Hace una década, los drones se consideraban una tecnología restringida solo a las autoridades oficiales, como el ejército, la policía, etc. Sin embargo, numerosas empresas y civiles utilizan hoy en día los UAV (vehículos aéreos no tripulados) para fotografía recreativa, inspección, entrega de bienes y servicios. La Administración Federal de Aviación (FAA) estima que más de 2 millones de drones están en uso en los EE. UU. a partir de 2019. De ellos, alrededor de 1,3 millones son para uso recreativo.
Esta alta densidad de población de drones y los frecuentes incidentes relacionados con drones plantean importantes desafíos de seguridad y protección para las infraestructuras críticas (CI), especialmente alrededor de las instalaciones aeroportuarias.
Entre el 19 y el 21 de diciembre de 2018, se cancelaron cientos de vuelos en el aeropuerto de Gatwick, Londres, luego de informes de avistamientos de drones cerca de la pista. Se estima que 140 000 pasajeros se vieron afectados, con alrededor de 1000 vuelos desviados o cancelados, lo que costó millones de libras al aeropuerto y a las aerolíneas.
En un evento similar, el aeropuerto de Newark en Nueva Jersey se cerró debido a que un dron se detectó en las inmediaciones durante 90 minutos en enero de 2019. El incidente causó una pérdida económica de USD 90 millones.
A pesar de los esfuerzos de la FAA para contener los riesgos de las operaciones inseguras y que no cumplen con los drones, el problema parece estar acelerándose, con más de 2000 avistamientos de cuasi accidentes por año informados por pilotos de aviones, controladores de tráfico aéreo y otras partes interesadas de la aviación.
Esto ha creado la necesidad de detectar y deshabilitar drones no autorizados y actividades no autorizadas de drones, creando una nueva área de investigación y desarrollo en tecnologías contra drones (C-UAS).
Contrarrestar un dron es un proceso complejo de varios pasos que involucra la interacción entre varios sensores, metodologías y comunicación con operadores humanos. Esto incluye tres categorías principales:(i) detección, (ii) prevención y (iii) mitigación. Para detectar drones deshonestos, los aeropuertos utilizan cuatro tipos de sensores, a saber, radar, sensores de detección de radiofrecuencia, sensores acústicos y sensores visuales. Veamos los pros y los contras de estos sistemas de detección de drones disponibles en el mercado que se utilizan para defender aeropuertos.
1. Radar
Un radar de vigilancia con una o varias antenas envía una señal para recibir el reflejo de las aeronaves, midiendo las coordenadas espaciales y, opcionalmente, la velocidad, la aceleración y la dirección.
Ventajas
- Sistema de detección de vigilancia primaria de largo alcance de hasta 100 km, dependiendo del RCS y la altitud.
- Puede rastrear la mayoría de los tipos de drones, independientemente del vuelo autónomo.
- Cuando se combina con algoritmos de aprendizaje automático, puede distinguir pájaros de drones.
- Seguimiento de alta precisión en un rango de ángulo de observación.
- Capaz de rastrear múltiples objetivos simultáneamente cuando se usa la cobertura de seguimiento múltiple.
- Los radares biestáticos y multiestáticos aumentan la precisión de la detección de UAV.
- Independiente de las condiciones visuales (día, noche, clima nublado, etc.)
- Sin necesidad de RF o señal acústica
Desventajas
- El rango de detección depende del tamaño del dron y la sección transversal del radar (RCS).
- Los sistemas de radar diseñados para la aviación tripulada no pueden detectar pequeños objetos voladores.
- Alto costo de adquisición e instalación
- Requiere una licencia de transmisión y verificación de frecuencia para evitar interferencias con otras transmisiones de RF.
- UAV difíciles de detectar que vuelan a baja altitud, se mueven lentamente o se ciernen.
- Sin capacidad de seguimiento de pilotos ni geolocalización de control en tierra
- Falta de automatización y alta dependencia de operadores de radar capacitados
- Falsos positivos con objetos de forma similar (pájaros, nubes, etc.)
2. Detección de radiofrecuencia
Los escáneres de radiofrecuencia (RF) utilizan tecnología de detección pasiva. Esta solución rentable detecta y rastrea vehículos aéreos no tripulados en función de su firma de comunicación. Exploran algoritmos para escanear frecuencias de radio conocidas y encontrar y geolocalizar drones emisores de RF, independientemente del clima y las condiciones diurnas/nocturnas.
Ventajas
- Menor coste que los sensores de radar con un alcance medio de hasta 600 m
- Detecta ciertas bandas de radiofrecuencia donde los UAV y GCS se comunican para comando y control (C2)
- Puede capturar RF emitida por UAV y puede localizar UAV y controladores
- Puede capturar drones emisores de WiFi
- Detección de alta precisión
- Capacidad de alerta temprana incluso antes del despegue del UAV (cuando está encendido)
- La triangulación es posible con múltiples sensores de RF.
- Los algoritmos de aprendizaje automático pueden clasificar las transmisiones de drones.
- Detección pasiva, no se requiere licencia.
Desventajas
- La señal de RF no puede detectar drones voladores autónomos.
- La interferencia electromagnética y la pérdida de visión degradan las capacidades de detección.
- Precisión de detección variable según el tipo de dron y la banda de frecuencia
- El atacante puede falsificar direcciones MAC.
- Puede detectar solo unos pocos UAV a la vez
- Menos eficaz en entornos de alta RF con un alcance de menos de 100 m
- Limitaciones de detección para enjambre de drones
- Algunos sistemas pasivos pueden emitir señales de RF, a pesar de estar caracterizados como sistemas pasivos.
3. Detección acústica
Las hélices de los drones transmiten un patrón de audio que los sensores acústicos pueden detectar y utilizar para posicionar y clasificar los drones. Por lo general, un micrófono detecta el sonido producido por un dron y calcula la ubicación utilizando la técnica de diferencia horaria de llegada (TDOA).
Ventajas
- Clasificación basada en la firma acústica
- Puede diferenciar entre UAS autorizados y no autorizados
- No se necesita señal de RF para la detección. Puede detectar vehículos aéreos no tripulados voladores autónomos
- La detección de UAV puede extenderse más allá de la línea de visión
- Clasificación basada en las firmas acústicas de los UAV
- La técnica de diferencia horaria de llegada (TDOA) se utiliza para la localización de UAV, mientras que la triangulación es posible con una matriz de sensores distribuidos
- Sensores de bajo costo
- Puede proporcionar la dirección del dron o una estimación aproximada
Desventajas
- Depende de una biblioteca disponible de firmas de sonido ya capturadas
- Mayor número de falsos positivos debido al creciente número de modelos de drones
- Detección poco fiable a>300 m
- No funciona tan bien en entornos ruidosos
- Limitaciones de detección de enjambres de drones
- El rendimiento de la detección se ve afectado por la dirección del viento, la temperatura, la línea de visión y los reflejos de la señal debido a los obstáculos.
- No se utilizan como fuente de detección primaria.
- Sin capacidad de seguimiento de pilotos ni geolocalización de control en tierra
4. Detección Visual
Los sensores electro-ópticos en los sistemas de imágenes y cámaras usan una firma visual para detectar UAS, mientras que los sensores infrarrojos usan una firma de calor. Cuando se combinan con datos ópticos, las redes neuronales y los algoritmos de aprendizaje profundo pueden brindar un apoyo significativo e inteligencia avanzada a un sistema de detección de UAV.
Ventajas
- Necesidad de interferencia humana o inteligencia artificial para detectar UAV de manera eficiente
- No se utiliza como fuente de detección principal (cámaras EO e IR)
- Ambos tienen limitaciones de detección basadas en capacidades de resolución.
Desventajas
- Difícil de capturar enjambres de drones.
- Las cámaras IR y EO necesitan una línea de visión directa para detectar vehículos aéreos no tripulados.
- Las cámaras EO dependen de la luz del día y de las condiciones de iluminación exterior (nublado, oscuridad, etc.)
- Puede confundir el UAV con un pájaro o un avión pequeño de forma similar.
- Limitaciones de alcance dependiendo de las condiciones climáticas (nubes, lluvia, niebla, neblina, etc.)
Existen varias soluciones tecnológicas para mitigar las amenazas de UAS maliciosos al acercarse a infraestructuras críticas. Existen dos tipos de tecnologías C-UAS:electrónica y cinética. Las contramedidas electrónicas pueden derrotar a los UAV mediante la manipulación de enlaces de comunicaciones, la interferencia de RF o la falsificación de GPS. La interdicción cinética se refiere a interceptar UAS por medios físicos. Veremos estas tecnologías C-UAS en nuestra próxima publicación.