كيف يعمل الكشف عن الطائرات بدون طيار؟

يسألني الكثير من الناس عما إذا كانت أنظمة الكشف عن الطائرات بدون طيار مفيدة حقاً؟ فهم يعتقدون أن الكشف عن الطائرات بدون طيار يتعلق فقط بأجهزة الاستشعار التي تحدد مواقع الطائرات بدون طيار. لكن الأمر ليس كذلك. إنه ليس جهازاً واحداً، بل هو سير عمل. إنها سلسلة من أجهزة الاستشعار، ومعالجات البيانات، وأدوات اتخاذ القرار تعمل بشكل متزامن.

لم يعد اكتشاف الطائرات بدون طيار يتعلق فقط بالعثور على الأجسام الطائرة. إنه يتعلق ب كيف تعمل التقنيات المختلفة معاً، من الاستشعار إلى الاستجابة لتشكيل نظام دفاعي متكامل.

قد يبدو الأمر بسيطاً، لكن العثور على الطائرات بدون طيار - خاصةً الصغيرة أو التي تحلق على ارتفاع منخفض - يمثل تحدياً تقنياً خطيراً. في هذه المقالة، سوف أطلعك على كيفية عمل أنظمة الكشف عن الطائرات بدون طيار الحديثة، والتقنيات التي تستخدمها، والتحديات التي تواجهها، وإلى أين تتجه في المستقبل.

ما هي التقنيات المستخدمة عادةً في أنظمة الكشف عن الطائرات بدون طيار؟

لقد عملت مع أنظمة الكشف عن الطائرات بدون طيار التي تتضمن العديد من أجهزة الاستشعار ومصادر البيانات. ولكن لنكن صادقين، لا يوجد حل سحري، وكل تقنية تحل جزءًا من المشكلة فقط. فقط عندما يتم دمجها معاً يمكن تقديم صورة أكثر اكتمالاً للوضع في الجو.

في رأيي، فإن أفضل الأنظمة تجمع بين المسح اللاسلكي والرادار والتصوير البصري والحراري والميكروفونات الصوتية وتحليل الذكاء الاصطناعي لتغطية جميع زوايا اكتشاف الطائرات بدون طيار. بعد ذلك، سأقوم بتفصيل المبادئ التقنية لكل وحدة:

1. مراقبة الطيف الراديوي

الاستخدام وحدات الترددات اللاسلكية لمسح نطاقات التردد مثل 2.4 جيجا هرتز و5.8 جيجا هرتز للعثور على إشارات أو حزم بيانات وحدة التحكم في الطائرات بدون طيار. لقد صممت بعض الأنظمة لمطابقة هذه الإشارات مع طرازات محددة من الطائرات بدون طيار (مثل DJI و Parrot وغيرها). يكون تأثير التعرف جيدًا حقًا عندما تقوم الطائرة بدون طيار بإرسال البيانات بشكل نشط. ولكن عندما تستخدم الطائرة بدون طيار رابطاً مشفراً أو تطير بشكل مستقل ولا توجد إشارة، ستواجه التقنية مشاكل.

2. الكشف بالرادار

استخدام رادارات الموجات المليمترية والرادارات ذات المصفوفات المرحلية للكشف عن تحركات الطائرات بدون طيار عن طريق عكس موجات الراديو وتحليل الأصداء. يمكن لبعض الرادارات اكتشاف أهداف ذات مقطع عرضي راداري يبلغ 0.01 متر مربع على بعد 500 متر. في شبكة يمكن للرادارات المتعددة تثليث موقع الطائرة بدون طيار. ولكن يمكن للطيور أو التلال أو المباني أن تتسبب في إنذارات كاذبة، لذا فإن الرادار وحده لا يكفي.

3. أجهزة الاستشعار البصرية والحرارية

يشير هذا إلى استخدام نظام مزدوج الطيف يجمع بين الكاميرات القياسية وتقنية التصوير بالأشعة تحت الحمراء. وفي الوقت نفسه، يتحقق برنامج الذكاء الاصطناعي من حركة الدوّار وشكل جسم الطائرة و التوقيع الحراري لتأكيد ما إذا كان الهدف طائرة بدون طيار. تجدر الإشارة إلى أن فريقنا اختبرها في طقس ضبابي الشهر الماضي ولم يحقق النتائج المتوقعة. على الرغم من أن بعض الأنظمة تدّعي أنها قادرة على تحقيق دقة 90% حتى في بيئات الإضاءة المنخفضة. لكن الطقس الضبابي أو ضوء الشمس القوي قد يؤثر على تحديدها.

4. الكشف الصوتي

تسجل مصفوفات الميكروفونات ضوضاء الطائرات بدون طيار - بشكل رئيسي من الدوارات والمحركات. تقوم الخوارزميات بمطابقتها مع أنماط الصوت المعروفة. في الأيام الصافية، رأيت هذه الأنظمة ترصد الطائرات بدون طيار على بعد 300 متر. ولكن في المدن المزدحمة، غالبًا ما تحجب ضوضاء المرور والبناء إشارات الطائرات بدون طيار، لذلك لا يتم استخدام هذا النوع من التكنولوجيا على نطاق واسع.

5. دمج أجهزة الاستشعار المتعددة

تجمع أفضل الأنظمة بين جميع التقنيات المذكورة أعلاه. فنظام KARMA الإيطالي، على سبيل المثال، يجمع بين المسح اللاسلكي والرؤية بالأشعة تحت الحمراء ومطابقة الأنماط القائمة على الذكاء الاصطناعي. لقد اختبرت الأنظمة التي يمكنها تتبع طائرة بدون طيار عبر الرادار، وتأكيد إشارتها عبر الترددات اللاسلكية، والتحقق من صورتها عبر الكاميرا، والاستماع إلى الصوت في نفس الوقت. وهذا يقلل بشكل كبير من الإنذارات الكاذبة.

كيف تساعد أجهزة الاستشعار الرادارية والترددات اللاسلكية والبصرية في التعرف على الطائرات بدون طيار؟

كثيراً ما أُسأل: "لماذا نحتاج إلى الكثير من أجهزة الاستشعار؟ إجابتي هي نفسها دائماً: لأن كل مستشعر يرى شيئاً مختلفاً. صُممت الطائرات بدون طيار بحيث يصعب اكتشافها. فهي صغيرة وخفيفة الوزن وسريعة. يمنحك استخدام أجهزة استشعار متعددة صورة كاملة.

باختصار، يمكن للرادار اكتشاف مسافة وسرعة ومسار الهدف، لكنه لا يستطيع التمييز بين الطائرة بدون طيار والحمامة لأنه يشمل جميع الأجسام المتحركة (مثل الطيور والبالونات وحتى الحطام الذي تذروه الرياح) في نطاق الكشف.

تتعرف أجهزة استشعار الترددات اللاسلكية على الأهداف من خلال مراقبة إرسال الإشارات: إذا أرسل جسم طائر إشارات تحكم يمكن التعرف عليها، فمن المحتمل أن تكون طائرة بدون طيار. يمكن لأجهزة تحليل الترددات اللاسلكية أيضاً استنتاج علامتها التجارية أو طرازها بناءً على بنية الإشارة.

تكمّل الأجهزة البصرية بيانات شكل الجسم وحركته: بعد أن تقوم الكاميرا بتكبير الصورة، يقارن الذكاء الاصطناعي ما يراه مع تصاميم الطائرات بدون طيار المعروفة (مثل تصميم الدوار وهيكل الذراع وشكل جسم الطائرة)، وتساعد أجهزة الاستشعار الحرارية في تحديد الهوية من خلال التقاط البصمة الحرارية للمحرك أو البطارية.

عندما تعمل هذه الأنواع الثلاثة من التقنيات معاً، يمكن للنظام أن يحدد بدقة أن الهدف هو طائرة بدون طيار ومن ثم يبدأ إجراءات التشويش أو التتبع. وبدون آلية الكشف متعددة النقاط هذه، قد تتعرض الطيور للاضطراب في أفضل الأحوال، أو قد يتم تفويت التهديدات الحقيقية في أسوأ الأحوال.

ما هي تحديات اكتشاف الطائرات بدون طيار الصغيرة أو التي تحلق على ارتفاع منخفض؟

تمتلك الطائرات الصغيرة بدون طيار بصمات رادارية ضعيفة، مما يجعلها غير مرئية تقريباً لأنظمة الرادار القديمة. حتى أن الرادارات الحديثة ذات المصفوفات التدريجية الحديثة لديها مدى محدود لهذه الأهداف الصغيرة. كما أنها تطير على ارتفاع منخفض تحت الأشجار أو بجوار المباني أو بالقرب من الأسوار، على سبيل المثال - حيث يمكن أن تخفي الأصداء الصادرة عن الجدران أو التضاريس إشاراتها.

وتستخدم بعض الطائرات بدون طيار مسارات طيران محملة مسبقاً، ولا تحتاج إلى وحدة تحكم. ويستخدم البعض الآخر وصلات واي فاي أو وصلات مشفرة، مما يجعل من المستحيل تقريباً اكتشافها دون وجود روابط متقدمة تقنيات تحليل الترددات اللاسلكية.

في حين أن التصوير الحراري والكشف الصوتي يمكن أن يساعد، إلا أن لهما قيوداً. فالطائرات الصغيرة بدون طيار تستخدم مواد مركبة ومكونات منخفضة الحرارة، وهي أكثر هدوءاً بكثير من الطائرات الأكبر حجماً. في البيئات الصاخبة، ستفقدها أجهزة الاستشعار الصوتية.

الحل الوحيد هو تكامل أفضل. لقد رأيت بعض الأنظمة المتكاملة الجديدة التي تعمل على تحسين وضوح الإشارة ورفض الضوضاء. هذه الحلول ليست رخيصة، لكنها تعمل.

كيف يتم بناء أنظمة الكشف عن الطائرات بدون طيار؟ ما الذي تتضمنه؟

نظام الكشف هو أكثر من مجرد جهاز استشعار، إنه نظام بيئي كامل. لقد قمت ببناء أنظمة تتراوح بين الأجهزة المحمولة في سيارات الدوريات إلى المنشآت الثابتة التي تحمي محطات الطاقة.

تشتمل منصات الكشف الحديثة للطائرات بدون طيار على مصفوفات الاستشعار، ومعالجات البيانات، وآليات الاستجابة، وبرامج الذكاء الاصطناعي. وهي تشكل حلقة الذكاء من الكشف إلى العمل.

تشمل الأجهزة بشكل أساسي أجهزة الاستشعار ووحدات الرادار وأجهزة استقبال الترددات اللاسلكية والكاميرات الضوئية والميكروفونات. تستخدم طبقة المعالجة البرمجية الحوسبة المتطورة أو الذكاء الاصطناعي القائم على السحابة لدمج البيانات وإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد للمجال الجوي في الوقت الفعلي. كما أنها تربط أدوات الكشف بأجهزة التشويش والأسوار الإلكترونية وأنظمة الإنذار. يسمح ذلك بتحديد موقع الطائرة بدون طيار أو الطيار في الوقت الفعلي، عادةً في حدود 50 متراً.

هذه الأنظمة قابلة للتطوير. قد تغطي عقدة واحدة 3 كيلومترات. ولكن يمكن أن تشكل الأجهزة المتصلة قبة متعددة الطبقات فوق مدينة أو منطقة حرجة.

أين تُستخدم أنظمة الكشف عن الطائرات بدون طيار حالياً؟

لقد قمتُ بنشر أنظمة الكشف في عشرات البيئات، من المطارات والملاعب إلى السجون والسواحل، وأصبح الكشف عن الطائرات بدون طيار الآن جزءًا قياسيًا من البنية التحتية الأمنية الحديثة.

1. البنية التحتية الحرجة

تعتمد المطارات على أجهزة الرادار وأجهزة مراقبة الترددات اللاسلكية للكشف عن الطائرات بدون طيار غير المصرح بها بالقرب من مسارات الطيران. وتستخدم محطات الطاقة النووية أجهزة استشعار حرارية وصوتية للكشف عن طائرات التجسس بدون طيار أو الحمولات.

2. السلامة العامة

خلال الأحداث الكبيرة، تقوم الأنظمة بتتبع جميع الأنشطة الجوية وتفعيل أجهزة التشويش عند الضرورة. تستخدم السجون أجهزة الكشف عن الطائرات بدون طيار لوقف عمليات إسقاط الممنوعات.

3. مراقبة الحدود والمراقبة البحرية

تستخدم الأنظمة الساحلية أنظمة رادارية وبصرية لتتبع الطائرات بدون طيار المستخدمة في التهريب. تساعد أدوات الذكاء الاصطناعي في التمييز بين الطائرات المدنية بدون طيار والطائرات بدون طيار غير القانونية.

هذه الأنظمة ليست دفاعية فقط، بل استباقية. فهي تجعل من الممكن إدارة المجال الجوي على ارتفاع منخفض كمنطقة آمنة.

ما هي المسائل القانونية التي تأتي مع اكتشاف الطائرات بدون طيار؟

كممارس، أعلم أنه في السيناريوهات الفعلية، قد تؤدي أي عيوب في التصميم أو أخطاء تشغيلية إلى مخاطر قانونية، خاصةً عندما ينطوي النظام على مراقبة الإشارات أو جمع البيانات، فمن المهم بشكل خاص الموازنة بين الاحتياجات الأمنية والحقوق الشخصية.

من من منظور الامتثال التنظيمي، وضعت البلدان قيودًا صارمة على استخدام الترددات اللاسلكية في تكنولوجيا الكشف. على سبيل المثال, إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) في الولايات المتحدة الأمريكية تشترط صراحةً أن تتقدم أنظمة الكشف عن الطائرات بدون طيار المنشورة في المطارات بطلب للحصول على تراخيص استخدام الطيف الترددي مسبقًا لتجنب التداخل مع اتصالات الطيران المدني؛ وقد حد الاتحاد الأوروبي بشكل صارم من طاقة الترددات اللاسلكية لمعدات الكشف من خلال توجيه المعدات اللاسلكية (RED) لمنع التطفل غير القانوني على نطاقات الترددات العامة. وتهدف هذه اللوائح إلى ضمان عدم تجاوز تطبيق التكنولوجيا للحدود القانونية للاتصالات اللاسلكية.

بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا أخذ حماية خصوصية البيانات على محمل الجد. نظرًا لأن أنظمة الكشف تعتمد عادةً على أجهزة الاستشعار مثل الكاميرات والميكروفونات لجمع البيانات البيئية، يجب تشفير هذه البيانات ونقلها في الوقت الفعلي، وتخزينها على خوادم متوافقة، ولا يمكن الوصول إليها إلا للموظفين المصرح لهم فقط لتقييم التهديدات.

تشترط بعض الدول أن تسجل أنظمة الكشف سجلات كاملة للقرارات، بما في ذلك بيانات الاستشعار، وعمليات التحليل الخوارزمي، ونتائج التحذير النهائية. وقبل الشروع في اتخاذ تدابير مضادة نشطة مثل التشويش أو التتبع، يلزم اتخاذ خطوة تحقق يدوية ثانوية - وهذه ليست عملية تقنية فحسب، بل هي أيضاً عقدة ضرورية لإدارة المخاطر القانونية، والتي يمكن أن تتجنب بشكل فعال الحوادث مثل إغلاق المجال الجوي وتداخل المعدات الناجم عن سوء تقدير النظام.

الخاتمة

الكشف عن الطائرات بدون طيار لا يتعلق بالقبض على الألعاب، بل يتعلق بحراسة الأجواء. وسواء كانت حراسة الحدود أو المطارات أو مراكز المدن، فإن الأنظمة الحديثة تدمج تقنيات الذكاء الاصطناعي والرادار والترددات اللاسلكية والرؤية للكشف عن التهديدات في وقت مبكر والاستجابة السريعة. إنها حرب إشارات، ومع تحول الطائرات بدون طيار إلى طائرات أرخص وأكثر ذكاءً، فقد بدأت للتو. يجب على أنظمة الكشف مواكبة ذلك. ولكنني أعتقد أنه مع الاستثمار والتنظيم المناسبين، يمكننا أن نبقى متقدمين بخطوة إلى الأمام.