Urban Anti-UAV: Fundamentals of UAV Characteristics

Για την ορθολογική κατασκευή ενός αστικού αμυντικού συστήματος κατά των UAV, πρωταρχική προϋπόθεση είναι η σαφής κατανόηση της βασικής σύνθεσης και των χαρακτηριστικών στόχων των συστημάτων UAV. Η βασική αρχιτεκτονική ενός συστήματος UAV αποτελείται από δύο βασικά μέρη: πρώτον, την πλατφόρμα υλικού και το λογισμικό υποστήριξης του τηλεχειριστηρίου (συμπεριλαμβανομένου του συστήματος επίγειου σταθμού). δεύτερον, η πλατφόρμα υλικού του ίδιου του UAV, το σύστημα λογισμικού και η ενσωματωμένη μονάδα υλικού και λογισμικού του εποχούμενου ωφέλιμου φορτίου. Αυτά τα δύο μέρη πραγματοποιούν την αλληλεπίδραση δεδομένων και τη μετάδοση εντολών μέσω συνδέσμων αμφίδρομης επικοινωνίας άνω και κάτω ζεύξης. Η επιχειρησιακή αποτελεσματικότητα των UAV υποστηρίζεται κυρίως από τέσσερα βασικά στοιχεία: εντολές τηλεχειρισμού, μετάδοση εικόνας, δορυφορική πλοήγηση και προκαθορισμένα ενσωματωμένα προγράμματα. Ως εκ τούτου, η στοχευμένη εμπλοκή και υποκλοπή ακριβείας έναντι των φασματικών χαρακτηριστικών διαφόρων ηλεκτρομαγνητικών σημάτων σε βασικούς συνδέσμους, όπως οι ζεύξεις επικοινωνίας, η πλοήγηση και ο εντοπισμός θέσης και η μετάδοση ωφέλιμου φορτίου αποστολής μπορούν να εμποδίσουν αποτελεσματικά τη ροή πληροφοριών και να αποδυναμώσουν σημαντικά τις πρακτικές επιχειρησιακές δυνατότητες των UAV.

Επί του παρόντος, ο βασικός στόχος της πρόληψης και του ελέγχου των UAV στον αστικό εναέριο χώρο εστιάζεται σε «μικρά, ελαφριά και μικρο» UAV. Βασιζόμενοι στα πλεονεκτήματα του μικρού μεγέθους και της ισχυρής απόκρυψης, τέτοια UAV μπορούν να εκτελούν με ευελιξία εργασίες όπως κρυφή αναγνώριση, επιτήρηση σταθερού σημείου και χτυπήματα ακριβείας σε πολύπλοκα αστικά περιβάλλοντα, και μπορούν επίσης να εκτελούν τακτικές ενέργειες, όπως εικονική εκτροπή, έχοντας σημαντικά εγγενή πλεονεκτήματα στις αστικές επιχειρήσεις. Ως εκ τούτου, το αποτελεσματικό αντίμετρο ενάντια στα «μικρά, ελαφρά και μικρο» UAV έχει γίνει βασική απαίτηση ικανότητας στην κατασκευή ενός αστικού λειτουργικού συστήματος κατά των UAV. Σύμφωνα με τους μηχανισμούς ελέγχου και τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους, τέτοια UAV μπορούν να υποδιαιρεθούν σε έξι κατηγορίες, με τις βασικές τεχνικές παραμέτρους και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά κάθε κατηγορίας ως εξής:

1. UAV καταναλωτικής κατηγορίας: Οι πλατφόρμες πτήσης με πολλαπλούς ρότορες είναι το κύριο ρεύμα. Διαθέτουν χαμηλό κόστος κατασκευής και βολικά κανάλια πρόσβασης στην αγορά, με χαμηλό ύψος πτήσης, ασήμαντα χαρακτηριστικά υπέρυθρης ακτινοβολίας και μέτρια ταχύτητα πτήσης. Τέτοια UAV εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τα σήματα δορυφορικής πλοήγησης και τις ζεύξεις μετάδοσης δεδομένων. Μόλις υποβληθούν σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, συνήθως ενεργοποιούν στρατηγικές προστασίας ασφάλειας, όπως αιώρηση σε κατάσταση αναμονής ή αναγκαστική προσγείωση. Αν και διαθέτουν προκαθορισμένους μηχανισμούς ελέγχου της ζώνης απαγόρευσης πτήσεων, αυτοί οι περιορισμοί λύνονται εύκολα τεχνικά, θέτοντας τον κίνδυνο τροποποίησης και χρήσης τους από εγκληματίες. Οι ζώνες συχνοτήτων επικοινωνίας τους υιοθετούν ως επί το πλείστον συμβατικές συχνότητες 2,4 GHz ή 5,8 GHz και το αντίστοιχο σύστημα τεχνολογίας ανίχνευσης και ελέγχου είναι σχετικά ώριμο.

2. 
   

3. UAV με σταθερά φτερά: Βασίζονται στην ώθηση ή την έλξη που παρέχεται από συσκευές ισχύος για πτήση και δημιουργούν ανύψωση μέσω σταθερών πτερυγίων στην άτρακτο. Έχουν πλεονεκτήματα όπως γρήγορη ταχύτητα πτήσης, ευρεία κάλυψη λειτουργίας, μεγάλη διάρκεια αντοχής και υψηλή απόδοση αποστολής. Ωστόσο, τέτοια UAV έχουν προφανείς περιορισμούς: υψηλό τεχνικό κατώφλι για λειτουργία, υψηλό συντελεστή κινδύνου πτήσης, σχετικά περιορισμένο χρόνο αντοχής στον αέρα και υψηλές απαιτήσεις για την επιπεδότητα και το άνοιγμα των σημείων απογείωσης. Δεδομένου ότι χρειάζεται να εξαπολύουν επιχειρησιακές επιθέσεις από μεγάλα υψόμετρα στις πόλεις, οι τροχιές πτήσης τους καταγράφονται εύκολα από εξοπλισμό ανίχνευσης μεγάλου υψόμετρου, με αποτέλεσμα χαμηλή δυσκολία αντιμέτρων.

4. 4G/5G UAV: ​​Βασίζονται σε δημόσια δίκτυα σταθμών βάσης επικοινωνίας 4G/5G για την επίτευξη απομακρυσμένου ελέγχου, ο οποίος μπορεί να ξεπεράσει το όριο απόστασης των παραδοσιακών συνδέσεων και έχουν χαρακτηριστικά όπως ισχυρή συμβατότητα, μεγάλη ικανότητα μετάδοσης δεδομένων επικοινωνίας και μεγάλη απόσταση ελέγχου. Η λειτουργία τηλεχειρισμού τους αυξάνει σημαντικά τη δυσκολία ανίχνευσης και αναγνώρισης σημάτων ελέγχου και σημάτων μετάδοσης εικόνας, αλλά η επιχειρησιακή τους χρήση περιορίζεται αυστηρά από την κάλυψη ακτινοβολίας των σταθμών βάσης 4G/5G, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη διεξαγωγή πτήσεων σε μεγάλο ύψος. μπορούν να έχουν καλή απόδοση χρήσης σε περιβάλλοντα χαμηλού υψομέτρου κάτω των 50 m, αλλά η καθυστέρηση επικοινωνίας είναι συνήθως πάνω από 100~200 ms, κάτι που είναι δύσκολο να καλύψει τις τακτικές ανάγκες των ταξιδιών υψηλής ταχύτητας σε πολύπλοκα αστικά περιβάλλοντα.

5. WiFi UAV: ​​Εξοπλισμένα με μονάδες μετάδοσης εικόνας WiFi, βασισμένες σε καθολικά πρωτόκολλα επικοινωνίας WiFi, μπορούν να πραγματοποιήσουν απευθείας έλεγχο και προεπισκόπηση εικόνας μέσω έξυπνων τερματικών όπως κινητά τηλέφωνα και tablet, με απλές και βολικές διαδικασίες λειτουργίας. Με τη διάδοση και την εφαρμογή των δικτύων 5G, η ακρίβεια ελέγχου και η ποιότητα μετάδοσης εικόνας των UAV WiFi έχουν βελτιωθεί περαιτέρω. Ωστόσο, περιορισμένη από τα τεχνικά χαρακτηριστικά της επικοινωνίας WiFi, η αποτελεσματική απόσταση μετάδοσης εικόνας περιορίζεται ως επί το πλείστον σε εμβέλεια αρκετών εκατοντάδων μέτρων και εμποδίζεται εύκολα από αστικά κτίρια, οδηγώντας σε διακοπή του σήματος επικοινωνίας. Συνήθως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε ανεμπόδιστα περιβάλλοντα οπτικής επαφής μικρής απόστασης.

6. UAV εξοπλισμένα με ειδικές τεχνολογίες: Τέτοια UAV ενισχύουν τις επιχειρησιακές δυνατότητες με την ενσωμάτωση αποκλειστικών τεχνικών μονάδων, κυρίως τεσσάρων τύπων: τα UAV ενισχυμένα με δορυφορική πλοήγηση είναι εξοπλισμένα με μονάδες εντοπισμού θέσης GPS και ακόμη και αν χαθεί το σήμα μετάδοσης εικόνας, μπορούν να ολοκληρώσουν τις καθιερωμένες εργασίες βασιζόμενοι στον προκαθορισμένο σχεδιασμό διαδρομής GPS. Τα UAV αδρανειακής πλοήγησης έχουν δυνατότητες αυτόνομου ελέγχου πτήσης πλήρους διαδικασίας και δεν χρειάζονται έλεγχο σε πραγματικό χρόνο ή αλληλεπίδραση πληροφοριών εικόνας με τον επίγειο σταθμό, αλλά οι παράμετροι αποστολής πρέπει να είναι προφορτωμένες και δεν μπορούν να τροποποιηθούν κατά τη διάρκεια της πτήσης. Τα UAV που ταιριάζουν εικόνας βασίζονται σε προ-ηχογραφημένες βάσεις δεδομένων οπτικών χαρακτηριστικών στόχων και μπορούν να ολοκληρώσουν ανεξάρτητα την αναζήτηση στόχου, τη δυναμική παρακολούθηση, το ακριβές κλείδωμα και τις εργασίες χτυπήματος σε μια καθορισμένη περιοχή. Τα UAV που ταιριάζουν εδάφους μπορούν να προσαρμόσουν αυτόματα το ύψος πτήσης ανάλογα με το έδαφος, συνήθως πετώντας σε εξαιρετικά χαμηλά ύψη που κυμαίνονται από αρκετά μέτρα έως δεκάδες μέτρα και να αποφύγουν την ανίχνευση ραντάρ και ραδιοφώνου με την κάλυψη της ακαταστασίας του εδάφους. Ωστόσο, σε πυκνοκατοικημένες περιοχές αστικού πυρήνα, η χρήση τους είναι εξαιρετικά δύσκολη λόγω της πολυπλοκότητας του περιβάλλοντος.

Αν και έχουν εκδοθεί πολλαπλές πολιτικές και κανονισμοί για τη ρύθμιση και τον έλεγχο των δραστηριοτήτων πτήσης UAV στον αστικό εναέριο χώρο, το φαινόμενο της παράνομης πτήσης UAV (η λεγόμενη «μαύρη πτήση») εξακολουθεί να υφίσταται και ξαφνικά ατυχήματα ασφαλείας όπως συντριβές UAV, απώλεια σήματος και συγκρούσεις κτιρίων συμβαίνουν συχνά. Αυτά τα προβλήματα όχι μόνο θέτουν σοβαρούς κρυφούς κινδύνους για το έργο πρόληψης και ελέγχου της δημόσιας ασφάλειας των πόλεων, αλλά επίσης αποτελούν άμεση απειλή για βασικούς στόχους αστικών πόρων, κρίσιμες σημαντικές περιοχές και ασφάλεια μεγάλων γεγονότων. Ειδικά στο τρέχον πλαίσιο κλιμάκωσης αντιπαραθέσεων παιχνιδιών μεγάλης δύναμης, επικάλυψης εσωτερικών και ξένων αντιθέσεων και συχνών προκλήσεων από ασταθείς παράγοντες στις γύρω περιοχές, όταν αυτά τα UAV χρησιμοποιηθούν από τρομοκράτες, εχθρικές δυνάμεις ή ακραίους εγκληματίες για να πραγματοποιήσουν δραστηριότητες δολιοφθοράς και να δημιουργήσουν ακραία περιστατικά απειλής για την ασφάλεια της εναέριας κυκλοφορίας σε βασικές πόλεις, θα προκαλέσει εκτεταμένες επιπτώσεις σε κοινωνικές περιουσίες. απώλειες.