Informacje ogólne na temat dronów

Informacje ogólne na temat dronów

Sposoby detekcji


Z uwagi na specyfikę potrzeb odbiorców tego typu rozwiązań oraz różne rodzaje obszarów, które mają być chronione, dobrze jest znać charakterystykę poszczególnych sposobów detekcji.

Rodzaj użytych detektorów, ich parametry techniczne, wpływ środowiska, w jakim dane urządzenie pracuje (czynniki atmosferyczne, pora dnia np.noc), interakcja z urządzeniami w pobliżu (np. zakłócenia audio) determinują informacje, których oczekujemy od detektora tj.: odległość wykrycia intruza, wystąpienie oraz ilość fałszywych alarmów, a nierzadko w ogóle możliwość jego zadziałania.

Poniżej opis stosowanych metod detekcji dronów, wraz z ich charakterystyką.

 


  Detekcja Audio

Zasada działania

Polega na wykrywaniu charakterystycznych częstotliwości z zakresu infradźwięków. Są one emitowane, np. poprzez obrót śmigieł, i zbierane przez system w postaci cyfrowej interpretacji sygnału akustycznego (PCM). Są to tzw. sygnatury akustyczne. Im więcej sygnatur w bazie oprogramowania urządzenia, tym dokładniej identyfikowany jest dron.

 

Charakterystyka rozwiązań

Mała amplituda emitowanych przez dron dźwięków, jak również często występujący dźwięk  tła wpływa na odległość wykrycia. Zazwyczaj jest to ok.50m przy średnich zakłóceniach zewnętrznych w postaci dodatkowego tła akustycznego.

 


  Detekcja Wideo

Zasada działania

Polega na wyrywaniu ruchu obiektu na tle statycznego obrazu (jakim jest obraz terenu). Istnieje dużo algorytmów detekcji ruchu.

 

Charakterystyka rozwiązań

Problemem jest przede wszystkim mała różnica kontrastu pomiędzy dronem a tłem, oraz sama wielkość drona w stosunku do wielkości obrazu.

Należy zwrócić uwagę, że przy stałej ogniskowej obiektywu kamery na większych odległościach obraz drona zajmuje mniejszy wycinek przetwornika kamery (mniej pikseli obrazu). W skrajnych wypadkach może to być jeden piksel. Można oczywiście stosować obiektywy o zmiennej ogniskowej. Niemniej jednak przy dużej ogniskowej kat widzenia kamery jest bardzo wąski zarówno w pionie jak i w poziomie, zmniejsza się więc pole obserwacji (zwiększa jednak odległość tego pola od przetwornika). Przy dużych ogniskowych obiektywu, bardzo trudno jest też zachować stabilność układu co powoduje, że cały obraz jest ruchomy i nie posiada stałych punktów, może też być rozmyty i nieostry. Powoduje to niemożliwość rozpoznania czy identyfikacji.

Automatyczne wykrycie drona przez urządzenie korzystające z kamery jako jedynego detektora wynosi obecnie ok.100m. Nie chodzi o obserwację już wykrytego drona, która może być prowadzona z dalszej odległości.

 

W zależności od dostarczyciela rozwiązania, w pewnej ilości przypadków oprogramowanie kamery wykrywa jakikolwiek ruch jako dron. Przykładem jest obszar portu, nad którym mewy lecą pod wiatr dając wrażenie zawisu w powietrzu.

Niemniej jednak kamery np. system CCTV może być bardzo przydatnym narzędziem do identyfikacji już zgłoszonego alarmu.

 


  Termowizja

Zasada działania

Jest to obraz cieplny obserwowanego obiektu. Istotnym czynnikiem jest tu ilość produkowanego ciepła przez statek latający w zależności od zastosowanego rodzaju napędu. Wiele dronów mających znaczny udźwig jest napędzana silnikami spalinowymi, które są doskonale widoczne dla  kamery termowizyjnej.

 

Charakterystyka rozwiązań

Tak jak w przypadku detekcji video odległość wyrkycia związana jest z zaimplementowanymi w kamerach procedurami wykrywania ruchu i brakiem procedur zwiększania kontrastu. Po wypracowaniu odpowiednich procedur odległość ta ulegnie zwiększeniu. Na tą chwilę stosowane algorytmy rozpoznawania obrazu dynamicznie zmiennego są za słabe by detekować mały w stosunku od reszty obrazu obraz drona w celu stwierdzenia że takowy jest. Dodatkowo problemem jest niezbędna “ilość” kontrastu by takiego drona wykrywać na tle ciemnych lub jasnych obrazów.

 

Dla dostępnych dronów cywilnych/rekreacyjnych zasięg tego sposobu detekcji (a nie jego późniejszej obserwacji, która może być prowadzona z dalszej odległości) wynosi obecnie ok.100m. Możliwość obserwacji obiektów w całkowitej ciemności, oraz przy dużej nieprzejrzystości powietrza (mgła, opad). Możliwość łatwego pomylenia dronów z ptakami przez system.

 


  Radar

Zasada działania

Oczywistym, znanym od lat sposobem wykrywania obiektów latających jest radar. Fale radiowe odbijają się w różny sposób w zależności od długości fali, kształtu oraz skutecznej powierzchni odbicia obiektu. Obszar przeszukiwania radaru to przestrzeń ograniczona maksymalną i minimalną odległością wykrywania oraz szerokością sektora kąta azymutu i kąta elewacji.

 

Charakterystyka rozwiązań

Dla radaru kluczową jest informacja na temat minimalnej skutecznej powierzchni odbicia obiektów, które mogą być przez niego wykrywane (ang. Radar Cross Section). Im większa powierzchnia skutecznego odbicia danego obiektu, tym lepiej odbija on fale, czyli daje silniejsze echo. Niestety drony są urządzeniami, które posiadają bardzo małe RDS.

 

Niezbędne jest też dokładne zdefiniowanie potrzeb użytkownika w kontekście analizy środowiska, w którym urządzenie ma pracować m.in. rodzaju terenu (czy i jakie występują przeszkody), wymaganego obszaru przeszukiwania (zarówno maksymalnego ale też i minimalnego), wpływu zastosowanej długości fali na organizmy żywe, ilości fałszywych alarmów.

 

W przypadku wykrywania tym sposobem małych obiektów takich jak drony problemem jest wpływ/szkodliwość zastosowanej bardzo krótkiej fali na organizmy żywe, jak też wykrywanie dużej ilości obiektów, a co za tym idzie ilość fałszywych alarmów.

 

Zaletą może być duża odległość detekcji w przypadku większych urządzeń.

 

 


  Fale Radiowe

Zasada działania

Cywilne drony mogą spełniać swoje zadania przy wykorzystaniu komunikacji radiowej, w dostępnych dla nich pasmach. Służy ona nie tylko do łączności i wykonywania poleceń operatora, ale też innych funkcji potrzebnych do zapewnienia działania urządzenia.

 

Charakterystyka rozwiązań

Obecnie jest to podstawowy sposób sterowania tego typu urządzeniami. Dzięki detekcji sygnału radiowego poza alarmem o pojawieniu się dronów istnieje możliwość pozyskania innych, istotnych z punktu widzenia ochrony informacji np.: przybliżoną pozycję obiektu (dla wąskiej grupy dronów nawet koordynaty GPS), identyfikację typu urządzenia. W zależności od zastosowanego rodzaju detektora odległość wykrycia wynosi obecnie ponad 1000m.

 

Problemem jest możliwość wystąpienia fałszywych alarmów. Najczęściej są to pomyłki związane ze zła interpretacją sygnałów pochodzących od innych niż drony urządzeń.

O ile stosowanie urządzeń wykrywających drony w ten sposób jest całkowicie prawnie bezproblemowe, o tyle inne działania ingerujące w działanie częstotliwości już nie.

 

Podsumowanie

Znajomość poszczególnych sposobów detekcji pozwoli dopasować dane rozwiązanie techniczne do konkretnych potrzeb ochrony oraz rodzaju zabezpieczanego obszaru czy budynku.

 

Kluczową sprawą jest tutaj zaprezentowanie gotowego do pracy rozwiązania, a symulacja realnych sytuacji w rzeczywistym środowisku powinna być czynnikiem decydującym przy wyborze danego urządzenia do wykrywania dronów.

 

 

Przeciwdziałanie

Określenie potrzeb

Przeciwdziałanie wtargnięciom dronów przyjmuje różne warianty w zależności od potrzeb i oczekiwań danego podmiotu. Lista podstawowych elementów, które powinny być określone przed doborem rozwiązania:

 

  • Zasięg działania i czas reakcji urządzeń

Te dwa czynniki są najczęściej brane pod uwagę przy planowaniu ochrony obiektów przed dronami. Niemniej jednak ustalenie tych parametrów to dopiero początek doboru odpowiedniego urządzenia.

 

Często stosowaną symulacją do sprawdzenia właśnie tych czynników jest walka z dwoma dronami, które nadlatują jednocześnie z przeciwstawnych kierunków. Warto wykorzystać różne modele latające, posiadające odmienne typy sterowania.

 

  • Rodzaje cywilnych dronów, przed którymi system ma bronić dany teren

Jest to równie istotne założenie, ponieważ często rodzaj parametrów (np.komunikacji) oraz sposobu poruszania się drona (np. szybkości) skutecznie eliminuje niektóre szeroko prezentowane sposoby walki z dronami.

 

  • Łatwość obsługi

Walka z dronami zazwyczaj jest dodatkowym elementem zabezpieczenia, będącym wśród wielu innych zadań zespołu lub ochrony. Dlatego krótki czas szkolenia i prostota użycia systemu jest istotnym czynnikiem przy wdrażaniu i używaniu nowego systemu.

 

  •  Warunki pracy urządzeń

Podstawowym i oczywistym działaniem jest dobór urządzeń pracujących co najmniej w identycznych warunkach, w jakich drony, które chcemy unieszkodliwić mogą operować.

 

Parametr ten nie tylko wpływa na stopień skomplikowania zastosowania danego rozwiązania w przypadku zagrożenia, ale też na potrzeby użytkowników w czasie, kiedy nie jest ono używane np. w transporcie.

 

  • Otoczenie, w którym urządzenie do zwalczania dronów będzie działać

Niezwykle ważna informacja. W większości wypadków to właśnie środowisko pracy determinuje dobór odpowiedniego rozwiązania. Ukształtowanie chronionego obszaru i rodzaj przeszkód terenowych mogą skutecznie wykluczyć niektóre rozwiązania.

 

Kluczową cechą jest brak wpływu działającego urządzenia na zdrowie ludzi oraz na komunikację przy pomocy telefonów komórkowych.

 


Najczęściej prezentowane metody przeciwdziałań.

Na początku należy zaznaczyć, iż wiele z prezentowanych na świecie sposobów zwalczania dronów w rzeczywistości jest poligonem doświadczalnym dla ich konstruktorów.

Sprawdzianem faktycznej przydatności urządzeń powinien być test przeprowadzony przez samego użytkownika. Powinien on odzwierciedlać realne warunki i symulować rzeczywiste zagrożenia spowodowane przy użyciu dronów.

 

Duża część przedstawianych poniżej rozwiązań ma charakter militarny. Wprowadza to znaczące ograniczenia chodzi o możliwości nabycia danej technologii oraz jej używanie w miejscach publicznych.

 

 

  • Głowica laserowa

Rozwój broni laserowej ma swoją historię dłuższą, niż budowa oraz użytkowanie cywilnych dronów. Są to systemy o dużej mocy i gabarytach zdolne do niszczenia daleko oddalonych celów.


Zidentyfikowanie nowego zagrożenia w postaci komercyjnych dronów wykorzystywanych niezgodnie z przeznaczeniem np.do transportu ładunków wybuchowych czy chemicznych spowodowało wyprodukowanie systemów do niszczenia małych obiektów latających.


Zaczęto budować i testować mniejsze wersje rozwiązania HEL MD (High Energy Laser Mobile Demonstrator). Postęp prac i miniaturyzacji doprowadził do powstania systemu LWS, który waży tylko 300kg i można go przygotować do działania w 15 min.


Kiedy cel jest w wizualnym zasięgu systemu optycznego urządzenia przejmuje ono od operatora śledzenie i naprowadzanie na cel promienia lasera.


Zaczęto budować i testować mniejsze wersje rozwiązania HEL MD


W przypadku broni laserowych małej mocy najbardziej znane są rozwiązania amerykańskie firmy Boeing oraz niemieckie firmy Rheinmetall.

 

Obecnie testowane są systemy o mocy 1-2kW przeznaczone typowo do walki z małymi dronami. Zasada działania jest taka sama: wykrycie celu, ogrzewanie elementu drona wiązką laserową do wystąpienia jego zapalenia się i jego rozbicia o ziemię.

 

Charakterystyka rozwiązań

Wysoce zaawansowana technika pochodząca w prostej linii z metod zwalczania większych obiektów niż komercyjne drony. Z uwagi na swoje znaczenie militarne rozwiązanie to jest niedostępne dla odbiorców innych niż armie państw, w których urządzenia te zostały wyprodukowane.

 

  • Amunicja specjalna

 

Zasada działania

Najbardziej znanym rozwiązaniem tego typu jest EAPS ID (Extendedd Area Protection and Survivability Integrated Demonstator). Wykrycie przez radar drona powoduje wystrzelenie pocisku, który jest prowadzony na cel przez system namierzania.

 

Charakterystyka rozwiązań

Technologia tylko militarna wymyślona i służąca szerszym celom niż tylko niszczenie małych dronów. Nawet w takim przypadku pozostaje do rozwiązania metoda wykrywania i namierzania komercyjnych statków latających w odległości dającej możliwość na użycie tego typu rozwiązania. Nie mówiąc już o problemach stosowania tej metody w cywilnych warunkach np. podczas imprez masowych.

 

  • Przechwycenie drona w powietrzu przez inny obiekt latający

Zasada działania

Pomysł opiera się na wykorzystywaniu specjalnie skonstruowanych dronów do walki z innymi dronami.

 

Prawidłowe zadziałanie i skuteczność systemu zależy dostania się drona przechwytującego w pobliże drona intruza. Minimalną odległość pomiędzy nimi determinuje rodzaj zastosowanego rozwiązania (siatka, wyrzucane wstążki w śmigła, wystrzeliwanie plastikowych kulek).

 

Najbardziej znanym i szeroko pokazywanym rozwiązaniem jest system Francuskiej firmy M.A.L.O.U. Po powstaniu alarmu dron ma za zadanie wystratować, dolecieć do intruza i go przechwycić sprowadzając na ziemię albo uszkodzić.

 

Przechwycenie lub strącenie drona przez inną maszynę latającą

 

Innym tego typu rozwiązaniem jest metoda kalifornijskiej firmy projektującej i testującej rozwiązania polegające na wypuszczeniu wstążek w śmigła drona intruza, powodując jego upadek.

 

Przechwytywanie dronów Rapere

 

Zdarzają się też indywidualnie testowane konstrukcje, w których do drona przyczepione są urządzenia powodujące fizyczne uszkodzenia intruza np. karabinki air-soft paintball.

 

Test drona wyposażonego w pistolet pneumatyczny [VIDEO] 

 

Charakterystyka rozwiązań

Wspólnym elementem wszystkich konstrukcji są ciekawe idee oraz ambitne postawione zadania przechwycenia drona intruza. Przedstawiane rozwiązania bazują na walczeniu z napastnikami o określonych osiągach i własnościach lotnych.

 

Na wcześniejszych filmach brak jest rzeczywistej symulacji śledzenia oraz załapania dronów o parametrach znacznie przewyższających możliwości drona przechwytującego np.:

 

Test quadrocoptera Cobra 2208 [VIDEO]

 

 

  • Zestrzelenie przy pomocy broni palnej

 

Zasada działania.

Najczęściej wykorzystywana jest strzelba gładkolufowa. W większości zdarzeń przed oddaniem strzału drony były w zawisie, bądź poruszały się relatywnie wolno.

 

Wojsko osiąga lepsze rezultaty korzystając z broni snajperskiej i wykwalifikowanych strzelców.

 

(od 4:09) Pokaz możliwości drona o bardzo mocnej konstrukcji

 

Charakterystyka rozwiązań

Podstawowym warunkiem jest określenie pozycji drona na niebie. Najczęściej sprawiają problemy białe drony na tle chmur oraz ciemne na tle lasu. Nawet będąc w odległości tylko 200 metrów od obserwatora.

 

Drugim problemem jest często szybkość oraz sposób poruszania się drona.

Pozostają jeszcze problemy natury prawnej. Fala dronów zalewających rynek USA zbiegła się z występowaniem zdarzeń związanych z ich zestrzeleniem, co już spowodowało szereg procesów sądowych np. o spowodowanie zagrożenia lub zniszczenie cudzego mienia.

 

Aresztowanie mężczyzny po zestrzeleniu przez niego drona sąsiadów

 

 

  • Zakłócenie sterowania

 

Zasada działania

Emisja sygnałów dużej mocy w paśmie pracy sterowania jest szumem, który „przykrywa” sygnały właściwe. Szczegółowy sposób realizowania tego sposobu przeciwdziałania jest wyrazem indywidualnego podejścia danej firmy.

 

Efekty mogą być różne, m.in.: powrót drona w miejsce startu, natychmiastowe rozpoczęcie procesu lądowania, rozbicie drona.

 

(od 2:25) Pokaz możliwości drona o bardzo mocnej konstrukcji

 

 

Charakterystyka rozwiązań

Określone działania zewnętrzne wywołują zaprogramowane przez producentów dronów reakcje bądź ich nieprawidłowe działanie.

 

Precyzja działania w postaci zakłócania tylko określonych kanałów służących do komunikacji drona z otoczeniem świadczy o zaawansowaniu technicznym danego rozwiązania.

 

Pozwala to na prowadzenie rozmów przez telefon komórkowy podczas pracy urządzenia.

 

 

 

 

Prezentowane informacje oparte są:
  • analizie dostępnych rozwiązań (w formie informacji technicznych jak również testów rozwiązań);
  • na bazie informacji o zdarzeniach, które wystąpiły na całym świecie;
  • przeprowadzonych badań zarówno teoretycznych jak i praktycznych odnośnie do oferowanych obecnie produktów;