Dziesięć lat temu drony były uważane za technologię zastrzeżoną tylko dla oficjalnych władz, takich jak wojsko, policja itp. Jednak wiele firm i osób cywilnych używa dziś UAV (bezzałogowych statków powietrznych) do fotografowania rekreacyjnego, inspekcji, dostarczania towarów i usług. Federalna Administracja Lotnictwa Cywilnego (FAA) szacuje, że od 2019 roku w Stanach Zjednoczonych eksploatowanych jest ponad 2 miliony dronów. Spośród nich około 1,3 miliona jest przeznaczonych do użytku rekreacyjnego.
Ta wysoka gęstość zaludnienia dronów i częste incydenty związane z dronami stanowią poważne wyzwania w zakresie bezpieczeństwa i ochrony infrastruktury krytycznej (CI), zwłaszcza wokół obiektów lotniskowych.
W dniach 19-21 grudnia 2018 r. na lotnisku Gatwick w Londynie odwołano setki lotów po doniesieniach o zaobserwowaniu dronów w pobliżu pasa startowego. Szacuje się, że dotyczyło to 140 000 pasażerów, z czego około 1000 lotów zostało przekierowanych lub odwołanych, co kosztowało lotnisko i linie lotnicze miliony funtów.
W podobnym przypadku lotnisko Newark w New Jersey zostało zamknięte z powodu drona zauważonego w pobliżu przez 90 minut w styczniu 2019 r. Incydent spowodował 90 mln USD strat ekonomicznych.
Pomimo wysiłków FAA zmierzających do ograniczenia ryzyka związanego z niebezpiecznymi i niezgodnymi z przepisami operacjami dronów, problem wydaje się nasilać, a piloci samolotów, kontrolerzy ruchu lotniczego i inne zainteresowane strony w dziedzinie lotnictwa zgłaszają rocznie ponad 2000 przypadków niemal wypadnięcia. P>
Stworzyło to potrzebę wykrywania i wyłączania nieuczciwych dronów i nieautoryzowanych działań dronów, tworząc nowy obszar badań i rozwoju w zakresie technologii przeciwdziałania dronom (C-UAS).
Przeciwdziałanie dronowi to złożony, wieloetapowy proces, obejmujący interakcję między kilkoma różnymi czujnikami, metodologiami i komunikację z operatorami. Obejmuje to trzy główne kategorie:(i) wykrywanie, (ii) zapobieganie i (iii) łagodzenie. Do wykrywania nieuczciwych dronów lotniska używają czterech rodzajów czujników, a mianowicie radaru, czujników do wykrywania częstotliwości radiowych, czujników akustycznych i czujników wizualnych. Przyjrzyjmy się zaletom i wadom tych dostępnych na rynku systemów wykrywania dronów używanych do obrony lotnisk.
1. Radar
Radar dozorowy z jedną lub wieloma antenami wysyła sygnał w celu odebrania odbicia samolotu, pomiaru współrzędnych przestrzennych oraz, opcjonalnie, prędkości, przyspieszenia i kierunku.
Zalety
- System wykrywania pierwotnego nadzoru dalekiego zasięgu do 100 km, w zależności od RCS i wysokości.
- Może śledzić większość typów dronów, niezależnie od autonomicznego lotu.
- W połączeniu z algorytmami uczenia maszynowego może odróżnić ptaki od dronów.
- Wysoka dokładność śledzenia w zakresie kąta obserwacji.
- Możliwość jednoczesnego śledzenia wielu celów podczas korzystania z pokrycia wielościeżkowego.
- Bistatyczne i multistatyczne radary zwiększają dokładność wykrywania UAV.
- Niezależnie od warunków wizualnych (dzień, noc, pochmurna pogoda itp.)
- Nie potrzeba sygnału radiowego ani akustycznego
Wady
- Zasięg wykrywania zależny od rozmiaru drona i przekroju radaru (RCS).
- Systemy radarowe zaprojektowane dla lotnictwa załogowego nie mogą wykrywać małych obiektów latających.
- Wysokie koszty zakupu i instalacji
- Wymaga licencji na transmisję i sprawdzenia częstotliwości, aby zapobiec zakłóceniom z innymi transmisjami RF.
- Trudno wykryć UAV latające na małej wysokości, wolno poruszające się lub unoszące się w powietrzu.
- Brak możliwości śledzenia pilota lub geolokalizacji kontroli naziemnej
- Brak automatyzacji i duża zależność od przeszkolonych operatorów radarów
- Fałszywe trafienia z obiektami o podobnym kształcie (ptaki, chmury itp.)
2. Wykrywanie częstotliwości radiowych
Skanery o częstotliwości radiowej (RF) wykorzystują technologię wykrywania pasywnego. To ekonomiczne rozwiązanie wykrywa i śledzi UAV na podstawie ich sygnatury komunikacyjnej. Badają algorytmy do skanowania znanych częstotliwości radiowych oraz znajdowania i geolokalizacji dronów emitujących RF, niezależnie od pogody i warunków dzień/noc.
Zalety
- Niższy koszt niż czujniki radarowe o średnim zasięgu do 600 m
- Wykrywa określone pasma częstotliwości radiowych, w których UAV i GCS komunikują się w celu dowodzenia i kontroli (C2)
- Może przechwytywać fale radiowe emitowane przez UAV oraz lokalizować UAV i kontrolery
- Może przechwytywać drony emitujące WiFi
- Wykrywanie o wysokiej dokładności
- Możliwość wczesnego ostrzegania jeszcze przed startem UAV (jeśli jest włączona)
- Triangulacja jest możliwa w przypadku wielu czujników RF.
- Algorytmy uczenia maszynowego mogą klasyfikować transmisje dronów.
- Wykrywanie pasywne, licencja nie jest wymagana.
Wady
- Sygnał RF nie może wykryć autonomicznych dronów.
- Zakłócenia elektromagnetyczne i możliwości wykrywania pogorszenia wzroku.
- Zmienna dokładność wykrywania w zależności od typu drona i pasma częstotliwości
- Atakujący może sfałszować adresy MAC.
- Może wykryć tylko kilka UAV na raz
- Mniej skuteczny w środowiskach o dużym natężeniu fal radiowych z zasięgiem mniejszym niż 100 m
- Ograniczenia wykrywania roju dronów
- Niektóre systemy pasywne mogą emitować sygnały RF, mimo że są określane jako systemy pasywne.
3. Wykrywanie akustyczne
Śmigła dronów przesyłają wzór dźwiękowy, który można wykryć i wykorzystać do pozycjonowania i klasyfikacji dronów za pomocą czujników akustycznych. Zwykle mikrofon wykrywa dźwięk wydawany przez drona i oblicza lokalizację przy użyciu techniki różnicy czasu przybycia (TDOA).
Zalety
- Klasyfikacja na podstawie sygnatury akustycznej
- Potrafi odróżnić autoryzowane i nieautoryzowane UAS
- Nie ma potrzeby wykrywania sygnału RF. Może wykrywać autonomiczne latające UAV
- Wykrywanie UAV może wykraczać poza linię wzroku
- Klasyfikacja na podstawie sygnatur akustycznych UAV
- Technika różnicy czasu przybycia (TDOA) jest używana do lokalizacji UAV, podczas gdy możliwa jest triangulacja przy użyciu tablicy rozproszonych czujników
- Niskie czujniki
- Może podać kierunek drona lub przybliżoną ocenę
Wady
- Zależy od dostępnej biblioteki już przechwyconych sygnatur dźwiękowych
- Większa liczba fałszywych trafień ze względu na rosnącą liczbę modeli dronów
- Niepewne wykrywanie w zasięgu>300 m
- Nie działa tak dobrze w hałaśliwym otoczeniu
- Ograniczenia wykrywania rojów dronów
- Na skuteczność wykrywania ma wpływ kierunek wiatru, temperatura, linia widzenia i odbicia sygnału od przeszkód.
- Nie są używane jako główne źródło wykrywania.
- Brak możliwości śledzenia pilota lub geolokalizacji kontroli naziemnej
4. Wykrywanie wizualne
Czujniki elektrooptyczne w systemach obrazowania i kamerach wykorzystują sygnaturę wizualną do wykrywania UAS, podczas gdy czujniki podczerwieni wykorzystują sygnaturę cieplną. W połączeniu z danymi optycznymi sieci neuronowe i algorytmy głębokiego uczenia mogą zapewnić znaczące wsparcie i zaawansowaną inteligencję systemowi wykrywania UAV.
Zalety
- Potrzeba ingerencji człowieka lub sztucznej inteligencji w celu skutecznego wykrywania UAV
- Nie używany jako główne źródło wykrywania (zarówno kamery EO, jak i IR)
- Oba mają ograniczenia wykrywania w oparciu o możliwości rozdzielczości.
Wady
- Trudno uchwycić roje dronów.
- Kamery IR i EO potrzebują bezpośredniej linii widzenia do wykrywania UAV.
- Kamery EO zależą od warunków oświetlenia dziennego i zewnętrznego (zachmurzenie, ciemność itp.)
- Może pomylić UAV z ptakiem lub małym samolotem o podobnym kształcie.
- Ograniczenia zasięgu w zależności od warunków pogodowych (chmury, deszcz, mgła, mgła itp.)
Istnieje kilka rozwiązań technologicznych służących do ograniczania zagrożeń ze strony złośliwego UAS podczas zbliżania się do infrastruktury krytycznej. Istnieją dwa rodzaje technologii C-UAS:elektroniczne i kinetyczne. Elektroniczne środki zaradcze mogą pokonać UAV za pomocą manipulacji łączami komunikacyjnymi, zagłuszania RF lub fałszowania GPS. Zakaz kinetyczny odnosi się do przechwytywania bezzałogowych statków powietrznych za pomocą środków fizycznych. Przyjrzymy się tym technologiom C-UAS w naszym następnym poście.