Fusión de sensores: detección de drones de fibra óptica silenciosos de RF en el campo de batalla

Por Benjamin Cook

Espere que cada camión, tanque y vehículo se vea como el mástil de un buque en un futuro cercano.

NOTA: A continuación, se muestra un análisis práctico sobre cómo defenderse de los drones de fibra óptica. No voy a enterrar el lede. La defensa contra todos y cada uno de los drones pequeños y baratos se basa en verlo / sentirlo primero. Se trata de los sensores. No hay nueva tecnología aquí. Tenemos todo lo que necesitamos para detectar un dron con tiempo suficiente para derribarlo. Como con todo, ¿es escalable? Sí. Eso creo. ¿Hay algo en el mercado ahora? No, pero se están probando muchos sistemas. Hay muchos sistemas para derribar misiles de crucero y Shaheds. Pero nada todavía que sea modular para una buena defensa de punto y convoyes frente a drones pequeños y baratos. ¿Por qué no tenemos esto ya en el campo de batalla? La guerra electrónica, hasta ahora, ha funcionado muy bien. Los drones de fibra cambiaron esto.

En los campos de batalla actuales, los drones guiados por fibra óptica presentan uno de los desafíos de detección más difíciles que enfrentan los defensores. Estos drones no emiten señales de radiofrecuencia, lo que los hace invisibles para los sistemas de guerra electrónica estándar que dependen de la detección de RF y la interferencia. Controlados a través de un cable atado ultradelgado, vuelan bajo, usan el terreno para cubrirse y explotan las brechas en los sistemas de sensores convencionales. Tanto Ucrania como Rusia han desplegado estos drones "inatacables" para reconocimiento y ataques de precisión.

La detección de drones de fibra óptica requiere un enfoque en capas. Ningún sensor puede cubrir todas las debilidades que explotan estos drones. La solución radica en combinar sensores acústicos, de radar y ópticos en un solo sistema de fusión. Cada tipo de sensor tiene sus fortalezas y debilidades, pero juntos pueden compensarse entre sí y crear un paraguas de detección viable.

Los sensores acústicos captan el ruido de los motores y hélices de los drones. Los drones de fibra óptica a menudo requieren un poco más de empuje para soportar el peso de su cable de sujeción, lo que los hace algo más ruidosos que los drones estándar. Las matrices de micrófonos, a veces con docenas de micrófonos, pueden escuchar estos sonidos incluso cuando el dron está oculto por el terreno o volando detrás de obstáculos. Estas matrices utilizan la formación de haces para calcular el rumbo del dron y, a veces, la elevación. Sin embargo, su alcance es limitado, generalmente solo unos pocos cientos de metros. El ruido de fondo de los campos de batalla, el viento, los vehículos o incluso los helicópteros distantes pueden abrumar la firma acústica del dron.

Los sistemas de radar ofrecen los rangos de detección más largos, a veces superiores a 1 a 3 kilómetros dependiendo de la potencia del radar y el tamaño del dron. A diferencia de los sistemas acústicos, el radar funciona en todas las condiciones climáticas y de iluminación. Los radares avanzados utilizan el procesamiento micro-Doppler para identificar drones por las firmas giratorias únicas de sus hélices, distinguiéndolos de las aves. Pero el radar requiere una línea de visión directa, y los drones que vuelan siguiendo las características del terreno pueden enmascararse en el desorden del suelo, lo que hace que los radares los pierdan hasta que sea muy tarde en su aproximación.

Las cámaras ópticas e infrarrojas proporcionan la confirmación e identificación más claras. Una cámara puede confirmar visualmente si un objeto es un dron e incluso identificar cargas útiles. Las imágenes térmicas pueden detectar firmas de calor de motores y baterías, especialmente por la noche. Una técnica novedosa en desarrollo consiste en el uso de iluminadores láser infrarrojos para barrer el cielo. Los cables de fibra óptica pueden reflejar esta luz infrarroja, haciendo que la atadura invisible sea visible para los sensores. Sin embargo, los sistemas ópticos sufren con niebla, lluvia y humo, y a menudo tienen un campo de visión limitado. Por lo general, los sensores de radar o acústicos les indican que se enfoquen en una ubicación sospechosa en lugar de escanear a ciegas.

La clave para la detección efectiva de drones de fibra óptica es la fusión, vinculando estos tres tipos de sensores en un solo sistema integrado. Cuando el radar detecta un posible dron, puede indicar automáticamente a las cámaras que se acerquen para su identificación. Si las matrices acústicas captan un sonido de un dron oculto, pueden indicar al radar que escanee ese sector con mayor intensidad. Un motor de fusión correlaciona los datos de todos los sensores en tiempo real, filtrando las falsas alarmas y produciendo una imagen aérea unificada. Si el radar detecta algo y los sensores acústicos también registran un ruido similar al de un dron, aumenta la confianza de que es un objetivo válido. Cuando se combina con algoritmos de aprendizaje automático, este enfoque multimodal se vuelve cada vez más confiable.

Dos sistemas prácticos han surgido de la experiencia reciente en el campo de batalla y el trabajo de desarrollo.

Por aproximadamente $ 500.000 se puede implementar un sistema montado en camión para proteger bases de operaciones avanzadas, convoyes o sectores fronterizos. Estas unidades móviles suelen incluir un radar 3D montado en un mástil elevador para una cobertura máxima, como el Spotter Global AX250 o el Blighter A422. El radar alimenta datos de seguimiento continuo a un sistema de comando y control (C2) reforzado en el vehículo. Los gimballs EO / IR de alta gama están montados en mástiles estabilizados, giran automáticamente para confirmar visualmente los objetivos identificados por el radar. Estas cámaras a menudo incluyen sensores infrarrojos de onda media refrigerados con rangos de detección de hasta varios kilómetros. Las matrices acústicas, como el Squarehead Discovair G2, proporcionan una cobertura adicional de cerca, llenando los puntos ciegos donde el terreno puede bloquear las señales de radar. Todas las fuentes de sensores se fusionan dentro del sistema C2 del camión, que muestra pistas de radar, transmisiones de video y rumbos acústicos en una interfaz unificada. Esto permite a los operadores tomar decisiones rápidas y señalar posibles contramedidas. Ya existen sistemas similares en servicio activo, como las plataformas X-MADIS del Ejército de los EE. UU. o LVSS ADA de Teledyne FLIR.

Por alrededor de $ 100.000 se puede construir un sistema terrestre portátil para defender trincheras, puestos avanzados o sitios fijos sensibles. En esta configuración, el radar se puede reducir a unidades de microrradar capaces de detectar drones a 500 metros. Estos sistemas más pequeños pueden tomar prestado de diseños de radares móviles o radares de seguridad perimetrales. La cobertura acústica puede ser proporcionada por varias matrices de micrófonos compactas colocadas alrededor de la posición defensiva, que ofrecen un rango de detección de 200 a 300 metros. La confirmación óptica puede depender de cámaras térmicas fijas o iluminadores láser IR desenfocados, que se reflejan en los cables de fibra óptica para exponer los drones cercanos. La potencia de procesamiento es proporcionada por una computadora portátil resistente o una mini PC integrada que ejecuta software de fusión de código abierto. El Desafío de Innovación de la OTAN ha pedido exactamente este tipo de sistemas modulares de menos de 100 kg para uso en primera línea, ya que permiten a los equipos pequeños implementar rápidamente una detección efectiva de drones sin el tamaño, el costo o las demandas de energía de las plataformas móviles completas.

Ambos sistemas comparten arquitectura modular. Muchos de los algoritmos de software, sensores y marcos de procesamiento se pueden usar tanto en configuraciones portátiles como basadas en camiones, lo que permite una adaptación flexible según las necesidades de la misión y los presupuestos disponibles.

La experiencia real en el campo de batalla ha validado el valor de la fusión de sensores. En Ucrania, los drones de fibra óptica han explotado repetidamente las brechas en la detección de RF. Los primeros intentos de soluciones de un solo sensor produjeron altas tasas de falsas alarmas. Las aves activaron sistemas solamente de radar. Las configuraciones solo acústicas tuvieron problemas en condiciones ruidosas. Pero la combinación de múltiples sensores permitió a los defensores filtrar objetivos falsos, verificar amenazas reales y proporcionar a los soldados alertas tempranas procesables. Incluso cuando el radar pierde momentáneamente un dron que vuela a baja altura enmascarado por el terreno, las matrices acústicas pueden proporcionar segundos de advertencia anticipada, un tiempo crítico para que los defensores reaccionen.

A medida que los drones de fibra óptica proliferan y evolucionan, los defensores deben continuar desarrollando plataformas de fusión de sensores modulares y adaptables que se puedan implementar tanto en entornos militares de alto nivel como en entornos de primera línea más austeros. Lo cual es una buena manera de decir que los sistemas deben ser escalables / asequibles y posiblemente incluso atritables.