Documentación

Estado del arte de la línea de prospectiva propuesta sobre los sistemas de detección, identificación y neutralización de UAVs (Unmanned Aerial Vehicle).

El observatorio Horizontes en Defensa y Seguridad tiene abierta una línea de prospectiva tecnológica en el ámbito de las tecnologías TIC para el combatiente, manteniendo una base de datos permanente con información actualizada de los últimos avances tecnológicos en dicho ámbito, con el foco puesto especialmente en centros de investigación y universidades europeas. Las tecnologías analizadas por el observatorio incluyen sistemas de comunicaciones para conciencia situacional, realidad aumentada, wearables, sistemas de alimentación (baterías), navegación en ausencia de GPS, monitorización de la salud física y estrés, inhibidores, sistemas de detección amigoenemigo, etc. Los desarrolladores de estas tecnologías suelen presentar las capacidades de las mismas sin una perspectiva integrada en el conjunto de sistemas que porta el soldado. En este trabajo, se utiliza la extensa base de conocimiento del observatorio para diseñar despliegues optimizados para una determinada misión en un escenario hipotético de guerrilla urbana, con todos los condicionantes de un escenario actual, utilizando las tecnologías más avanzadas conocidas, que en muchos casos tienen niveles TRL bajos. El objetivo es evaluar sus capacidades reales de operar en un entorno hipotético, con condicionantes realistas (presencia de civiles, entorno desconocido, temperaturas extremas, equipamiento pesado,…) y de manera coordinada, así como detectar gaps o situaciones no perfectamente resueltas con el estado actual de la tecnología.

El observatorio Horizontes en Defensa y Seguridad tiene abierta una línea de prospectiva tecnológica en el ámbito de la lucha anti-dron, manteniendo una base de datos con información actualizada de los avances tecnológicos en dicho ámbito. Las tecnologías analizadas incluyen las tres fases del proceso: 1.- Detectar una intrusión, 2. Identificar que se trata de una amenaza tipo dron, 3.- Neutralizar la amenaza. Para cada fases, se han propuesto tecnologías diversas: Radares de alta resolución, radares persistentes, análisis de las comunicaciones y sensores acústicos, para la detección. Cámaras de espectro visible o infrarrojo, cámaras hiperespectrales y firma microdoppler para la identificación. Láser, jamming, spoofing, etc. para la neutralización. En este trabajo, se utiliza la extensa base de conocimiento del observatorio para analizar despliegues optimizados para defender distintos emplazamientos, sobre la base de que estas tecnologías, que en muchos casos presentan TRL bajos, estuviesen perfectamente disponibles. El objetivo es evaluar sus capacidades reales de operar en un entorno con condicionantes realistas, así como detectar gaps o situaciones no perfectamente resueltas con el estado actual de la tecnología. La principal conclusión del estudio es la inexistencia de una solución suficientemente satisfactoria para la vigilancia en escenarios urbanos.

El observatorio Horizonte en Defensa y Seguridad ISDEFE-UPM tiene abierta una línea de prospectiva tecnológica en el ámbito de las plataformas autónomas y de los sensores embarcados. Actualmente, una de las líneas de investigación de mayor interés es el desarrollo de sistemas basados en la cooperación de múltiples plataformas autónomas para realizar misiones de manera conjunta y coordinada. En esta comunicación, se lleva a cabo un estudio de las capacidades de un sistema de vigilancia costera y salvamento marítimo basado en la cooperación entre plataformas autónomas aéreas y navales. El trabajo realizado se enmarca en el área estratégica de las “Smart Borders” establecida en el programa Horizonte 2020, cuyo objetivo es impulsar el desarrollo de sistemas de vigilancia fronteriza mediante el uso de nuevas tecnologías de sensores y plataformas autónomas. Utilizando los parámetros característicos de sensores ópticos embarcados en plataformas aéreas, se estima su alcance máximo para la detección e identificación de personas y barcos. A su vez, los parámetros técnicos de los transmisores y receptores utilizados para la comunicación entre plataformas permiten determinar el alcance máximo de dichos enlaces teniendo en cuenta modelos de propagación específicos para entornos marítimos. Además, uno de los aspectos más importantes para el desarrollo de estas plataformas cooperativas reside en los sistemas de navegación por satélite (GNSS) e inercial (INS). Por este motivo, se han evaluado las precisiones obtenidas mediante un algoritmo loosely coupled de fusión GNSS/INS en entornos simulados con el objetivo de proponer una solución de navegación.

Entre las diferentes líneas de trabajo del observatorio Horizonte en Defensa y Seguridad ISDEFE-UPM se encuentra el análisis de tecnologías emergentes que puedan hacer frente a las nuevas amenazas basadas en el uso de drones. Una de las infraestructuras críticas que debe protegerse frente al uso malintencionado o negligente de drones son las redes ferroviarias de alta velocidad. Sin embargo, no existe actualmente una solución eficiente de vigilancia de medio alcance para este tipo de escenarios, ya que el empleo de radares convencionales supone un coste excesivamente elevado. En esta comunicación, se propone un sistema radar pasivo multiestático basado en el uso de las señales del enlace descendente del sistema de comunicaciones Long-Term Evolution-Railway (LTE-R), cuyo despliegue se extenderá previsiblemente a gran parte de la red ferroviaria de alta velocidad en los próximos años. Los múltiples nodos receptores de este sistema radar distribuido pueden implementarse utilizando dispositivos comerciales de radio definida por software (SDR), disminuyendo considerablemente su coste. Además, este sistema no requiere asignación de frecuencias, no interfiere con otros sistemas de comunicaciones, no puede ser interceptado por equipos de guerra electrónica y es fácilmente escalable. Tras presentar la arquitectura hardware y el procesado de señal y datos que permite la detección y seguimiento de blancos, se analiza la viabilidad técnica de este sistema en base a la función de ambigüedad de las señales LTE-R y al alcance de detección para drones de pequeño tamaño, que se estima en 4 km para drones de 0,1 m2 de sección radar.

Entre las líneas de trabajo del Observatorio Horizonte en Defensa y Seguridad ISDEFE-UPM se encuentra el análisis de tecnologías de sensores embarcados con aplicaciones emergentes en sistemas ISTAR (Intelligence, Surveillance, Target Acquisition and Reconnaissance). En esta comunicación, se realiza un estudio de la viabilidad técnica de los sensores hiperespectrales embarcados en plataformas aéreas o satelitales para la detección y clasificación de objetos camuflados. Las imágenes hiperespectrales contienen la respuesta espectral de cada píxel para múltiples bandas del rango visible e infrarrojo. De esta forma, su procesado permite potencialmente la detección y clasificación de objetos camuflados al ojo humano gracias a las diferentes respuestas espectrales que presentan los materiales al considerar también múltiples bandas en el infrarrojo. Para evaluar dichas capacidades, se ha propuesto una cadena de procesado con una carga computacional asumible basada en: (1) algoritmo PCA (Principal Component Analysis) para reducir la dimensionalidad de los datos; (2) segmentación mediante el algoritmo Mean-shift; (3) detección de las anomalías utilizando el algoritmo Reed-Xiaoli (RX), y (4) clasificación mediante sparse regression. Se ha analizado el desempeño de esta cadena de procesado utilizando imágenes hiperespectrales sintéticas generadas a partir de firmas espectrales de bases de datos, incluyendo efectos que degradan la calidad de la imagen como: ruido de adquisición, mezcla de firmas espectrales o variaciones aleatorias de las firmas de cada material. Además, se han procesado imágenes hiperespectrales reales de los sensores AVIRIS y HYDICE y multiespectrales del satélite Sentinel-2. Los resultados ponen de manifiesto la necesidad de mejorar la robustez del algoritmo de clasificación frente a mezclas de firmas y a variaciones respecto de la base de datos, pero muestran el potencial de esta tecnología en aplicaciones de teledetección.

Entre las líneas de trabajo del Observatorio Horizonte en Defensa y Seguridad ISDEFE-UPM se encuentra el análisis de sensores embarcados en plataformas aéreas con aplicaciones emergentes en sistemas ISTAR (Intelligence, Surveillance, Target Acquisition and Reconnaissance). En esta comunicación, se realiza un análisis de los sistemas de estabilización de sensores electro-ópticos embarcados en plataformas aéreas no tripuladas y se modela el efecto de emborronado que se produce por su movimiento y vibración durante el tiempo de exposición para estimar las capacidades operativas de estos sistemas. En primer lugar, tras analizar los distintos tipos de UAVs utilizados en tareas de teledetección, se propone un modelo que permite simular el efecto de emborronado en imágenes debido al movimiento y vibración de la plataforma. El modelo propuesto simula de forma aleatoria, en base a las especificaciones de estabilidad de la plataforma analizada, las componentes angulares de vibración (en alabeo, cabeceo y guiñada), que determinarán la función PSF (Point Spread Function) de emborronado de la imagen. A partir de este modelo se analizan dos casos diferentes, las plataformas de ala fija y las plataformas de ala rotatoria, que presentan distintas características de estabilidad en vuelo. Finalmente, haciendo uso de imágenes emborronadas simuladas a partir del modelo propuesto, se evalúan las capacidades de detección mediante un algoritmo representativo de detección automática de blancos considerando tres situaciones: (1) imágenes sin emborronado (situación ideal), (2) imágenes emborronadas a partir del modelo propuesto, y (3) imágenes emborronadas sometidas a estabilización digital mediante algoritmos de deconvolución ciega que tratan de estimar y compensar la PSF que da lugar a dicho emborronado.