Anti-UAV urbano: fondamenti delle caratteristiche degli UAV

Per costruire razionalmente un sistema di difesa urbano anti-UAV, una chiara comprensione della composizione principale e delle caratteristiche target dei sistemi UAV è un prerequisito primario. L'architettura principale di un sistema UAV è costituita da due parti fondamentali: in primo luogo, la piattaforma hardware e il software di supporto del radiocomando (incluso il sistema della stazione di terra); in secondo luogo, la piattaforma hardware dell'UAV stesso, il sistema software e il modulo hardware e software integrato del carico utile di bordo. Queste due parti realizzano l'interazione dei dati e la trasmissione dei comandi attraverso collegamenti di comunicazione bidirezionali uplink e downlink. L’efficacia operativa degli UAV è supportata principalmente da quattro elementi fondamentali: comandi di controllo remoto, trasmissione di immagini, navigazione satellitare e programmi integrati preimpostati. Pertanto, il disturbo e l’intercettazione mirati di precisione delle caratteristiche spettrali di vari segnali elettromagnetici in collegamenti chiave come i collegamenti di comunicazione, la navigazione e il posizionamento e la trasmissione del carico utile della missione possono bloccare efficacemente il flusso di informazioni e indebolire significativamente le capacità operative pratiche degli UAV.

Attualmente, l’obiettivo principale della prevenzione e del controllo degli UAV nello spazio aereo urbano si concentra sugli UAV “piccoli, leggeri e micro”. Facendo affidamento sui vantaggi delle dimensioni ridotte e del forte occultamento, tali UAV possono svolgere in modo flessibile compiti come ricognizione segreta, sorveglianza a punti fissi e attacchi di precisione in ambienti urbani complessi e possono anche eseguire azioni tattiche come finte deviazioni, possedendo significativi vantaggi intrinseci nelle operazioni urbane. Pertanto, una contromisura efficace contro gli UAV “piccoli, leggeri e micro” è diventata un requisito fondamentale nella costruzione di un sistema operativo anti-UAV urbano. In base ai meccanismi di controllo e alle caratteristiche tecniche, tali UAV possono essere suddivisi in sei categorie, con i parametri tecnici fondamentali e le caratteristiche operative di ciascuna categoria come segue:

1. UAV di livello consumer: le piattaforme di volo multirotore sono la tendenza dominante. Presentano bassi costi di produzione e convenienti canali di accesso al mercato, con bassa quota di volo, caratteristiche di radiazione infrarossa insignificanti e velocità di volo moderata. Tali UAV dipendono fortemente dai segnali di navigazione satellitare e dai collegamenti di trasmissione dati. Una volta sottoposti a interferenze elettromagnetiche, solitamente attivano strategie di protezione della sicurezza come il volo stazionario in standby o l'atterraggio forzato. Sebbene dispongano di meccanismi di controllo delle no-fly zone preimpostati, queste restrizioni possono essere facilmente violate dal punto di vista tecnico, con il rischio di modifica e utilizzo da parte di criminali; le loro bande di frequenza di comunicazione adottano per lo più frequenze convenzionali di 2,4 GHz o 5,8 GHz e il corrispondente sistema tecnologico di rilevamento e controllo è relativamente maturo.

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3. UAV ad ala fissa: si affidano alla spinta o alla trazione fornita dai dispositivi di potenza per il volo e generano portanza attraverso le ali fisse sulla fusoliera. Presentano vantaggi come velocità di volo elevata, ampia copertura operativa, lunga durata ed elevata efficienza della missione. Tuttavia, tali UAV presentano evidenti limitazioni: elevata soglia tecnica per il funzionamento, elevato coefficiente di rischio di volo, tempo di resistenza in aria relativamente limitato ed elevati requisiti di planarità e apertura dei siti di decollo; poiché devono lanciare attacchi operativi da alta quota nelle città, le loro traiettorie di volo vengono facilmente catturate da apparecchiature di rilevamento ad alta quota, con conseguente bassa difficoltà di contromisura.

4. UAV 4G/5G: si basano su reti pubbliche di stazioni base di comunicazione 4G/5G per ottenere il controllo remoto, che può superare il limite di distanza dei collegamenti tradizionali e hanno caratteristiche come forte compatibilità, ampia capacità di trasmissione dei dati di comunicazione e lunga distanza di controllo. La loro modalità di controllo remoto aumenta notevolmente la difficoltà di rilevamento e identificazione dei segnali di controllo e di trasmissione delle immagini, ma il loro utilizzo operativo è strettamente limitato dalla copertura radioattiva delle stazioni base 4G/5G, rendendo difficile effettuare operazioni di volo ad alta quota; possono esercitare una buona efficienza d'uso in ambienti a bassa quota inferiore a 50 m, ma la latenza di comunicazione è solitamente superiore a 100~200 ms, il che è difficile da soddisfare le esigenze tattiche dei viaggi ad alta velocità in ambienti urbani complessi.

5. UAV WiFi: dotati di moduli di trasmissione di immagini WiFi, basati su protocolli di comunicazione WiFi universali, possono realizzare direttamente il controllo e l'anteprima delle immagini tramite terminali intelligenti come telefoni cellulari e tablet, con processi operativi semplici e convenienti. Con la diffusione e l’applicazione delle reti 5G, la precisione del controllo e la qualità della trasmissione delle immagini degli UAV WiFi sono state ulteriormente migliorate. Tuttavia, limitata dalle caratteristiche tecniche della comunicazione WiFi, la distanza effettiva di trasmissione delle immagini è per lo più limitata a un raggio di diverse centinaia di metri e viene facilmente bloccata dagli edifici urbani con conseguente interruzione del segnale di comunicazione. Di solito, può essere utilizzato solo in ambienti con linea visiva senza ostacoli a breve distanza.

6. UAV dotati di tecnologie speciali: tali UAV migliorano le capacità operative integrando moduli tecnici dedicati, principalmente di quattro tipi: gli UAV potenziati per la navigazione satellitare sono dotati di moduli di posizionamento GPS e, anche se il segnale di trasmissione dell'immagine viene perso, possono comunque completare i compiti stabiliti facendo affidamento sulla pianificazione della traccia GPS preimpostata; gli UAV a navigazione inerziale hanno capacità di controllo di volo autonome a processo completo e non necessitano di controllo in tempo reale o interazione di informazioni sull'immagine con la stazione di terra, ma i parametri di missione devono essere precaricati e non possono essere modificati durante il volo; gli UAV per la corrispondenza delle immagini si basano su database di caratteristiche ottiche del bersaglio preregistrati e possono completare in modo indipendente la ricerca del bersaglio, il tracciamento dinamico, il bloccaggio preciso e le attività di attacco all'interno di un'area designata; Gli UAV adatti al terreno possono regolare automaticamente l'altitudine di volo in base al terreno, di solito volando ad altitudini ultra-basse che vanno da diversi metri a decine di metri, ed evitare il rilevamento radar e radio con la copertura dei disturbi del terreno. Tuttavia, nelle aree centrali urbane densamente popolate, il loro utilizzo è estremamente difficile a causa della complessità dell’ambiente.

Sebbene siano state emanate molteplici politiche e regolamenti per regolamentare e controllare le attività di volo degli UAV nello spazio aereo urbano, il fenomeno del volo illegale degli UAV (il cosiddetto 'volo nero') persiste ancora e improvvisi incidenti di sicurezza come incidenti di UAV, perdita di segnale e collisioni di edifici si verificano frequentemente. Questi problemi non solo pongono gravi pericoli nascosti al lavoro di prevenzione e controllo della sicurezza pubblica urbana, ma costituiscono anche una minaccia diretta agli obiettivi chiave del nucleo urbano, alle aree cruciali e alla sicurezza dei grandi eventi. Soprattutto nell’attuale contesto di crescenti scontri di grandi giochi di potere, sovrapposizione di contraddizioni nazionali ed estere e frequenti provocazioni da fattori instabili nelle aree circostanti, una volta che tali UAV vengono utilizzati da terroristi, forze ostili o criminali estremi per svolgere attività di sabotaggio e creare incidenti estremi di minaccia alla sicurezza aerea nelle città chiave, si scatenerà un panico sociale diffuso e impatti negativi, con conseguenti vittime incommensurabili e perdite di proprietà.