Atualmente estou escrevendo nas profundezas do inverno. Devido à precipitação congelante, estradas geladas e neve, a metrópole é fechada. A temperatura exterior é -10C. As portas do meu carro estão congeladas.
Por Paul Golata, Mouser Electronics
Publicado em 9 de março de 2022 – Traduzido com permissão da Mouser Electronics
Estou sonhando com o verão. Uma época em que alguém se envolve em churrascos de carvão no quintal. Eu posso provar o hambúrguer e bacon agora. Mas há sempre um problema com o churrasco de verão no quintal. Essas moscas, mosquitos e mosquitos irritantes saem à noite (Figura 1). Oh garoto, eles são incômodos. Eu tenho que combatê-los com mata-moscas, velas de citronela, mata-moscas elétricos e misturas orgânicas de repelente de insetos para mantê-los longe de meus amigos e familiares. Caso contrário, eles continuam zumbindo, pousando na comida das pessoas ou até mordendo pessoas (malditos mutucas e mosquitos). Durante o verão, estou envolvido na proteção do espaço aéreo do meu quintal desses invasores indesejados. E então, uma vez que tenho a natureza sob controle (um pouco), ouço um zumbido vindo por cima da cerca. A última coisa que quero é ter que me defender de um enxame de drones voando pela vizinhança, atrapalhando minhas atividades de churrasco.
Drones
Os drones tornaram-se sinônimo de tecnologia de veículos aéreos não tripulados (UAVs) e sistemas de aeronaves não tripuladas (UASs). O termo UAVs normalmente corresponde ao ativo voando no ar. Em contraste, o termo UASs implica a inclusão do ativo aéreo com toda a sua tecnologia de suporte no solo e qualquer controle humano. Os drones rapidamente encontraram aplicações dentro do contexto militar, tornando-se ferramentas a serem empregadas em missões militares consideradas muito arriscadas devido à possibilidade de perda de vidas humanas ou muito repetitivas e monótonas para o constante envolvimento humano via ar. Os drones podem ser classificados por critérios, incluindo sua massa (kg), velocidade (m/s), altitude máxima (m) e nível de autonomia – de controlado remotamente por humanos a totalmente autônomo.
Antidrones
Com a disponibilidade de UAVs/UASs de baixo custo, onipresentes, cada vez mais sofisticados e complexos (doravante UAVs), surge o desafio de como avaliar, mitigar e proteger contra atividades nefastas de drones. Este artigo discutirá algumas das tecnologias por trás dos diferentes esforços contra drones ou antidrones (doravante: Antidrone), os recursos da tecnologia de proteção contra drones e como essa tecnologia pode ser implantada fora das aplicações militares. O foco do Antidrone estará na consciência situacional necessária para detectar, rastrear e classificar, com a questão de como desativar e mitigar o drone nefasto em grande parte inexplorado.
Monitoramento de localização
Os drones de propriedade privada ou corporativa e controlados representam ameaças potenciais às estruturas e instituições civis. Essas ameaças podem ser a objetos físicos, como aeroportos locais e tráfego aéreo (Figura 2), ou por meio de vigilância/espionagem/roubo de propriedade intelectual (IP) envolvendo infraestruturas críticas, corporações e eventos esportivos. Além disso, os drones oferecem um possível risco para grandes aglomerações de pessoas, como escolas, desfiles, engarrafamentos e comícios. Atores nefastos também podem tentar violar os limites das prisões, implantando drones com munições explosivas ou empregá-los para outras formas de terrorismo. Para isso, autoridades locais e privadas devem criar planos gerais e específicos de como proteger seus ativos com blindagem contra drones. Em outras palavras, eles devem determinar o que monitorarão e como monitorarão os drones. Devido a recursos limitados, a proteção de espectro total pode ser priorizada no que é considerado mais essencial. O desejo é desenvolver a detecção de ameaças o mais cedo possível para que drones nefastos em potencial possam ser rastreados, classificados, interditados, interceptados ou destruídos.
Detecção e rastreamento
O corpo humano é um sistema biológico incrível. Os cinco (5) sentidos de um ser humano fornecem uma série de informações contextuais e sinais para detectar o que está acontecendo ao seu redor. Para empregar a tecnologia de Antidrones, os engenheiros devem projetar sistemas de Antidrones baseados em eletrônica. Tomando suas sugestões de design do mundo biológico ao seu redor, os engenheiros reconhecem que os esquemas de detecção usando sistemas de detecção eletrônica podem permitir que eles ouçam ou vejam drones potencialmente nefastos.
Audição: Sensores Acústicos
A abelha bate as asas a um ritmo de cerca de 200 vezes por segundo, o que cria uma pequena assinatura audível. Se você se encontrar em meio a um enxame de abelhas, pode ser barulhento e intimidador.
Os engenheiros de sistema podem empregar sensores acústicos passivos sensíveis, principalmente na forma de microfones ou matrizes de microfones, para captar o ruído acústico gerado por drones únicos ou múltiplos (enxames). Apesar do som audível relativamente pequeno que um drone pode fazer, o uso de amplificadores acústicos acoplados a filtros de frequência, dispositivos e algoritmos inteligentes pode ser capaz de classificar e identificar quando um drone entrou em uma zona de proteção do espaço aéreo. Esses algoritmos acústicos podem ser potencialmente aumentados utilizando inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML). A detecção acústica geralmente permite que o sistema triangule grosseiramente o drone detectado. Também é uma ótima opção porque complementa a detecção de visão (visão) que pode exigir recursos de linha de visão (LOS). Naturalmente, é mais fácil empregá-lo em espaços mais silenciosos e abertos.
Vendo: Sensores de visão e câmera
As abelhas podem ver através do espectro de luz de 300 nm a 600 nm. Em comparação com os humanos (400nm–700nm), as abelhas podem ver na região ultravioleta (UV) (<400nm) e são cegas à luz vermelha (>600nm). Uma abelha tem um olho composto formado por cerca de 8.600 facetas. A visão das abelhas permite que encontrem flores. Os humanos implantaram câmeras em drones, permitindo que eles capturem e gravem coisas para os humanos assistirem não apenas dentro do espectro humano, mas também potencialmente além da visão humana com câmeras infravermelhas (IR) ou UV. Câmeras infravermelhas voltadas para o futuro (FLIR) ou câmeras semelhantes podem ser usadas para fornecer uma maneira de ter visão na escuridão ou observar imagens térmicas. Gravações podem ser feitas para ter evidência do que aconteceu. Os sistemas de visão em drones exigem linha de visão (LOS) porque a luz viaja em linha reta. A detecção por meio de observação visual requer recursos de detecção adicionais porque, se o drone não estiver em um LOS, o Antidrone é cego. Os Antidrones podem ser estrategicamente equipados com uma série de recursos estendidos para atualizar seus recursos de detecção de visão para operar em vários contextos. Os sistemas de visão estão sujeitos a um desempenho ruim em ambientes mais desafiadores, como escuridão e precipitação. As taxas de alarmes falsos também podem ser maiores em sistemas de visão como resultado da classificação incorreta do objeto detectado.
Os UASs que incorporam IA e centros de controle podem utilizar um UAV com uma câmera universal serial bus (USB) 3.0. Esta câmera pode monitorar continuamente o espaço aéreo restrito e fornecer um amplo campo de visão (FoV). A Basler é um fabricante líder de câmeras digitais de alta qualidade e acessórios para tais aplicações. Produtos como a câmera Basler ace U USB 3.0 atendem aos requisitos críticos de detecção de drones.
Refletir para detectar
Outra maneira de detectar drones é mais parecida com a técnica empregada pelos morcegos. Em vez de usar navegação e alcance acústicos (SONAR), a detecção e alcance de rádio (radiação eletromagnética) (RADAR) são usados. Uma maneira ativa seria que os sinais de radiofrequência (RF) fossem enviados, geralmente em uma rajada de curta duração, de um transmissor (Tx), inundando a zona aérea com sinais de RF. Os itens dentro desta zona de espaço aéreo coberto refletem (ecoam) esses sinais de RF de volta para onde são captados por um receptor de RF (Rx). Essas reflexões são usadas para mapear os objetos com o espaço aéreo protegido. O sinal refletido contém adicionalmente informações direcional e de velocidade. Esses sistemas podem funcionar em grandes distâncias, fornecendo rastreamento e cobertura em tempo real. Ele pode lidar com vários alvos simultaneamente, como enxames, e não depende das condições ambientais. Como os sinais de RF estão sendo emitidos, isso geralmente se enquadra em uma classificação que exige aderência aos requisitos de transmissão de frequência estabelecidos pelas autoridades apropriadas para evitar impactos de interferência em outros contextos circundantes.
Como os drones dependem de sinais de RF (como aqueles nas seguintes bandas de frequência: 1,2 GHz, 1,3 GHz, 2,4 GHz e 5,8 GHz), um método passivo é ouvir esses espectros com um sensor de RF. Se o sensor de RF e a análise subsequente detectarem e identificarem um protocolo de comunicação de drone empregado, ele poderá fornecer um alerta.
Interdição por Interrupção
A interdição tática significa atrasar ou interromper forças nefastas antes de chegar ou entrar em cena. No caso da tecnologia de Antidrones, significa proibir que os drones suspeitos entrem preventivamente no espaço aéreo protegido. Uma vez que os drones suspeitos são detectados, alguém pode direcionar um interferidor de RF ou um dispositivo de microondas de alta potência (HPM) em direção ao drone (Figura 3). Esses interruptores de sinal podem ser montados estruturalmente ou móveis. Eles podem direcionar um feixe de alta energia, como um pulso eletromagnético (EMP), em direção ao drone, o que, na verdade, tornará o controlador cego, incapaz de se comunicar ou confundindo o senso do drone de seu Sistema de Posicionamento Global (GPS) coordenadas.
Quando o controle é perdido, os drones são geralmente programados para (a) pousar com segurança, (b) retornar para casa, (c) cair do céu como uma versão de drone de Icarus ou (d) sair voando aleatoriamente e incontrolavelmente para quem sabe onde. Ambas as opções (c) e (d) podem ter sérias consequências negativas. Os bloqueadores de RF dependem de uma forma não cinética de interdição. Além disso, os HPMs podem impactar eletrônicos não intencionais que estão dentro do caminho do EMP, potencialmente causando danos colaterais.
Interceptação
Formas cinéticas de tecnologia de contra-drones também estão disponíveis. Essas formas geralmente caem em um domínio de interceptação ou destruição. Essa ação geralmente é justificada quando o prazo de decisão ou janela para outra ação já passou. Os riscos percebidos são considerados muito graves e pesados para suportar mais atrasos. A situação chegou a um ponto em que um fim deve ser alcançado e a ameaça deve ser neutralizada o mais rápido possível.
Uma maneira de interceptação é a pelengação.(Direction Finding ou encontrar a direção). A Pelengação permite que uma antena altamente direcional obtenha a orientação dos emissores de RF que controlam o drone suspeito para organizar uma interceptação daqueles que controlam o drone suspeito.
A tecnologia de Antidrone pode envolver o envio de outros drones para atacar e interceptar ou destruir uma ameaça como as aves de rapina energéticas e acrobáticas, os falcões peregrinos. Foram desenvolvidos sistemas que são disparados para o ar e, quando dentro do alcance, disparam uma rede de teias, como o Homem-Aranha, capturando e desativando a ameaça que entra, impedindo que as pás do rotor girem e mantenham sua trajetória de vôo.
Conclusão
Mal posso esperar pelo verão, um clima mais quente e a churrasqueira do quintal. Apesar dos meus esforços para proteger o espaço aéreo do meu quintal de uma série de insetos voadores que querem zumbir ao meu redor, estou ansioso para morder meu cheeseburger duplo grelhado. Vale a pena. Confio que os especialistas em engenharia que trabalham na tecnologia de Antidrones protegerão o espaço aéreo do meu quintal de quaisquer pragas nefastas de drones. Afinal, quero manter em segredo minha infame receita de hambúrguer de família.
Sobre o autor - Paul Golata
Paul Golata ingressou na Mouser Electronics em 2011. Como especialista sênior em tecnologia, Paul contribui para o sucesso da Mouser por meio de liderança estratégica, execução tática e orientações gerais de linha de produtos e marketing para produtos relacionados a tecnologia avançada. Ele fornece aos engenheiros de projeto as informações e tendências mais recentes em engenharia elétrica, fornecendo conteúdo técnico exclusivo e valioso que facilita e aprimora a Mouser Electronics como o distribuidor preferido. Antes de ingressar na Mouser Electronics, Paul atuou em várias funções relacionadas à fabricação, marketing e vendas na Hughes Aircraft Company, Melles Griot, Piper Jaffray, Balzers Optics, JDSU e Arrow Electronics. Ele possui um BSEET do DeVry Institute of Technology (Chicago, IL); um MBA da Pepperdine University (Malibu, CA); um MDiv w/BL do Seminário Teológico Batista do Sudoeste (Fort Worth, TX); e PhD pelo Southwestern Baptist Theological Seminary (Fort Worth, TX).
