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O que é o sistema anti-drone

O sistema anti-drone refere-se ao sistema anti-Uavs que utiliza a deteção de espetro, a deteção de radar, a supressão de interferências de rádio e outras tecnologias para controlar e defender a invasão ilegal de drones. É composto principalmente por uma unidade de deteção e uma unidade de supressão de interferências. A unidade de deteção é responsável pela recolha em tempo real dos sinais do drone na área de controlo do drone. Assim que o drone invasor ilegal for encontrado, a informação de alarme será gerada imediatamente e transmitida à unidade de supressão de interferências, e o sinal de interferência do drone será enviado para conduzir o drone invasor ou forçar a aterragem.

Espero que este artigo lhe dê uma compreensão mais profunda do sistema anti-drone e de como escolher o equipamento adequado para construir o seu sistema anti-drone.

Antecedentes do sector

Com o rápido desenvolvimento da inteligência artificial, da tecnologia de comunicação e da tecnologia de engenharia aeronáutica, a gama de aplicações dos Uavs é cada vez mais alargada. Da utilização comercial às operações militares, os drones tornaram-se parte integrante da sociedade moderna.

Como se pode ver na Figura 1, o mercado global de UAV apresenta uma tendência ascendente contínua. Isto significa também que enfrentaremos os riscos potenciais de um número cada vez maior de drones. A fim de reforçar a gestão dos UAV, os Estados Unidos, a China, o Japão e a União Europeia introduziram sucessivamente os regulamentos de gestão dos UAV RID. No entanto, o modo RID simples pode falhar face a actividades de voo não autorizadas de UAV. Por conseguinte, precisamos de uma solução anti-drone mais abrangente. Tal como o radar e a optoelectrónica, os sistemas soft kill e os sistemas hard kill.

Composição do sistema

Antes de começarmos a nossa descrição de um sistema anti-drone, tenho duas perguntas:

Como encontrar um drone?
Como atacar um drone?

Esta é a questão central em quech construímos o nosso sistema anti Uas.

Começamos com a primeira pergunta, "como encontrar um drone". Neste momento, a primeira coisa que provavelmente vem à mente é o radar. De facto, o radar também desempenha um papel importante na deteção de drones. Na deteção de drones, o radar de matriz faseada é utilizado principalmente. Para além do radar, existem dispositivos de deteção RF e dispositivos de localização optoelectrónicos. Cada um destes dispositivos pode funcionar de forma independente ou ser utilizado em conjunto para se complementar, pelo que pode decidir qual destes dispositivos comprar de acordo com o seu orçamento financeiro. Comprar tudo é a melhor opção e, se os fundos forem limitados, a escolha de um sistema de deteção RF será a melhor opção.

Depois de resolver o problema de como detetar drones, vamos falar sobre "como atacar um drone". Em primeiro lugar, dividimos os métodos anti-UAV em métodos soft-kill e hard-kill. Nas aplicações quotidianas, os mais comuns são os dispositivos soft-kill, como o dispositivo de interferência de drones e o equipamento de falsificação de GNSS. O hard-kill refere-se geralmente à destruição física, como o laser.

Porque é que mais pessoas escolhem o soft kill?

Como a utilização de equipamento de destruição suave por interferência de ondas electromagnéticas é mais simples, o preço é mais barato, o volume e o peso são relativamente mais adequados.

No entanto, o método de abate suave tem alguns defeitos, que podem ser inválidos para Uavs especiais com forte capacidade anti-bloqueio. É aqui que entra o hard kill. No entanto, o soft kill pode basicamente lidar com a grande maioria dos Uavs atualmente, então o equipamento soft kill desempenha um papel muito importante no anti-drone. Não se deve desprezar o equipamento de soft kill, o atual equipamento de soft kill do mercado pode cobrir toda a banda de frequência de comunicação dos UAV.

Sendo o laser o meio mais poderoso de matar, o drone não deve ignorar a sua existência. Podemos perguntar-nos por que não disparar contra o drone sem uma arma, não seria melhor? É preciso saber que é muito difícil atingir um alvo com um drone voador rápido operado por um ser humano. O equipamento laser é guiado para completar a ação de apontar o alvo através dos dados da deteção equipamento. As desvantagens dos lasers são o facto de serem caros, complexos e terem um alcance limitado. Uma vez que os dispositivos de eliminação de hardware envolvem alguns aspectos sensíveis, não os vou discutir muito aqui. Compreendam que esta informação pode não estar disponível mais tarde. Se tiver alguma dúvida, envie-me um e-mail.

Os dispositivos acima referidos podem ser reunidos para formar um sistema anti-UAV completo para realizar a tarefa de encontrar e depois contrariar os Uavs. Esta é a resposta às duas questões que mencionei anteriormente. Vou apresentar o conteúdo específico do dispositivo a partir destes dois aspectos. Vou apresentar o conteúdo específico do equipamento a partir destes dois aspectos, um é o sistema de deteção e o outro é o sistema de combate.

Sistema de deteção

Deteção de RF

O que é RF deteção:

Os detectores RF utilizam técnicas de deteção do espetro para captar os sinais dos UAV. A tecnologia de deteção do espetro é uma tecnologia que permite identificar, medir e localizar sinais de rádio através da análise da distribuição e das caraterísticas dos sinais no domínio da frequência. No equipamento de deteção do espetro dos UAV, a tecnologia de deteção do espetro é utilizada principalmente para monitorizar e analisar o sinal de rádio aéreo em tempo real, de modo a obter os parâmetros-chave como a frequência, a largura de banda e a potência do sinalal.

O advantges de RF deteção:

Deteção passiva, não transmite sinais ativamente
As ondas de rádio viajam o suficiente para cobrir uma grande área
Pode efetuar o posicionamento de alta precisão do UAV
O custo da deteção por rádio é muito baixo em comparação com as tecnologias de deteção por radar, optoelectrónica, acústica e outras tecnologias de deteção de UAV

A disadvantagens de RF deteção:

A encriptação do sinal é difícil de decifrar
Vulnerável a interferências electromagnéticas
O FPV é difícil de localizar

Deteção de radar

O que é radar de matriz faseada:

O radar de matriz faseada é um radar de matriz de varrimento eletrónico controlado por fase. A sua capacidade de conversão de feixe rápida e precisa permite que o radar complete a varredura de todo o espaço em 1 minuto. O chamado radar de matriz faseada é uma matriz de radar composta por um grande número de elementos de radiação idênticos. Cada elemento de radiação é controlado de forma independente pelo controlador de ondas e pelo deslocador de fase em fase e amplitude, o que permite obter um padrão de radiação e uma direção de feixe precisos e previsíveis.

O radar anti-Uas detecta principalmente alvos "baixos e pequenos e lentos", utilizando frequentemente a banda X e Ku, e sintetiza a dupla polarização totalmente coerente, o processamento inteligente de dados de radar, a fusão de dados de várias fontes e outras tecnologias, que podem ser realizadas em todas as condições meteorológicas, activas, multi-alvo e deteção fina de "alvos baixos e pequenos e lentos" + alvos "micro-meteorológicos de baixa altitude".

O advantagens de rdeteção de adar:

Velocidade de varrimento rápida, feixe flexível e controlável
Longo alcance de deteção
A capacidade do alvo é grande e centenas de alvos podem ser monitorizados e seguidos simultaneamente no espaço aéreo
Forte capacidade anti-interferência
Forte adaptabilidade a um ambiente de objectivos complexos
Elevada fiabilidade

A disadvantagens de rdeteção de adar:

Custo elevado
O equipamento é complexo
Existem ângulos mortos a curta distância
O alcance do feixe de varrimento é limitado

Sistema de rastreio ótico de electrões (EOTS)

O que é o sistema de rastreio de ótica eletrónica:

O equipamento optoelectrónico de identificação e rastreio combina a tecnologia de imagem de luz visível e infravermelhos, recolhe a informação ótica do alvo através do sistema ótico e converte-a em sinais eléctricos para processamento e análise, de modo a realizar a identificação e o rastreio rápidos e precisos do alvo.

O advantagens de sistema de rastreio ótico de electrões:

Câmara de alta definição, alta precisão
Forte capacidade de reconhecimento de objectos
Transmissão de imagens em tempo real
Seguimento automático do alvo

A disadvantagens de sistema de rastreio ótico de electrões:

Afetado pelo ambiente
Sofisticação técnica
Forte dependência de hardware
As câmaras ópticas são mais caras

Sistema de contador

Após a deteção do drone através do sistema de deteção, é necessário resolver o problema de como defender o drone. As formas de defesa dos Uavs dividem-se geralmente em duas categorias principais, nomeadamente soft kill e hard kill. O soft kill é conseguido principalmente através da tecnologia eletrónica, enquanto o hard kill utiliza a destruição física. Atualmente, a tecnologia mais comum é a soft-kill, porque tem um melhor desempenho em termos de custos e é menos difícil de implementar. A tecnologia soft kill aplica a tecnologia de ondas electromagnéticas para interferir com o sinal de controlo remoto e o sinal de transmissão de vídeo do UAV, transmitindo o mesmo sinal de frequência. A tecnologia foi utilizada pela primeira vez em dispositivos de interferência de drones e, em seguida, foi transformada em dispositivos de falsificação de drones. De seguida, vamos analisar os dispositivos de engodo de drones.

Drone Jammer

O que é o bloqueador de drones:

Utilizando a tecnologia de ondas electromagnéticas de alta frequência, a onda electromagnética é transmitida na mesma banda de frequência que a banda de comunicação do UAV, o que interfere com a receção das instruções do UAV no telecomando, fazendo com que o UAV não consiga analisar normalmente as instruções e os sinais de vídeo no telecomando, perdendo assim o controlo e regressando ou aterrando de acordo com o procedimento predefinido.

Normalmente, classificamos os bloqueadores em várias categorias de acordo com a sua estrutura, nomeadamente bloqueadores fixos, bloqueadores de mochila e bloqueadores de mão. De seguida, apresento algumas imagens que correspondem a cada um destes tipos.

É necessário decidir qual a estrutura do dispositivo de interferência a escolher de acordo com o seu caso de utilização específico.

O advantagens de bloqueador de drones:

O preço é barato. Desempenho de alto custo
Pode abranger várias bandas de frequência de comunicação
Bloqueio de vários alvos em simultâneo

A disadvantagens de bloqueador de drones:

A distância de interferência é limitada
Elevada potência do equipamento
Não é causado qualquer dano direto ao drone, que apenas pode forçar o drone a regressar ao seu ponto de partida ou a aterrar em segurança no local.

Drone Spoofer

O que é o drone spoofer:

Ao enviar sinais GPS enganadores, o drone não pode obter com exatidão informações sobre a sua posição, o que resulta num desvio do posicionamento ou na perda da capacidade de navegação.

O mercado é constituído principalmente por equipamento de falsificação estacionário e por equipamento de falsificação portátil. Não há grande diferença na estrutura do dispositivo de falsificação GNSS, o que nos deve preocupar é o facto de abranger os sinais de vários sistemas de posicionamento por satélite. Conhecemos a corrente principal dos quatro principais sistemas de posicionamento global: GPS, Beidou, Galileo, Glonass. Em geral, precisamos de sinais dos quatro sistemas. Como os Uavs comuns têm pelo menos dois localizadores GNSS, muitos dos Uavs da DJI, por exemplo, podem ter três ou até quatro localizadores. Por isso, para sermos infalíveis, é melhor que o nosso dispositivo de spoofing cubra os 4 principais GNSS.

O advantagens de drone spoofer:

Baixo consumo de energia do dispositivo
Pode afetar diretamente o voo do drone, ou mesmo provocar a sua queda.
A cobertura é maior do que a do jammer

A disadvantagens de drone spoofer:

O preço é relativamente mais caro do que o jammer
Incapaz de lidar com drones sem capacidades GNSS
Afecta a funcionalidade GNSS de todos os dispositivos na zona

Como escolher um Jammer

Atualmente, existem muitos bloqueadores diferentes no mercado. No entanto, de acordo com a estrutura do equipamento, este pode ser dividido em três categorias, respetivamente, bloqueador estacionário, bloqueador de mochila e bloqueador de mão. É necessário escolher o tipo correto para diferentes casos de utilização. O bloqueador estacionário usado para instalação no exterior, para estabelecer uma área de defesa da estação, pode ser usado por um longo tempo. No entanto, os bloqueadores de mochila e os bloqueadores de mão são normalmente utilizados para realizar tarefas temporárias e não podem ser utilizados durante muito tempo, sendo o tempo de funcionamento limitado pela duração da bateria. Além disso, a partir da antena do dispositivo de interferência pode ser dividida em interferência omnidirecional e interferência direcional. Sob um design específico, a interferência direcional também pode atingir uma interferência omnidirecional de 360°. O que é preciso saber é que a distância de interferência direcional será melhor do que a distância de interferência omnidirecional. A vantagem do empastelamento omnidirecional é que o sinal é transmitido a 360°. O texto acima analisa principalmente as caraterísticas relacionadas do bloqueador a partir da estrutura e, em seguida, apresentarei alguns desempenhos-chave do bloqueador do ponto de vista técnico.

Há aqui dois parâmetros fundamentais:

Frequência (refere-se à gama de frequências do sinal de interferência emitido pelo dispositivo)
Potência (refere-se à potência do sinal de interferência transmitido pelo dispositivo)

A frequência de funcionamento do dispositivo é determinada pela frequência de comunicação do drone. Existem duas ligações para a comunicação do UAV, uma é a ligação do sinal de controlo remoto e a outra é a ligação do sinal de transmissão de vídeo. Estas duas bandas de sinal são os alvos finais dos dispositivos de interferência. Frequências de comunicação comuns dos UAV: 868M, 915M, 1.5G, 2.4G, 5.2G, 5.8G. Para fazer face aos dispositivos de interferência, alguns FPV utilizam bandas de sinal muito raras, como 1.2G e 3.3G. Estas frequências são as frequências que os dispositivos de interferência têm de utilizar.

Vejamos agora um outro parâmetro - a potência. A potência do sinal está frequentemente relacionada com o nosso outro desempenho importante, que é a distância de interferência. Obviamente, quanto maior a potência, mais longe o sinal viaja. Atualmente, são comuns valores de potência como 10W, 20W, 50W, 100W. 20W é comumente usado em armas de interferência, 50W e 100W são comumente usados em equipamentos de interferência estacionários. Pode ser diferente na prática, mas é uma ocorrência comum. Como os grandes requisitos de energia para a fonte de alimentação serão maiores, sem dúvida trarão mais volume e peso. Assim, se quiser mais alcance de interferência, precisa de mais potência de sinal. Além disso, são obtidas diferentes gamas de interferência através da utilização de antenas omnidireccionais e direcionais.

Em geral, o ganho de sinal das antenas direcionais situa-se entre 10 e 16db, enquanto o ganho das antenas omnidireccionais se situa entre 2 e 6db. Mas a gama de ângulos de feixe das antenas direcionais é limitada e pode ser inferior a 90°. No entanto, a radiação do sinal da antena omnidirecional é de 360° na direção horizontal. É mais uma troca de desempenho, distância por ângulo. Do ponto de vista energético, segue a conservação da energia. É claro que podemos utilizar a tecnologia para enviar sinais direcionais numa direção de 360°.

Feixe de antena omnidirecional

Feixe de antena direcional

Analisando os dois parâmetros-chave acima referidos, penso que podemos compreender claramente o tipo de bloqueador de que necessitamos. Por exemplo, digamos que detecta um drone DJI não autorizado num raio de 500 metros e quer interrompê-lo temporariamente. Podemos verificar facilmente que a frequência de comunicação do DJI UAV é 2.4G e 5.8G, e 5.2G também é usado em algumas áreas. O posicionamento GPS é frequentemente 1.5G. A arma de interferência usa um modo de interferência direcional e, geralmente, 20W de potência de sinal de alta frequência podem interferir efetivamente a uma distância de 500 a 1000 metros. Portanto, tudo o que você precisa é de uma arma de interferência contendo 1.5G, 2.4G, 5.2G, 5.8G e potência de sinal de 20W para um único canal. É possível que os drones DJI na sua área não estejam a usar a frequência 5.2G. Também pode livrar-se dela, para poupar algum dinheiro. Este é o exemplo mais simples, mas a realidade é que é muito mais complicado, pelo que a maioria das pessoas opta por cobrir o maior número de bandas possível.

É importante saber que a distância de interferência descrita por muitos vendedores é geralmente a distância limite determinada pelo ambiente ideal. No entanto, na realidade, a distância de interferência envolve muitos factores, tais como o ambiente natural, o ambiente eletromagnético, a direção da fuselagem do UAV, a rota de transmissão do sinal do controlo remoto para o UAV, etc. Vejamos o gráfico da distância entre o sinal do dispositivo e o drone e a distância entre o controlo remoto e o drone para compreender melhor o conceito de distância de interferência.

No ponto Q, a intensidade do sinal do drone e do sinal do dispositivo são iguais, quando o dispositivo está a 1000 metros de distância do drone. A uma distância inferior a 1000 metros de D, a intensidade do sinal do dispositivo é superior à do drone, ou seja, o sinal do drone é suprimido nesta área. Quando D começa a aumentar, o sinal do dispositivo torna-se mais fraco, enquanto a distância entre o drone e o controlo remoto se aproxima, e a intensidade do sinal do UAV é mais forte. Nesta altura, o sinal do drone não pode ser suprimido e o drone não pode sofrer interferências. Se o ponto de partida do drone estiver mais afastado, a posição do ponto Q deslocar-se-á para a direita, o que significa que a distância de interferência do dispositivo aumentará. Por isso, normalmente, a distância de interferência indicada é um intervalo ou um valor extremo.

Se compreender o que precede, penso que poderá escolher um dispositivo de interferência adequado.

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