica. Se combinati con dati ottici, reti neurali e algoritmi di deep learning possono fornire supporto significativo e intelligenza avanzata a un sistema di rilevamento UAV.
Pro
- Necessità dell'interferenza umana o dell'intelligenza artificiale per rilevare in modo efficiente gli UAV
- Non utilizzato come sorgente di rilevamento principale (sia EO che IR telecamere)
- Entrambi hanno limitazioni di rilevamento basate sulle capacità di risoluzione.
Contro
- Difficile catturare sciami di droni.
- Le telecamere IR ed EO necessitano di una linea visiva diretta per rilevare gli UAV.
- Le telecamere EO dipendono dalla luce del giorno e dalle condizioni di illuminazione esterna (nuvoloso, oscurità, ecc.)
- Potrebbe confondere l'UAV con un uccello o un piccolo aeroplano di forma simile.
- Limiti di portata a seconda delle condizioni meteorologiche (nuvole, pioggia, nebbia, foschia, ecc.)
Esistono diverse soluzioni tecnologiche per mitigare le minacce provenienti da UAS dannosi quando ci si avvicina a infrastrutture critiche. Esistono due tipi di tecnologie C-UAS:elettronica e cinetica. Le contromisure elettroniche possono sconfiggere gli UAV utilizzando la manipolazione dei collegamenti di comunicazione, il disturbo RF o lo spoofing GPS. L'interdizione cinetica si riferisce all'intercettazione di UAS con mezzi fisici. Esamineremo queste tecnologie C-UAS nel nostro prossimo post.