IT201800007522A1 - RECOGNITION, LOCALIZATION, TRACKING AND POSSIBLE DEACTIVATION OF REMOTE PILOTED AIRCRAFT (APR) REMOTE CONTROLLED - Google Patents
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Description
Descrizione dell’invenzione avente per titolo: Description of the invention entitled:
“TECNICA DI RICONOSCIMENTO, LOCALIZZAZIONE, INSEGUIMENTO ED EVENTUALE DISATTIVAZIONE DI AEROMOBILI A PILOTAGGIO REMOTO (APR) RADIOCONTROLLATI” "TECHNIQUE OF RECOGNITION, LOCALIZATION, TRACKING AND POSSIBLE DEACTIVATION OF REMOTE PILOTED AIRCRAFT (APR) REMOTE CONTROLLED"
Descrizione Description
Campo della tecnica Field of technique
La presente invenzione opera nell’ambito della sorveglianza e messa in sicurezza degli spazi aerei interessati da attività di velivoli senza pilota comandati da remoto. In particolare l’invenzione proposta riguarda un sistema di individuazione, riconoscimento, inseguimento ed eventuale disattivazione di aeromobili a pilotaggio remoto (APR) radiocontrollati. The present invention operates in the field of surveillance and safety of the air spaces affected by the activities of remotely controlled unmanned aircraft. In particular, the proposed invention concerns a system for the identification, recognition, tracking and eventual deactivation of radio-controlled remotely piloted aircraft (APR).
Arte nota Known art
Allo stato dell’arte attuale piccoli aeromobili a pilotaggio remoto (APR) anche noti come droni o con l’acronimo inglese UAV (Unmanned Aerial Vehicle) sono ormai disponibili ed accessibili in una grande varietà di modelli e versioni. Originariamente utilizzati per applicazioni militari o scientifiche altamente specializzate, grazie al progresso tecnologico ed alla continua miniaturizzazione tanto dei sistemi di guida e controllo quanto degli elaboratori e dei ricetrasmettitori, oggigiorno gli APR hanno trovato ampia diffusione in una miriade di settori, estendendosi finanche al campo hobbistico ed amatoriale. Specialmente le varianti più piccole, definite nanodroni o microdroni in base a dimensioni, range effettivo di utilizzo, capacità di carico e quota massima raggiungibile, sono disponibili ed approvvigionabili con incredibile facilità. In taluni ambiti amatoriali è divenuta ormai consuetudine, per gli appassionati, realizzare da sé il proprio aeromobile radiocomandato: ciò ha favorito la proliferazione sul mercato di kit di montaggio, parti di ricambio e particolari meccanici ed elettronici per l’assemblaggio di UAV fatti in casa. La maggior parte dei droni sono equipaggiabili con uno o più dispositivi di registrazione e raccolta dati, che rappresentano la principale attrattiva degli apparecchi. At the current state of the art, small remotely piloted aircraft (APR) also known as drones or with the English acronym UAV (Unmanned Aerial Vehicle) are now available and accessible in a large variety of models and versions. Originally used for highly specialized military or scientific applications, thanks to technological progress and the continuous miniaturization of both guidance and control systems as well as computers and transceivers, nowadays APRs have found widespread diffusion in a myriad of sectors, extending even to the hobby field. and amateur. Especially the smaller variants, defined as nanodrones or microdrones based on size, effective range of use, load capacity and maximum achievable altitude, are available and can be supplied with incredible ease. In some amateur areas it has now become customary for enthusiasts to build their own radio-controlled aircraft: this has favored the proliferation on the market of assembly kits, spare parts and mechanical and electronic parts for the assembly of homemade UAVs. . Most drones can be equipped with one or more recording and data collection devices, which represent the main attraction of the devices.
In tale fertile scenario, complice spesso la mancanza o il ritardo di regolamentazione dedicata, si concretizza il rischio di utilizzo improprio degli UAV da parte di privati e organizzazioni che spazia dalle semplici riprese non autorizzate a ben più scellerati intenti come atti dimostrativi di matrice terroristica. In this fertile scenario, often due to the lack or delay of dedicated regulation, the risk of improper use of UAVs by individuals and organizations takes place, ranging from simple unauthorized shooting to much more nefarious intentions as demonstrative acts of a terrorist matrix.
Specialmente con la recente accelerazione in ambito normativo, che inizia a limitare il possesso e l’utilizzo dei droni, assoggettandolo a precise regole, si ravvede sempre più la necessità di un sistema per il corretto rilevamento ed identificazione degli UAV che occupano lo spazio aereo. Inoltre, in ambiti particolarmente sensibili come eventi pubblici o situazioni ad alto rischio di attentati, risulta cruciale sviluppare ed acquisire una capacità di contrasto efficace all’attività dei droni e – di conseguenza – degli operatori che li controllano. Un ulteriore scenario sensibile è rappresentato dalle zone di guerra dove gli apparecchi definiti slow movers o, più in generale, i micro-UAV che beneficiano delle ridottissime dimensioni, emissioni acustiche e pressoché nulla traccia radar rappresentano un elevato rischio alla sicurezza delle truppe e delle operazioni militari. La crescente disponibilità sul mercato, unitamente alla semplicità di utilizzo e di riadattamento, ne fanno uno strumento estremamente versatile e – nelle mani di formazioni ostili – particolarmente dannoso. Especially with the recent acceleration in the regulatory field, which begins to limit the possession and use of drones, subjecting them to precise rules, the need for a system for the correct detection and identification of the UAVs occupying the airspace is increasingly recognized. Furthermore, in particularly sensitive areas such as public events or situations with a high risk of attacks, it is crucial to develop and acquire an ability to effectively combat the activity of drones and - consequently - of the operators who control them. A further sensitive scenario is represented by the war zones where the devices defined slow movers or, more generally, the micro-UAVs that benefit from the very small size, noise emissions and almost no radar track represent a high risk to the safety of the troops and operations. military. The growing availability on the market, together with the ease of use and readjustment, make it an extremely versatile tool and - in the hands of hostile formations - particularly harmful.
Ad oggi è possibile reperire un gran numero di sistemi, metodi ed apparecchiature dedite all’individuazione ed al contrasto dei piccoli APR. Generalmente i sistemi per l’individuazione degli UAV si suddividono in sistemi di individuazione attiva e sistemi di individuazione passiva: i primi utilizzano un emettitore per illuminare l’oggetto ed un ricevitore per rilevarne l’eventuale eco o interferenza generata dall’oggetto stesso; i secondi utilizzano soltanto uno o più rilevatori, nella speranza di intercettare le emissioni spontanee dell’oggetto, quali ad esempio i comandi inviati dal pilota in radiofrequenza. Alcuni sistemi sono noti per utilizzare entrambi gli approcci o combinazioni dinamiche dei due metodi. Uno dei problemi di più difficile soluzione, nel caso di sistemi attivi, è rappresentato dalle ridotte dimensioni dei micro-UAV che restituiscono eco radar altrettanto piccole, rese ancor più insignificanti di tipici materiali utilizzati per la realizzazione degli APR che hanno scarsissima riflettività alle radiofrequenze. Dal punto di vista dei sistemi passivi invece, le piccole dimensioni rendono ardua l’individuazione con sensori ottici, tanto nel visibile quanto e ancor più nell’infrarosso. Soluzioni che impiegano la traccia acustica generata dai motori ad elica si sono rivelate efficaci in molti contesti, ma tendono ad essere saturati e sommersi dal rumore di fondo in contesti urbani e densamente popolati, specialmente in caso di grandi eventi. To date, it is possible to find a large number of systems, methods and equipment dedicated to the identification and contrast of small APRs. Generally, UAV detection systems are divided into active detection systems and passive detection systems: the former use an emitter to illuminate the object and a receiver to detect any echo or interference generated by the object itself; the latter use only one or more detectors, in the hope of intercepting the spontaneous emissions of the object, such as the commands sent by the pilot in radio frequency. Some systems are known to use both approaches or dynamic combinations of the two methods. One of the most difficult problems, in the case of active systems, is represented by the small size of the micro-UAVs that return equally small radar echoes, made even more insignificant than typical materials used for the construction of the UAVs that have very little reflectivity at radio frequencies. From the point of view of passive systems, however, the small size makes it difficult to identify with optical sensors, both in the visible and even more so in the infrared. Solutions employing the acoustic trace generated by propeller motors have proven effective in many contexts, but tend to be saturated and submerged by background noise in urban and densely populated contexts, especially in the event of large events.
Altro aspetto da considerare, nel caso di sistemi di contrasto e rilevazione è la capacità di localizzare sia il piccolo aeromobile, sia il pilota che rappresenta l’obiettivo spesso più ambito. Nel caso di nano-droni, in genere, la localizzazione dell’uno comporta la localizzazione dell’altro in virtù del corto raggio di utilizzo. Per UAV più prestanti invece, l’identificazione dell’operatore remoto rappresenta una sfida per le attuali tecnologie. Another aspect to consider, in the case of contrast and detection systems, is the ability to locate both the small aircraft and the pilot, which is often the most coveted objective. In the case of nano-drones, in general, the location of one involves the location of the other by virtue of the short range of use. For more performing UAVs, on the other hand, the identification of the remote operator represents a challenge for current technologies.
Vi è inoltre la necessità, quanto mai sentita in ambiti sia civili che militari, di operare, in sede di rilevazione, anche una classificazione dell’oggetto volante. La classificazione potrebbe essere una semplice distinzione tra forze amiche ed ostili, come già avviene, ad esempio, con i sistemi IFF (Identification friend or foe), oppure una più completa estrapolazione delle caratteristiche dell’aeromobile al fine di individuare una classe ed un modello specifico. There is also the need, very much felt in both civil and military areas, to operate, during the survey, also a classification of the flying object. The classification could be a simple distinction between friendly and hostile forces, as already happens, for example, with the IFF (Identification friend or foe) systems, or a more complete extrapolation of the characteristics of the aircraft in order to identify a class and a model. specific.
In ultimo vi è il problema di reagire efficacemente in seguito alla rilevazione ed alla eventuale classificazione dell’UAV come “ostile” o “indesiderato”. Una possibilità è l’abbattimento che tuttavia richiede non soltanto una localizzazione ma una precisa traccia di inseguimento ed un armamento asservito e munizionamento guidato. Ancora una volta, le dimensioni dei micro-UAV giocano un ruolo fondamentale. Una seconda possibilità consiste nell’utilizzare apparecchi disturbatori (jammer) al fine di deteriorare la qualità della comunicazione tra pilota ed aeromobile fino al punto da interrompere il contatto (e spesso causare un RTB – Return to Base – automatico). Una ulteriore soluzione, che desta interesse crescente, consiste nell’inserirsi nella catena di comando e controllo dell’APR, intercettandone i segnali di comando ed inviandone di nuovi, che inducano l’aeromobile ad atterrare o spostarsi sufficientemente lontano dal pilota da superare la portata del trasmettitore. In tal senso la difficoltà più grande è data dal codice utilizzato per trasmissione, che deve essere fedelmente riprodotto affinché il drone accetti i nuovi comandi inviati, ritenendoli validi. Finally, there is the problem of reacting effectively following the detection and possible classification of the UAV as "hostile" or "unwanted". One possibility is the killing which however requires not only a location but a precise track of pursuit and enslaved armament and guided ammunition. Once again, the size of micro-UAVs plays a major role. A second possibility is to use jammers in order to deteriorate the quality of communication between pilot and aircraft to the point of interrupting contact (and often causing an RTB - Return to Base - automatic). A further solution, which arouses growing interest, consists in joining the APR command and control chain, intercepting its command signals and sending new ones, which induce the aircraft to land or move far enough away from the pilot to exceed the range. transmitter. In this sense, the greatest difficulty is given by the code used for transmission, which must be faithfully reproduced so that the drone accepts the new commands sent, deeming them valid.
Sebbene in ambito internazionale sia possibile reperire una serie di privative riguardanti la problematica in parola, come il brevetto statunitense US20170039413, che riguarda un sistema di riconoscimento di droni commerciali, o il brevetto WO2016154945, che propone un metodo di identificazione di attività non autorizzata da parte di UAV, appare evidente che nessuno di essi affronti in maniera esaustiva le criticità sin qui esposte. Although in the international context it is possible to find a series of patent rights concerning the problem in question, such as the US patent US20170039413, which concerns a commercial drone recognition system, or the patent WO2016154945, which proposes a method for identifying unauthorized activities by of UAVs, it is clear that none of them comprehensively addresses the critical issues set out so far.
Descrizione dell’invenzione Description of the invention
Secondo la presente invenzione viene realizzato un sistema di individuazione droni che risolve efficacemente le problematiche suesposte sfruttando una architettura basata su SDR (Software Defined Radio) ed un sistema di ricezione passivo che include capacità di classificazione e localizzazione dei segnali a radiofrequenza associabili ai droni. Il sistema proposto è progettato per rilevare la presenza di un drone sia da una postazione fissa – un palo o un tripode – che mobile – veicolo – e si allerta, vantaggiosamente, al riconoscimento di un segnale di comunicazione riconducibile al radio controllo di un UAV. Per alcune tipologie di comunicazioni, che utilizzano determinati standard, sarà possibile attivare, vantaggiosamente, procedure di inibizione del volo con emissioni di segnali RF atti a deteriorare il segnale di comando oppure a sostituirsi ad esso al fine di prendere il controllo dell’apparecchio APR. According to the present invention, a drone identification system is created which effectively solves the aforementioned problems by exploiting an architecture based on SDR (Software Defined Radio) and a passive reception system that includes classification and localization capabilities of the radiofrequency signals associated with the drones. The proposed system is designed to detect the presence of a drone both from a fixed location - a pole or a tripod - and a mobile - vehicle - and advantageously alerts itself to the recognition of a communication signal attributable to the radio control of a UAV. For some types of communications, which use certain standards, it will be possible to advantageously activate flight inhibition procedures with RF signal emissions designed to deteriorate the command signal or to replace it in order to take control of the APR device.
Il sensore passivo a microonde può essere convenientemente sintonizzato su una qualunque banda, comprese le più comuni bande di comunicazione (bande UHF, S, L, C secondo la classificazione IEEE) degli standard commerciali liberamente utilizzabili come il WiFi (2.4 GHz e 5GHz), che vengono comunemente impiegate per il radiocontrollo dei droni e per la trasmissione del segnale di payload – come ad esempio il flusso video di una fotocamera/videocamera installata a bordo. Attraverso l’utilizzo di algoritmi e modelli matematici il sistema potrà inoltre, convenientemente, classificare i segnali ricevuti e riconoscere se è in atto una comunicazione drone/pilota. In base alla tipologia di comunicazione, che può essere unidirezionale o bidirezionale, il sistema ha la capacità di localizzare sia il drone, sia l’operatore remoto. La classificazione avviene sfruttando la conoscenza pregressa delle tecniche e dei protocolli di comunicazione utilizzati dagli APR: il segnale ricevuto viene confrontato e correlato alle informazioni contenute in un database o in una libreria di impronte RF e protocolli noti. The passive microwave sensor can be conveniently tuned to any band, including the most common communication bands (UHF, S, L, C bands according to the IEEE classification) of freely usable commercial standards such as WiFi (2.4 GHz and 5GHz), which are commonly used for the radio control of drones and for the transmission of the payload signal - such as the video stream of a camera / video camera installed on board. Through the use of algorithms and mathematical models, the system will also be able to conveniently classify the signals received and recognize if a drone / pilot communication is in progress. Based on the type of communication, which can be one-way or two-way, the system has the ability to locate both the drone and the remote operator. The classification takes place by exploiting the previous knowledge of the communication techniques and protocols used by the RPAs: the received signal is compared and correlated to the information contained in a database or library of RF fingerprints and known protocols.
Il sistema può operare, vantaggiosamente, sia come singolo sensore per la difesa di punto, sia in una rete più complessa di sensori sparsamente dislocati sul territorio al fine di creare una zona di copertura e col vantaggio di incrementare notevolmente la situational awareness in contesti di sorveglianza distribuita. Impiegando un minimo di tre sensori passivi sincronizzati con una sorgente esterna, il sistema è in grado di triangolare con precisione la sorgente (drone oppure pilota) in una mappa bidimensionale. La sincronizzazione tra i sensori potrà avvenire in una qualunque delle tecniche comunemente impiegate, quali ad esempio utilizzo di ricevitori GPS con oscillatori stabili ad alta qualità (GPSDO) con l’accuratezza del nanosecondo per applicazioni temporali, collegamento a server NTP (Network Time Protocol), segnali in radiofrequenza di orologi atomici. The system can advantageously operate both as a single sensor for point defense, and in a more complex network of sensors scattered across the territory in order to create a coverage area and with the advantage of significantly increasing situational awareness in surveillance contexts. distributed. Using a minimum of three passive sensors synchronized with an external source, the system is able to accurately triangulate the source (drone or pilot) in a two-dimensional map. The synchronization between the sensors can take place in any of the commonly used techniques, such as the use of GPS receivers with high quality stable oscillators (GPSDO) with the accuracy of the nanosecond for temporal applications, connection to NTP (Network Time Protocol) servers , radio frequency signals of atomic clocks.
Dal punto di vista architetturale, il sistema di rilevamento ed individuazione di droni si compone, vantaggiosamente, di: From an architectural point of view, the drone detection and identification system advantageously consists of:
- almeno un front end a radiofrequenza che cattura il segnale elettromagnetico, convertendolo in informazioni digitali per gli stadi successivi; - at least one radiofrequency front end that captures the electromagnetic signal, converting it into digital information for the subsequent stages;
- almeno una unità di elaborazione, a sua volta composta da un dispositivo a logica programmabile (PLD ) ed un processore; - at least one processing unit, in turn composed of a programmable logic device (PLD) and a processor;
- almeno una unità di visualizzazione e configurazione (o HMI – Human Machine Interface) per mostrare i risultati dell’elaborazione e ricevere gli input dall’utente; - at least one display and configuration unit (or HMI - Human Machine Interface) to show the processing results and receive user inputs;
- una unità di alimentazione con possibilità di utilizzare batterie ricaricabili, agganciarsi alla rete elettrica tramite trasformatore o prelevare energia da un cavo LAN mediante POE (Power over Ethernet). - a power supply unit with the possibility of using rechargeable batteries, hooking up to the mains via a transformer or drawing energy from a LAN cable via POE (Power over Ethernet).
Opzionalmente, il sistema potrà essere dotato di una ulteriore unità con adattatore per WLAN e WiFi. L’intero insieme avrà peso e dimensione tali da poter essere facilmente movimentato ed assemblato da un singolo operatore. Optionally, the system can be equipped with an additional unit with adapter for WLAN and WiFi. The whole set will have such weight and size that it can be easily moved and assembled by a single operator.
In una possibile realizzazione il sistema di individuazione sarà dotato di almeno un front end con sensore a radiofrequenza. Il sensore è vantaggiosamente impiegabile in configurazione fissa con installazioni che includono, ma non limitano alle seguenti o combinazioni di esse: In a possible embodiment, the identification system will be equipped with at least one front end with radiofrequency sensor. The sensor can advantageously be used in a fixed configuration with installations that include, but do not limit to the following or combinations thereof:
- su tripode o supporto similare per utilizzo in campo aperto e su superfici disomogenee o non livellate; - on tripod or similar support for use in the open field and on uneven or uneven surfaces;
- su palo o supporto similare per consentire una maggiore elevazione; - on a pole or similar support to allow greater elevation;
- con supporto a parete; - with wall support;
- su veicolo o altro mezzo semovente. - on a vehicle or other self-propelled vehicle.
Il sensore utilizzerà, convenientemente, una antenna arbitrariamente direttiva e specifica per la banda di ricezione in cui il sistema opera. Sarà presente almeno uno stadio di amplificazione a basso rumore (LNA – Low Noise Amplifier) seguito da uno stadio di conversione analogico digitale e sottocampionamento (DDC – Digital Down Converter). In una possibile realizzazione il sensore è dotato di una antenna omnidirezionale dual-band per ricevere segnali sulle bande 2.4Ghz e 5GHz, tipiche dei droni radiocontrollati, con figure di rumore inferiori a 4dB. Il guadagno di antenna sarà opportunamente elevato al fine di agevolare la ricezione di segnali anche deboli o, parimenti, di captare l’attività dei droni a distanze elevate. L’unità di front end avrà principalmente il compito di captare e convertire il segnale analogico captato in un segnale digitale da passare al successivo stadio di elaborazione. L’unità sarà anche in grado, vantaggiosamente, di effettuare delle spazzate in frequenza per coprire – con adeguata risoluzione in frequenza – l’intera banda elettromagnetica di interesse, suddividendola in sottobande; il sistema potrà essere istruito da un operatore sulla specifica banda o sottobanda da analizzare. The sensor will conveniently use an arbitrarily directive antenna specific to the reception band in which the system operates. There will be at least one low noise amplifier stage (LNA - Low Noise Amplifier) followed by an analogue to digital conversion and subsampling stage (DDC - Digital Down Converter). In a possible embodiment, the sensor is equipped with a dual-band omnidirectional antenna to receive signals on the 2.4Ghz and 5GHz bands, typical of radio-controlled drones, with noise figures lower than 4dB. The antenna gain will be suitably high in order to facilitate the reception of even weak signals or, likewise, to capture the activity of drones at great distances. The front end unit will mainly have the task of capturing and converting the captured analog signal into a digital signal to be passed to the next processing stage. The unit will also be able, advantageously, to perform frequency sweeps to cover - with adequate frequency resolution - the entire electromagnetic band of interest, dividing it into sub-bands; the system can be instructed by an operator on the specific band or sub-band to be analyzed.
Il sistema prevede almeno una unità di elaborazione, composta da un blocco di logica programmabile ed un processore general purpose (GPP). In una realizzazione l’unità di elaborazione sarà dotata, vantaggiosamente, di un ricevitore GPS integrato per la sincronizzazione ed un adattatore WiFi per intercettare le comunicazioni basate sullo standard IEE 802.11 a/b/g/n. In realizzazioni più generiche l’unità di elaborazione sarà, convenientemente, in grado di connettersi ad una serie di interfacce e adattatori, sia indipendenti che intercomunicanti, per estendere il ventaglio di possibili sorgenti di segnali da analizzare. L’unità di elaborazione sarà inoltre, vantaggiosamente, collegata ad una alimentazione che potrà redistribuire all’occorrenza alle altre componenti del sistema. The system includes at least one processing unit, consisting of a programmable logic block and a general purpose processor (GPP). In one embodiment, the processing unit will advantageously be equipped with an integrated GPS receiver for synchronization and a WiFi adapter to intercept communications based on the IEE 802.11 a / b / g / n standard. In more generic embodiments, the processing unit will conveniently be able to connect to a series of interfaces and adapters, both independent and intercommunicating, to extend the range of possible signal sources to be analyzed. The processing unit will also be advantageously connected to a power supply that it can redistribute if necessary to the other components of the system.
L’unità di elaborazione costituisce il cuore del sistema di individuazione ed è progettata secondo il modello SDR (Software Designed Radio) al fine di garantire la massima versatilità e riconfigurabilità dell’applicazione. Ciò consente, vantaggiosamente, al sistema di adattarsi alla mutazione degli scenari di utilizzo. L’unità riceve il segnale già digitalizzato dal front end e riportato in banda base per sottoporlo al processing che realizza il rilevamento, l’identificazione, la classificazione e la localizzazione del drone e del pilota. L’architettura SDR consente di intervenire in maniera dinamica sulla logica di programma del sistema al fine di modificare, adattare, migliorare, incrementare e personalizzare gli algoritmi ed il modelli utilizzati per l’individuazione e classificazione. Sarà pertanto possibile, vantaggiosamente, implementare un meccanismo di riconoscimento di un nuovo protocollo di comunicazione senza necessità di intervenire sull’hardware né sulla configurazione dei sistemi. Tale implementazione, vantaggiosamente, richiederà soltanto il download e l’installazione di una nuova libreria software per riprogrammare il ricevitore a radiofrequenza e lo stadio di signal processing. In una realizzazione, il sistema di individuazione sarà convenientemente corredato di una apposita suite software per comuni personal computer con interfaccia grafica di semplice ed intuitivo utilizzo che consentirà all’utente di ridefinire in maniera rapida il comportamento del sistema. In una ulteriore realizzazione la libreria di modelli di droni noti, sulla quale il sistema esegue il confronto con i segnali intercettati, sarà memorizzata su un supporto di memoria di massa estraibile e riprogrammabile per mezzo di un comune elaboratore con apposito software. The processing unit is the heart of the identification system and is designed according to the SDR (Software Designed Radio) model in order to ensure maximum versatility and reconfigurability of the application. This advantageously allows the system to adapt to the changing usage scenarios. The unit receives the signal already digitized from the front end and reported in the baseband to submit it to the processing that carries out the detection, identification, classification and location of the drone and the pilot. The SDR architecture allows you to dynamically intervene on the system's program logic in order to modify, adapt, improve, increase and customize the algorithms and models used for identification and classification. It will therefore be possible, advantageously, to implement a recognition mechanism for a new communication protocol without the need to intervene on the hardware or on the configuration of the systems. This implementation, advantageously, will only require the download and installation of a new software library to reprogram the radio frequency receiver and the signal processing stage. In one embodiment, the identification system will be conveniently equipped with a special software suite for common personal computers with a simple and intuitive graphical interface that will allow the user to quickly redefine the behavior of the system. In a further embodiment, the library of known drone models, on which the system performs the comparison with the intercepted signals, will be stored on an extractable and reprogrammable mass memory support by means of a common computer with appropriate software.
L’unità di elaborazione è connessa direttamente con una o più unità di visualizzazione e configurazione, il cui scopo sarà di visualizzare – per ciascuno dei sensori connessi – le informazioni elaborate in forma grafica e testuale. Al contempo l’unità fornirà anche una interfaccia di comando per l’operatore e consentirà la configurazione e riconfigurazione in tempo reale dei parametri del sistema nonché dell’interfaccia grafica di visualizzazione. In una realizzazione l’unità di elaborazione è connessa all’unità di visualizzazione per mezzo di una rete locale (LAN) con o senza fili (WLAN). L’unità di visualizzazione sarà costituita da: The processing unit is directly connected to one or more display and configuration units, the purpose of which will be to display - for each of the connected sensors - the information processed in graphic and textual form. At the same time, the unit will also provide a command interface for the operator and will allow the real-time configuration and reconfiguration of the system parameters as well as the graphical display interface. In one embodiment, the processing unit is connected to the display unit by means of a local network (LAN) with or without wires (WLAN). The display unit will consist of:
- almeno un dispositivo di visualizzazione (monitor) con grafica a colori con schermo di dimensioni non inferiori a 5 pollici o 12,7 centimetri (diagonale); - at least one display device (monitor) with color graphics with a screen size of not less than 5 inches or 12.7 centimeters (diagonal);
- almeno una periferica di input per l’inserimento manuale di dati numerici ed alfanumerici, come ad esempio una tastiera; - at least one input device for manual entry of numeric and alphanumeric data, such as a keyboard;
- almeno un dispositivo di puntamento grafico o, in aggiunta o in sostituzione di questo uno schermo tattile; - at least one graphic pointing device or, in addition or in place of this, a touch screen;
- almeno un dispositivo di memorizzazione di massa; - at least one mass storage device;
- almeno una periferica di uscita con almeno un canale audio ed almeno una presa esterna per cuffie o altoparlanti. - at least one output peripheral with at least one audio channel and at least one external socket for headphones or speakers.
Dette componenti potranno, vantaggiosamente, essere arricchite con l’aggiunta di una ulteriore unità di elaborazione dedicata al processing video ed alla creazione di interfacce utente dinamiche e personalizzate. In una realizzazione l’interfaccia utente di visualizzazione potrà essere esportata su un dispositivo o un elaboratore remoto tramite rete LAN o WLAN. In una realizzazione l’interfaccia grafica comprende almeno una visualizzazione con uno o più dei seguenti elementi: - indicazione degli APR individuati; These components can advantageously be enriched with the addition of an additional processing unit dedicated to video processing and the creation of dynamic and customized user interfaces. In one embodiment, the display user interface can be exported to a remote device or computer via LAN or WLAN. In one embodiment, the graphic interface includes at least one display with one or more of the following elements: - indication of the APRs identified;
- posizione e distanza; - location and distance;
- la direzione di provenienza dei segnali; - the direction of origin of the signals;
- una mappa della zona con indicazione (pinpoint) del drone; - a map of the area with indication (pinpoint) of the drone;
- un grafico polare con direzione e distanza del drone; - a polar graph with direction and distance of the drone;
- lo spettrogramma della banda esaminata; - the spectrogram of the band examined;
- la presenza di un pilota/operatore remoto; - the presence of a remote pilot / operator;
- la classe di appartenenza del drone – se individuata; - the class to which the drone belongs - if identified;
- il modello del drone – se riconosciuto. - the model of the drone - if recognized.
Dal punto di vista delle funzionalità e della maniera di catturare ed elaborare i segnali che danno luogo al rilevamento ed individuazione dell’UAV, il sistema sarà, vantaggiosamente, essere suddiviso in almeno tre differenti fasi: una fase di elaborazione preliminare e condizionamento dei segnali, una fase di elaborazione principale ed una fase di post analisi e visualizzazione dei risultati. From the point of view of the functionalities and the way of capturing and processing the signals that give rise to the detection and identification of the UAV, the system will advantageously be divided into at least three different phases: a preliminary processing and conditioning phase of the signals, a main processing phase and a post analysis and results display phase.
La fase di elaborazione preliminare denominata “pre-processing” presiede alle attività di inizializzazione del sistema e della componente di front end. In particolare nella fase di pre-processing saranno inclusi almeno i seguenti sottoprocessi: The preliminary processing phase called “pre-processing” presides over the initialization activities of the system and the front end component. In particular, at least the following sub-processes will be included in the pre-processing phase:
- sintonizzazione del front end su una frequenza selezionata automaticamente o tramite interfaccia utente; - tuning of the front end on a frequency selected automatically or via the user interface;
- condizionamento del segnale in uscita al ricevitore con impostazione del guadagno di amplificazione, frequenza di campionamento e fattore di decimazione del sottocampionatore; - conditioning of the output signal to the receiver with setting of the amplification gain, sampling frequency and decimation factor of the subsampler;
- traslazione del segnale in banda base; - translation of the signal in the baseband;
- eventuali filtri digitali (IIR oppure FIR); - any digital filters (IIR or FIR);
- configurazione dell’adattatore WiFi in modalità monitor se presente. - configuration of the WiFi adapter in monitor mode if present.
L’elaborazione preliminare prepara, opportunamente, il flusso dati per l’elaborazione primaria che comprende almeno tre sottoprocessi: rilevazione, classificazione e localizzazione. Il processo di rilevazione estrae le tracce della presenza di droni dal segnale in uscita al front end scansionando in maniera sequenziale e ciclica l’intera banda di interesse ed identificando eventuali segnali anomali in base al contenuti spettrale di potenza nell’intervallo considerato. Ogni anomalia individuata viene quindi passata al vaglio di un modulo estrattore di protocollo, il quale confronta il segnale in ingresso con le caratteristiche dei protocolli di comunicazione presenti nella libreria del sistema. Le tracce con un match positivo vengono quindi passate ai moduli classificatori e di localizzazione. In una realizzazione la fase di elaborazione comprende: Preliminary processing appropriately prepares the data flow for primary processing which includes at least three sub-processes: detection, classification and localization. The detection process extracts the traces of the presence of drones from the output signal at the front end by sequentially and cyclically scanning the entire band of interest and identifying any abnormal signals based on the spectral content of power in the range considered. Each detected anomaly is then screened by a protocol extractor module, which compares the input signal with the characteristics of the communication protocols present in the system library. Tracks with a positive match are then passed to the classifier and locator modules. In one embodiment, the processing step includes:
- almeno uno scanner a larga banda (broadband scanner) che agisce sul sintonizzatore di frequenza per scandire l’intera banda di radiofrequenze coperta dal sistema utilizzando finestre di larghezza preimpostata o configurabile tramite interfaccia grafica; - at least one broadband scanner that acts on the frequency tuner to scan the entire radio frequency band covered by the system using preset or configurable width windows via the graphic interface;
- almeno un blocco estrattore di densità spettrale (PSD – Power Spectral Density) con indicazione dell’intensità del segnale rilevato (RSSI – Received Signal Strength Indicator) come definito dallo standard IEEE 801.11; - at least one spectral density extractor block (PSD - Power Spectral Density) with indication of the intensity of the detected signal (RSSI - Received Signal Strength Indicator) as defined by the IEEE 801.11 standard;
- almeno uno stadio estrattore di protocollo che processa in parallelo i campioni forniti dallo scanner a larga banda e le stime di intensità del blocco PSD al fine di estrapolarne le caratteristiche significative per il riconoscimento dei segnali di radio controllo dei droni e passarle ai successivi stadi di elaborazione; - at least one protocol extractor stage that processes in parallel the samples provided by the broadband scanner and the intensity estimates of the PSD block in order to extrapolate the significant characteristics for the recognition of the radio control signals of the drones and pass them to the subsequent stages of processing;
- almeno una libreria di modelli di comunicazione suddivisi per famiglia, classe di merito e tipo di segnale (comandi o payload); - at least one library of communication models divided by family, class of merit and type of signal (commands or payload);
- almeno un modulo classificatore in grado di correlare le caratteristiche del segnale individuato ai modelli (pattern) di comunicazione di droni noti e presenti nelle libreria; - at least one classifier module capable of correlating the characteristics of the signal identified with the communication patterns of known drones present in the library;
- almeno un algoritmo di localizzazione monodimensionale (1-D) che restituisca una stima della distanza del drone o del pilota in base all’informazione sulla RSSI fornita dal blocco PSD ed alle caratteristiche di emissione dei modelli di APR noti e presenti nella libreria. - at least one one-dimensional (1-D) localization algorithm that returns an estimate of the distance of the drone or pilot based on the information on the RSSI provided by the PSD block and on the emission characteristics of the APR models known and present in the library.
In una realizzazione, il riconoscimento dei protocolli di comunicazione avviene, vantaggiosamente, sfruttando algoritmi di signal processing e meccanismi di correlazione con caratteristiche note dei protocolli di radiocontrollo dei droni. Il riconoscimento del protocollo e la successiva classificazione sono essenziali per l’attivazione del processo di localizzazione. In one embodiment, the recognition of the communication protocols advantageously takes place by exploiting signal processing algorithms and correlation mechanisms with known characteristics of the drone radio control protocols. The recognition of the protocol and the subsequent classification are essential for the activation of the localization process.
In una realizzazione il sistema è dotato di un modulo per la generazione di segnali di disturbo (jamming) alla comunicazione tra pilota e drone, che includono ma non si limitano a: In one embodiment, the system is equipped with a module for the generation of jamming signals to the communication between pilot and drone, which include but are not limited to:
- disturbo ed interdizione a larga banda; - broadband disturbance and ban;
- inibizione delle comunicazioni mediante saturazione del canale trasmissivo; - inhibition of communications by saturation of the transmission channel;
- spoofing della comunicazione; - spoofing of communication;
- compromissione del protocollo di comunicazione mediante invio di comandi diretti al drone. - compromise of the communication protocol by sending direct commands to the drone.
Il sistema prevede, a valle dell’elaborazione, una opportuna fase di post analisi o post-elaborazione che include la visualizzazione dei dati e dei risultati dell’analisi tramite la HMI (Human Machine Interface) del modulo di visualizzazione. In post-elaborazione viene effettuato inoltre, vantaggiosamente, il salvataggio e la conservazione dei dati su un apposito supporto di memorizzazione di massa, la notifica degli allarmi a seguito del riconoscimento con successo di un UAV e la fusione di dati provenienti da più stazioni di rilevamento se presenti. In una realizzazione il sistema include una serie di strumenti software per eseguire elaborazioni successive sui dati trasmessi all’interfaccia utente quali, ad esempio: The system provides, downstream of processing, an appropriate post-analysis or post-processing phase that includes the display of data and analysis results through the HMI (Human Machine Interface) of the display module. In post-processing, it is also advantageously carried out the saving and storage of data on a special mass storage medium, the notification of alarms following the successful recognition of a UAV and the merging of data from multiple detection stations. if any. In one embodiment, the system includes a series of software tools to perform subsequent processing on the data transmitted to the user interface such as, for example:
- generazione di reportistica; - reporting generation;
- analisi statistiche e correlazione di tracce; - statistical analysis and correlation of traces;
- inserimento e modifica delle informazioni contenute nella libreria di modelli di drone noti. - insertion and modification of the information contained in the library of known drone models.
Nelle realizzazioni che includono una pluralità di sensori, il sistema sarà in grado, convenientemente, di effettuare una localizzazione bidimensionale (distanza ed angolo di arrivo) o tridimensionale (distanza, angolo di arrivo e quota) del drone rilevato. In una realizzazione il sistema utilizzerà un algoritmo di multilaterazione basato su TDOA (Time Difference Of Arrival) ottenuto mediante GCC (Generalized Cross Correlation). La posizione del drone viene quindi determinata iterativamente per approssimazioni successive fino alla precisione desiderata. In the embodiments which include a plurality of sensors, the system will conveniently be able to perform a two-dimensional (distance and angle of arrival) or three-dimensional (distance, angle of arrival and altitude) localization of the detected drone. In one embodiment, the system will use a multilateration algorithm based on TDOA (Time Difference Of Arrival) obtained by means of GCC (Generalized Cross Correlation). The position of the drone is then determined iteratively by successive approximations to the desired accuracy.
In una realizzazione il sistema può sfruttare la presenza di più sensori interfacciati tra di loro per sopperire ai problemi di trasmissione RF in contesti urbani o generalmente in scenari ad elevate interferenze nei quali insorgono fenomeni di multipath e shadowing. In one embodiment, the system can exploit the presence of several sensors interfaced with each other to overcome RF transmission problems in urban contexts or generally in scenarios with high interference in which multipath and shadowing phenomena arise.
In una realizzazione il sistema, relativamente al modulo di visualizzazione, è in grado di esportare, vantaggiosamente, il flusso audio/video sullo schermo di un terminale remoto o un dispositivo portatile intelligente tipo smartphone, smartwatch o tablet. Gli allarmi sonori e le notifiche possono essere trasmesse via Bluetooth o WLAN a dispositivi indossabili. In una realizzazione le informazioni grafiche sono trasmesse, mediante comunicazione senza fili, ad un dispositivo indossabile tipo occhiali intelligenti o alla visiera di un elmetto dotata di tecnologia HUD (Head Up Display). In one embodiment, the system, relative to the display module, is capable of exporting, advantageously, the audio / video stream on the screen of a remote terminal or an intelligent portable device such as a smartphone, smartwatch or tablet. Audible alarms and notifications can be transmitted via Bluetooth or WLAN to wearable devices. In one embodiment, the graphic information is transmitted, by wireless communication, to a wearable device such as smart glasses or to the visor of a helmet equipped with HUD (Head Up Display) technology.
In una realizzazione le informazioni sulla posizione del drone o del pilota vengono opportunamente utilizzate per attivare funzionalità di realtà aumentata su dispositivi tipo occhiali intelligenti o maschere per la realtà virtuale, fornendo in corrispondenza della direzione di arrivo del segnale, informazioni quali distanza, tipologia e modello del drone, nonché indicazioni sull’eventuale livello di ostilità. In one embodiment, the information on the position of the drone or the pilot is suitably used to activate augmented reality functions on devices such as smart glasses or virtual reality masks, providing information such as distance, type and model in correspondence with the direction of arrival of the signal. of the drone, as well as indications on the possible level of hostility.
In una realizzazione il sistema di individuazione o uno dei sensori possono essere a sua volta installati a bordo di un UAV al fine di estendere grandemente la portata di rilevazione e la versatilità di impiego. In one embodiment, the detection system or one of the sensors can in turn be installed on board a UAV in order to greatly extend the detection range and versatility of use.
Infine la possibilità del sistema di interfacciarsi con altri tipi di sensori, quali ad esempio sistemi attivi di rilevazione basati su radar o LIDAR o sistemi passivi elettrottici, e di effettuare data fusion consente di ottenere una mappa dettagliata dell’area sotto controllo e di impiegare una serie di meccanismi di contrasto resi più efficaci dalla pluralità di sensori e attuatori impiegati, tali meccanismi di interdizione e contrasto includono, ma non si limitano a: Finally, the possibility of the system to interface with other types of sensors, such as active detection systems based on radar or LIDAR or passive electro-optic systems, and to perform data fusion, allows to obtain a detailed map of the area under control and to use a series of contrast mechanisms made more effective by the plurality of sensors and actuators employed, such blocking and contrasting mechanisms include, but are not limited to:
- inseguimento del drone rilevato con sistemi elettroottici guidati dal segnale di localizzazione; - tracking of the drone detected with electro-optical systems guided by the localization signal;
- inseguimento automatico basato su algoritmi di computer vision; - automatic tracking based on computer vision algorithms;
- attivazione di misure di contenimento e prevenzione; - activation of containment and prevention measures;
- attivazione di sistemi di difesa di punto e contraerea. - activation of point and anti-aircraft defense systems.
Il sistema è opportunamente progettato come strumento di pronto impiego per scenari operativi. Pesi, dimensioni e modalità di installazione e configurazione sono idonei al trasporto ed all’impiego da parte di un singolo operatore non necessariamente qualificato; il risultato della ricerca ed individuazione di APR sarà presentato all’utente per mezzo di una interfaccia di immediata comprensione e potrà essere chiaramente interpretato anche da personale non specializzato. L’operatività completa del sistema sarà raggiungibile in un tempo estremamente breve e variabile in base alla complessità della specifica realizzazione. Nella realizzazione più semplice l’impiego del sistema può avvenire in tre passi: The system is suitably designed as a ready-to-use tool for operational scenarios. Weights, dimensions and methods of installation and configuration are suitable for transport and use by a single operator who is not necessarily qualified; the result of the research and identification of APR will be presented to the user by means of an interface of immediate understanding and can be clearly interpreted even by non-specialized personnel. The complete operation of the system will be achievable in an extremely short and variable time based on the complexity of the specific implementation. In the simplest implementation, the system can be used in three steps:
- estrazione dall’imballo / contenitore campale; - extraction from the packaging / field container;
- collegamento del front-end e dell’unità HMI all’unità di elaborazione (due cavi); - connection of the front-end and the HMI unit to the processing unit (two cables);
- accensione dell’unità di elaborazione. - switching on the processing unit.
Il sistema inizierà immediatamente la ricerca di segnali identificabili come droni, mostrando sul video il risultato delle elaborazioni. The system will immediately start the search for signals that can be identified as drones, showing the result of the processing on the video.
I vantaggi offerti dalla presente invenzione sono evidenti alla luce della descrizione fin qui esposta e saranno ancora più chiari grazie alle figure annesse e alla relativa descrizione dettagliata. The advantages offered by the present invention are evident in the light of the description set out up to now and will be even clearer thanks to the attached figures and the related detailed description.
Descrizione delle figure Description of the figures
L’invenzione verrà qui di seguito descritta in almeno una forma di realizzazione preferita a titolo esplicativo e non limitativo con l’ausilio delle figure annesse, nelle quali: The invention will be described below in at least one preferred embodiment for explanatory and non-limiting purposes with the aid of the attached figures, in which:
- FIGURA 1 mostra il sistema di individuazione droni in uno scenario tipico di utilizzo in cui viene impiegato per rilevare la presenza di un micro-UAV 502 e del pilota 501 tramite i segnali in radiofrequenza di comando 503. Sono enumerati, inoltre, il front end RF 110 installato su un tripode 111, l’unità di elaborazione 120 connessa ad una interfaccia di visualizzazione 130. Il sistema è portatile e facilmente trasportabile in una apposita valigia rinforzata 121. - FIGURE 1 shows the drone detection system in a typical scenario of use in which it is used to detect the presence of a micro-UAV 502 and pilot 501 by means of the 503 command radiofrequency signals. The front end is also enumerated RF 110 installed on a tripod 111, the processing unit 120 connected to a display interface 130. The system is portable and easily transportable in a special reinforced case 121.
- FIGURA 2 mostra uno schema di principio architetturale 210 del sistema di identificazione droni in cui sono illustrati l’antenna 101, il modulo con front end 110 e unità di elaborazione 120, e un modulo esterno per l’interfaccia utente 130. Nella stessa figura è mostrato uno schema più completo 220 in cui sono enumerati, oltre all’unità di elaborazione 120, l’alimentatore 122, un ricevitore GPS 123 ed un adattatore WiFi 112. - FIGURE 2 shows an architectural principle diagram 210 of the drone identification system in which the antenna 101, the module with front end 110 and processing unit 120, and an external module for the user interface 130 are shown. a more complete diagram 220 is shown in which, in addition to the processing unit 120, the power supply 122, a GPS receiver 123 and a WiFi adapter 112 are enumerated.
- FIGURA 3 mostra il flusso di processo del sistema, suddiviso in pre-processing 230 che incorpora le attività di inizializzazione 2301; processing 240 con le attività di rilevamento 2401, classificazione 2403 e localizzazione monodimensionale 2401; post-processing 250. - FIGURE 3 shows the process flow of the system, divided into pre-processing 230 which incorporates the initialization activities 2301; processing 240 with the activities of survey 2401, classification 2403 and one-dimensional localization 2401; post-processing 250.
- FIGURA 4 mostra il diagramma di flusso dell’elaborazione del segnale ricevuto. Sono enumerati le componenti logiche del sistema: la configurazione dei parametri di acquisizione 231, di digitalizzazione e decimazione 232, il sintonizzatore 233, lo scanner a larga banda 241, il modulo che estrae la densità spettrale di potenza 242 e l’indicazione di intensità del segnale 243, il modulo estrattore di protocollo 244 e gli stadi finali di classificazione 245 e localizzazione 246. - FIGURE 4 shows the flow chart of the received signal processing. The logical components of the system are enumerated: the configuration of the acquisition parameters 231, digitization and decimation 232, the tuner 233, the broadband scanner 241, the module that extracts the power spectral density 242 and the indication of intensity of the signal 243, the protocol extractor module 244 and the final stages of sorting 245 and localization 246.
- FIGURA 5 mostra una realizzazione dell’unità di visualizzazione che impiega un comune tablet 131 per mostrare i risultati dell’elaborazione e per creare una interfaccia utente grafica. Sono enumerati: un diagramma temporale del segnale ricevuto 132, uno spettrogramma nella banda di interesse 133, una mappa della zona di ricerca 134 con indicazione della provenienza del segnale, una serie di pulsanti di comando 135, ed una tastiera virtuale 136. - FIGURE 5 shows a realization of the display unit that uses a common tablet 131 to show the processing results and to create a graphical user interface. The following are listed: a time diagram of the received signal 132, a spectrogram in the band of interest 133, a map of the search area 134 indicating the origin of the signal, a series of command buttons 135, and a virtual keyboard 136.
Descrizione dettagliata dell’invenzione Detailed description of the invention
La presente invenzione verrà ora illustrata a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo né vincolante, ricorrendo alle figure che illustrano alcune realizzazioni del concetto inventivo descritto. The present invention will now be illustrated purely by way of example, but not limiting or binding, with recourse to the figures which illustrate some embodiments of the inventive concept described.
Con riferimento alla FIG.1 viene illustrata una realizzazione del sistema di individuazione droni che prevede l’installazione di tre front end con sensori RF passivi 110 su tripodi 111. I sensori sono dislocati sul territorio e collegati direttamente ad una unità di elaborazione 120 che a sua volta comanda una unità di visualizzazione 130 per mostrare i risultati dell’analisi. Nella realizzazione presentata il sistema è corredato di un contenitore rinforzato 121 tipo valigetta che consente lo spostamento agevole dell’intero sistema. With reference to FIG. 1, an implementation of the drone detection system is illustrated which provides for the installation of three front ends with passive RF sensors 110 on tripods 111. The sensors are located on the territory and connected directly to a processing unit 120 which in turn it controls a display unit 130 to show the results of the analysis. In the embodiment presented, the system is equipped with a reinforced container 121 type case that allows easy movement of the entire system.
Una volta completata la configurazione ed alimentato, il sistema inizia ad analizzare l’etere per rilevare i segnali in radiofrequenza 503 tra il drone 502 ed il pilota 501. La presenza di almeno tre sensori in diverse dislocazioni consentirà, a seguito del riconoscimento del protocollo di comunicazione, la localizzazione di entrambe le sorgenti: drone 502 e operatore/pilota 501. Il sistema è inoltre in grado di intervenire nella comunicazione RC (Radio Controlled) tra drone 502 e pilota 501 per inviare comandi compatibili con il protocollo di comunicazione utilizzato e ordinare al drone 502 di raggiungere un punto specifico – sufficientemente lontano dall’operatore da interrompere il contatto radio – oppure di atterrare e inattivarsi. Nella realizzazione qui descritta il sensore passivo è provvisto di una antenna per comunicazioni wireless da alto guadagno e ottimizzata per l’utilizzo nelle bande (IEEE) L e C, che includono le frequenze 2.4GHz e 5GHz utilizzate comunemente per la trasmissione di comandi e del payload (come ad esempio lo streaming video) rispettivamente. Il front end 110, la cui circuiteria elettronica è contenuta in un box di materiale polimerico impermeabile e resistente alle sollecitazioni termiche e meccaniche, sarà in grado di spazzare le bande di interesse utilizzando finestre di ampiezza variabile da alcune centinaia di kilohertz a qualche decina di megahertz e garantirà una figura di rumore inferiore ai 4dB. Once the configuration is complete and powered, the system begins to analyze the ether to detect the 503 radiofrequency signals between the 502 drone and the 501 pilot. The presence of at least three sensors in different locations will allow, following recognition of the communication, the location of both sources: drone 502 and operator / pilot 501. The system is also able to intervene in the RC (Radio Controlled) communication between drone 502 and pilot 501 to send commands compatible with the communication protocol used and order drone 502 to reach a specific point - far enough away from the operator to interrupt radio contact - or to land and inactivate. In the embodiment described here, the passive sensor is provided with a high gain wireless communications antenna optimized for use in the (IEEE) L and C bands, which include the 2.4GHz and 5GHz frequencies commonly used for the transmission of commands and payload (such as streaming video) respectively. The front end 110, whose electronic circuitry is contained in a box of waterproof polymeric material resistant to thermal and mechanical stress, will be able to sweep the bands of interest using windows of variable width from a few hundred kilohertz to a few tens of megahertz and will guarantee a noise figure of less than 4dB.
Ciascuno dei tre sensori sarà collegato all’unità di elaborazione 120 per mezzo di cavi coassiali con connettori tipo N;. la stessa unità di elaborazione 120 fornirà la necessaria alimentazione elettrica ai front end. Each of the three sensors will be connected to the processing unit 120 by means of coaxial cables with type N connectors; the processing unit 120 itself will supply the necessary electrical power supply to the front ends.
All’unità di elaborazione 120 vengono inoltre collegati, con riferimento alla FIG.2b: The processing unit 120 is also connected, with reference to FIG.2b:
- una sorgente di alimentazione 122 che fornirà tensione non soltanto all’unità 120 ma – attraverso questa – all’intero sistema; - a power source 122 which will supply voltage not only to the 120 unit but - through this - to the entire system;
- un ricevitore GPS 123 per la sincronizzazione temporale del sistema e dei sensori passivi; - a GPS receiver 123 for time synchronization of the system and of the passive sensors;
- un adattatore WiFi 112 per intercettare le comunicazioni basate sullo standard 802.11 a/b/g/n; - a WiFi 112 adapter to intercept communications based on the 802.11 a / b / g / n standard;
- una unità di configurazione e HMI (Human Machine Interface) 130. - a configuration unit and HMI (Human Machine Interface) 130.
Il sistema di individuazione droni, nella realizzazione preferita, svolge tre funzioni principali, illustrate con riferimento alle FIGG. 3 e 4 che mostrano rispettivamente la sequenza di elaborazione e il diagramma di flusso che descrive il funzionamento del sistema. The drone identification system, in the preferred embodiment, performs three main functions, illustrated with reference to FIGS. 3 and 4 which respectively show the processing sequence and the flow chart describing the operation of the system.
La funzione di elaborazione preliminare (pre-processing) 230 viene svolta essenzialmente dalle singole unità front end 110 e consiste nella ricezione del segnale in radiofrequenza, campionamento e decimazione (downconverting) per riportare il segnale in banda base. La fase iniziale 2301 del processo prevede: - configurazione del guadagno di amplificazione e della frequenza di campionamento del ADC 231; The pre-processing function 230 is essentially carried out by the individual front end units 110 and consists in the reception of the radio frequency signal, sampling and decimation (downconverting) to bring the signal back to the baseband. The initial phase 2301 of the process provides: - configuration of the amplification gain and of the sampling frequency of the ADC 231;
- impostazione del Digital Down Converter 232; - setting of the Digital Down Converter 232;
- sintonizzazione della frequenza di centro banda 233. - tuning of the center band frequency 233.
Il processing 240 vero e proprio è demandato all’unità di elaborazione 120 che consiste in una scheda embedded dotata di una logica programmabile e un processore general purpose e realizza le tre funzioni di rilevamento 2401, classificazione 2403 e localizzazione 1-D 2402. L’unità realizza l’architettura SDR del sistema, che permette di riprogrammare dinamicamente ed in tempo reale il comportamento del sistema, definendo – per l’appunto – il tipo di ricevitore adatto all’esigenza. L’unità di elaborazione comprenderà, oltre alla comune componentistica per PC (memoria volatile, memoria non volatile, interfacce di I/O): The actual processing 240 is delegated to the processing unit 120 which consists of an embedded board equipped with programmable logic and a general purpose processor and carries out the three detection functions 2401, classification 2403 and 1-D 2402 localization. unit realizes the SDR architecture of the system, which allows to dynamically reprogram the behavior of the system in real time, defining - precisely - the type of receiver suitable for the need. The processing unit will include, in addition to the common components for PCs (volatile memory, non-volatile memory, I / O interfaces):
- uno scanner broadband 241; - a 241 broadband scanner;
- un modulo per l’elaborazione della PSD 242; - a form for the processing of PSD 242;
- un modulo per l’estrazione della RSSI 243; - a form for the extraction of RSSI 243;
- un analizzatore ed estrattore di protocollo 244; - a protocol analyzer and extractor 244;
- un classificatore a correlazione 245; - a correlation classifier 245;
- un modulo di localizzazione 246 basato sui valori di RSSI e dati di repertorio. - a localization module 246 based on RSSI values and repertoire data.
L’unità di elaborazione 120 conterrà, inoltre, nella propria area di memoria non volatile una apposita libreria di protocolli di comunicazione e dati caratteristici dei droni commerciali e non ad oggi noti. La libreria sarà compilata preventivamente ed aggiornabile con l’inserimento e la modifica di nuovi elementi di informazione e conterrà almeno: The processing unit 120 will also contain in its non-volatile memory area a special library of communication protocols and characteristic data of commercial drones and not known to date. The library will be compiled in advance and can be updated with the insertion and modification of new information elements and will contain at least:
- caratteristiche del drone: peso, dimensione, velocità; - characteristics of the drone: weight, size, speed;
- caratteristiche del protocollo di comunicazione: frequenze, tecnica di comunicazione (FHSS, DSSS, ecc.), comandi noti, codici e algoritmi di cifratura utilizzati; - characteristics of the communication protocol: frequencies, communication technique (FHSS, DSSS, etc.), known commands, codes and encryption algorithms used;
- informazioni sulla presenza di payload e tipologia del flusso dati. - information on the presence of payload and type of data flow.
L’ultimo stadio del sistema è la funzione di post-processing e post-analisi. Nella realizzazione preferita tale funzione viene anch’essa svolta dall’unità di elaborazione 120 con il supporto – relativamente ad alcuni task – dell’hardware del modulo di visualizzazione 130. Il post-processing 250 include: The last stage of the system is the post-processing and post-analysis function. In the preferred embodiment, this function is also performed by the processing unit 120 with the support - in relation to some tasks - of the hardware of the display module 130. Post-processing 250 includes:
- visualizzazione dei dati lavorati; - visualization of the processed data;
- data fusion dei dati provenienti da diversi sensori per la multilaterazione del target (Localization 2-D); - data fusion of data from different sensors for target multilateration (Localization 2-D);
- memorizzazione dei dati elaborati; - storage of the processed data;
- generazione e visualizzazione di alert; - generation and display of alerts;
- strumenti di post analisi (generazione di reportistica, elaborazioni statistiche, riduzione dati, …). - post analysis tools (report generation, statistical processing, data reduction, ...).
Nella realizzazione preferita l’unità di visualizzazione 130 è costituita da un classico terminale KVM (keyboard, video, mouse) con l’aggiunta di hardware di supporto a funzioni specifiche. L’interfaccia utente è di tipo grafico e include: - indicazione grafica degli APR individuati mediante distanza e direzione di arrivo su un grafico polare centrato sull’operatore; In the preferred embodiment, the display unit 130 consists of a classic KVM terminal (keyboard, video, mouse) with the addition of hardware to support specific functions. The user interface is graphical and includes: - graphic indication of the APRs identified by distance and direction of arrival on a polar graph centered on the operator;
- rappresentazione della posizione del drone e del pilota se note; - representation of the position of the drone and the pilot if known;
- intensità e classificazione dei segnali rilevati; - intensity and classification of the detected signals;
- una finestra con spettrogramma in tempo reale della banda RF in esame; - famiglia/modello del drone individuato (o unknown in caso contrario); - comandi di configurazione del sistema. - a window with real-time spectrogram of the RF band under examination; - family / model of the drone identified (or unknown if not); - system configuration commands.
L’interfaccia consentirà all’operatore del sistema di intervenire sulla configurazione del sistema, impostando parametri critici che includono ma non si limitano a: banda da spazzare, guadagno dello stadio amplificatore, frequenze di campionamento. Sarà inoltre possibile esportare i segnali analizzati in un formato compatibile con la principali applicazioni per ufficio e software ingegneristici. In una realizzazione alternativa, raffigurata in FIG.5, la fase di post-processing 250 e l’interfaccia uomo-macchina 130 vengono realizzate utilizzando un generico tablet 131 ed una applicazione mobile dedicata. Il tablet sarà collegato per mezzo di una rete senza fili (WLAN) all’unità di elaborazione 120 per riceverne i dati in uscita dallo stadio di elaborazione 240: l’applicazione mobile sfrutterà l’hardware del dispositivo per realizzare l’interfaccia grafica, le operazioni di post-analisi e tutte le attività accessorie di visualizzazione e rielaborazione grafica dei dati, svincolando così l’unità principale 120. Nella realizzazione proposta in figura, lo schermo tattile del dispositivo 131 consente di utilizzare una tastiera virtuale 136 e di interagire con le informazioni visualizzate come, ad esempio, la visualizzazione del diagramma temporale dei segnali in ingresso 132 o lo spettrogramma 133 della banda RF. Uno speciale grafico a mappa 134 con indicazione precisa e geolocalizzata del drone o del pilota sostituisce il grafico polare (distanza e direzione) per una localizzazione più immediata. Tramite comandi dedicati 135 l’operatore potrà impostare la visualizzazione preferita, accedere alla libreria di droni noti, scorrere tra i segnali ricevuti e impostare allarmi. Inoltre, utilizzando l’uscita audio del tablet 131 sarà possibile udire in tempo reale gli allarmi associati alla rilevazione ed al riconoscimento di APR ostili o non identificati. The interface will allow the system operator to intervene on the system configuration, setting critical parameters that include but are not limited to: sweeping band, amplifier stage gain, sampling rates. It will also be possible to export the analyzed signals in a format compatible with the main office applications and engineering software. In an alternative embodiment, shown in FIG.5, the post-processing phase 250 and the man-machine interface 130 are made using a generic tablet 131 and a dedicated mobile application. The tablet will be connected by means of a wireless network (WLAN) to the processing unit 120 to receive its output data from the processing stage 240: the mobile application will use the device hardware to create the graphic interface, post-analysis operations and all the ancillary activities of visualization and graphical reprocessing of the data, thus releasing the main unit 120. In the embodiment proposed in the figure, the touch screen of the device 131 allows to use a virtual keyboard 136 and to interact with the information displayed such as, for example, the display of the time diagram of the input signals 132 or the spectrogram 133 of the RF band. A special map chart 134 with precise and geolocalized indication of the drone or the pilot replaces the polar chart (distance and direction) for a more immediate location. Using dedicated commands 135, the operator can set the preferred view, access the library of known drones, scroll through the received signals and set alarms. In addition, using the audio output of the tablet 131 it will be possible to hear in real time the alarms associated with the detection and recognition of hostile or unidentified APRs.
È infine chiaro che all’invenzione fin qui descritta possono essere apportate modifiche, aggiunte o varianti ovvie per un tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall’ambito di tutela che è fornito dalle rivendicazioni annesse. Finally, it is clear that modifications, additions or variants that are obvious to a person skilled in the art can be made to the invention described so far, without thereby departing from the scope of protection that is provided by the attached claims.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102018000007522A IT201800007522A1 (en) | 2018-07-26 | 2018-07-26 | RECOGNITION, LOCALIZATION, TRACKING AND POSSIBLE DEACTIVATION OF REMOTE PILOTED AIRCRAFT (APR) REMOTE CONTROLLED |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| IT102018000007522A IT201800007522A1 (en) | 2018-07-26 | 2018-07-26 | RECOGNITION, LOCALIZATION, TRACKING AND POSSIBLE DEACTIVATION OF REMOTE PILOTED AIRCRAFT (APR) REMOTE CONTROLLED |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT201800007522A1 true IT201800007522A1 (en) | 2020-01-26 |
Family
ID=63965800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102018000007522A IT201800007522A1 (en) | 2018-07-26 | 2018-07-26 | RECOGNITION, LOCALIZATION, TRACKING AND POSSIBLE DEACTIVATION OF REMOTE PILOTED AIRCRAFT (APR) REMOTE CONTROLLED |
Country Status (1)
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Citations (6)
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-
2018
- 2018-07-26 IT IT102018000007522A patent/IT201800007522A1/en unknown
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