Un nuevo sensor lidar 3D detecta drones en silencio radioeléctrico a casi una milla de distancia

Los drones pequeños se han convertido silenciosamente en uno de los problemas más incómodos de la defensa aérea moderna. Son baratos, numerosos, fáciles de lanzar desde la caja de una camioneta o una azotea y, cada vez más, capaces de volar una misión sin transmitir jamás una señal de radio que un defensor pueda escuchar. Un sensor lidar 3D recientemente reportado apunta directamente a ese punto ciego, con la capacidad de detectar amenazas de drones desde casi una milla de distancia.

La afirmación importa porque el trabajo contra UAS se ha apoyado durante años en gran medida en la detección de las emisiones electrónicas que producen los drones. Ese enfoque funciona bien contra un cuadricóptero de aficionado que transmite video a un operador. Funciona mal contra una máquina que ha sido programada con una ruta de vuelo, no lleva enlace de radio o está conectada por cable de fibra óptica. El lidar ofrece un tipo de respuesta diferente: en lugar de escuchar una señal, observa directamente el espacio aéreo y mide lo que físicamente está allí.

Por qué los drones en silencio radioeléctrico son los objetivos más difíciles

La frase "silencio radioeléctrico" abarca varios perfiles de amenaza distintos, y cada uno socava una suposición diferente incorporada en la detección tradicional.

• Autonomía por waypoints. Un dron puede cargarse con una ruta, lanzarse y dejarse volar sin ningún enlace de mando. No hay enlace ascendente que interceptar ni enlace descendente que triangular.
• Navegación inercial y óptica. A medida que ha mejorado la computación a bordo, las aeronaves pueden mantener un rumbo usando cámaras, sensores inerciales y datos de terreno almacenados en lugar de señales externas.
• Atadura por fibra óptica. Algunos sistemas cambian la libertad inalámbrica por un cable físico, obteniendo un enlace de alta capacidad que no emite nada que un sensor de radiofrecuencia pueda detectar.
• Bajo, lento y pequeño. Incluso el radar, la columna vertebral tradicional de la vigilancia aérea, tiene que lidiar con secciones radar muy pequeñas, velocidades de desplazamiento lentas y clutter que hace que un pequeño fuselaje se parezca mucho a un pájaro o a un parche de vegetación en movimiento.

El resultado es una brecha de detección que se amplía a medida que la autonomía se vuelve más barata y más ampliamente disponible. Los analistas han advertido repetidamente que la misma electrónica de consumo que impulsa el auge de los drones comerciales también reduce la barrera para adversarios que buscan una plataforma de vigilancia o ataque silenciosa y negable. Los defensores están siendo empujados hacia sensores que no dependen de que el objetivo coopere electrónicamente.

Qué aporta un sensor lidar 3D al problema

El lidar —detección y medición de luz— funciona disparando pulsos láser y midiendo cuánto tardan en regresar. Una unidad lidar 3D barre o dispersa esos pulsos a través de un campo de visión, construyendo una nube de puntos que describe la forma, la posición y el movimiento de los objetos en tres dimensiones.

Aplicado a misiones antidrón, eso ofrece varias ventajas prácticas sobre la detección puramente electrónica:

• No se requieren emisiones del objetivo. Una aeronave en silencio radioeléctrico sigue siendo un objeto físico que ocupa espacio físico, y el lidar la ve independientemente de lo que transmita.
• Clasificación geométrica. Las nubes de puntos pueden revelar configuraciones de rotores, envergadura y el característico movimiento de hover-and-translate de un multirrotor, ayudando a separar drones de pájaros y globos.
• Rumbo y alcance directos. Debido a que el lidar mide la distancia directamente en lugar de inferirla, una detección puede venir con un seguimiento de posición preciso adecuado para dirigir otros sistemas.
• Operación de día o de noche. A diferencia de una cámara que depende de la luz ambiental, un láser activo ilumina su propia escena.

El sensor descrito en los materiales de origen para este informe, identificado como Stratos, se presenta como un sistema lidar 3D antidrón con una envolvente de detección que se acerca a una milla. Esa cifra es significativa: lleva la detección óptica de una capacidad de corto alcance y último recurso a algo más cercano a un sensor de área.

Casi una milla de tiempo de advertencia

El alcance no es una métrica de vanidad en la defensa aérea: se convierte directamente en tiempo de decisión. Una detección en el borde exterior de la envolvente de un sensor da a los operadores espacio para confirmar si un contacto es una amenaza genuina, determinar su intención y elegir una respuesta. Una detección a unos pocos cientos de pies no deja casi ningún margen.

Ese margen es lo que hace atractivo el lidar de largo alcance junto con el radar y los receptores de RF. Un sensor que puede ver un pequeño fuselaje desde casi una milla de distancia puede contribuir a un seguimiento antes de que el objeto entre en la envolvente de enfrentamiento más estrecha de inhibidores, interceptores, redes o efectores de energía dirigida. En arquitecturas de defensa en capas, el sensor exterior no tiene que derrotar la amenaza: solo tiene que entregar un seguimiento suficientemente bueno a tiempo para que algo más actúe.

También cambia cómo los sitios piensan sobre la ubicación. Aeródromos, bases de operaciones avanzadas, prisiones, estadios e infraestructura crítica luchan todos con la misma pregunta: ¿qué tan lejos necesitas ver? Una capa óptica de mayor alcance puede ubicarse para cubrir aproximaciones que el radar tiene dificultades para iluminar limpiamente, como corredores de baja altitud donde domina el clutter del terreno.

Dónde encaja el lidar en una pila antidrón en capas

Ningún sensor único gana el problema antidrón, y la aparición de un lidar de mayor alcance no cambia eso. La arquitectura creíble sigue siendo una fusionada.

• Radar proporciona vigilancia de área amplia y seguimientos a través del clima, pero puede tener dificultades con objetivos muy pequeños y muy lentos.
• Detección de RF identifica enlaces de control y transmisiones de video, ofreciendo una clasificación sólida cuando un dron está emitiendo, y nada cuando no lo está.
• Cámaras electroópticas e infrarrojas entregan confirmación visual e identificación del operador, pero dependen de la línea de visión y, para EO, de la luz del día.
• Matrices acústicas pueden activarse con el ruido de rotores a corto alcance, aunque el ruido urbano y el viento degradan el rendimiento.
• Lidar añade una medición física directa del espacio aéreo que no requiere que el objetivo irradie y no depende únicamente de la visión a través de una lente.

Fusionar estas entradas es donde ahora reside gran parte del esfuerzo de ingeniería. El valor de un seguimiento lidar aumenta bruscamente cuando puede correlacionarse con una detección de radar o RF para elevar la confianza y suprimir falsas alarmas, la maldición persistente de las operaciones antidrón, donde cada pájaro, bolsa de plástico y vuelo de aficionado corre el riesgo de atraer la atención de un operador.

Los límites que vale la pena vigilar

La detección óptica tiene limitaciones bien conocidas, y el lidar hereda la mayoría de ellas. La niebla, la lluvia intensa, el polvo, el humo y la neblina densa atenúan los retornos láser y acortan el alcance efectivo. El terreno, los edificios y la vegetación crean sombras de oclusión que dejan huecos en la cobertura. La línea de visión es un requisito estricto, lo que limita cuánto terreno puede vigilar una sola unidad.

El costo y la integración son el otro obstáculo. Un lidar 3D de largo alcance no es un complemento barato, y montarlo en plataformas móviles significa lidiar con tamaño, peso, potencia y la vibración de un vehículo en movimiento. La calibración y la alineación deben mantenerse con el tiempo, y el mantenimiento de campo en condiciones austeras rara vez es amable con la óptica de precisión.

También está la cuestión de qué sucede después de la detección. La vigilancia es solo la mitad de una misión antidrón. Derrotar un dron —mediante inhibición, suplantación, intercepción o captura— plantea cuestiones legales y de seguridad que varían ampliamente según la jurisdicción, y el ataque electrónico contra drones cerca del espacio aéreo civil sigue estando estrictamente restringido en muchos países.

Qué observar a continuación

La historia a corto plazo tiene menos que ver con cualquier sensor individual y más con la rapidez con que la detección óptica de largo alcance se convierte en una capa estándar en lugar de una adición de nicho. Los indicadores clave incluyen si sistemas como el sensor Stratos reportado pasan de la demostración a la adquisición desplegada, qué tan bien resisten los seguimientos lidar bajo la lluvia y el polvo, y si las arquitecturas de sensores fusionados pueden reducir las tasas de falsas alarmas lo suficiente para que los operadores confíen en las alertas.

La tendencia subyacente, sin embargo, parece duradera. La autonomía se está abaratando y el silencio radioeléctrico se está volviendo más fácil. La detección que no depende de la electrónica de un adversario seguirá creciendo en importancia, y el alcance seguirá siendo el número por el que los defensores preguntan primero.

Puntos clave

• Un sensor lidar 3D antidrón reportado puede detectar amenazas de drones en silencio radioeléctrico desde casi una milla de distancia.
• Los drones en silencio radioeléctrico derrotan la detección basada en RF mediante autonomía, rutas de vuelo preprogramadas y enlaces de fibra óptica.
• El lidar mide objetos físicos directamente, proporcionando datos de rumbo, alcance y forma adecuados para clasificar drones frente a pájaros.
• Un mayor alcance de detección compra tiempo de decisión a los operadores y apoya la dirección de efectores en arquitecturas antidrón en capas.
• La atenuación por clima, la oclusión, el costo y las restricciones legales sobre la derrota de drones siguen siendo factores limitantes significativos.

Este artículo se basa en reportajes de Interesting Engineering. Lea el artículo original.