Como funciona a deteção de drones?

Muitas pessoas perguntam-me se os sistemas de deteção de drones são realmente úteis. Pensam que a deteção de drones se resume a sensores que localizam drones. Mas não é esse o caso. Não se trata de um único dispositivo, mas sim de um fluxo de trabalho. É uma cadeia de sensores, processadores de dados e ferramentas de decisão a trabalhar em sincronia.

A deteção de drones já não se trata apenas de encontrar objectos voadores. Trata-se de como as diferentes tecnologias trabalham em conjunto, desde a deteção até à resposta, para formar um sistema de defesa de círculo completo.

Pode parecer simples, mas encontrar drones - especialmente os pequenos ou os que voam a baixa altitude - é um desafio técnico sério. Neste artigo, vou explicar-lhe como funcionam os sistemas modernos de deteção de drones, as tecnologias que utilizam, os desafios que enfrentam e para onde se dirigem no futuro.

Que tecnologias são normalmente utilizadas nos sistemas de deteção de drones?

Trabalhei com sistemas de deteção de drones que incorporam vários sensores e fontes de dados. Mas sejamos honestos, não existe uma bala de prata e cada tecnologia apenas resolve parte do problema. Só quando são combinadas é que se pode obter uma imagem mais completa da situação no ar.

Na minha opinião, os melhores sistemas combinam varrimento RF, radar, imagem ótica e térmica, microfones acústicos e análise de inteligência artificial para cobrir todos os ângulos da deteção de drones. De seguida, vou analisar os princípios técnicos de cada módulo:

1. Monitorização do espetro de radiofrequências

Utilização Módulos de RF para digitalizar bandas de frequência como 2,4 GHz e 5,8 GHz para encontrar sinais ou pacotes de dados do controlador do drone. Concebi alguns sistemas para fazer corresponder estes sinais a modelos de drones específicos (como DJI, Parrot, etc.). O efeito de reconhecimento é realmente bom quando o drone está a transmitir dados ativamente. Mas quando o drone utiliza uma ligação encriptada ou voa de forma autónoma e não há sinal, a tecnologia terá problemas.

2. Deteção por radar

Utilizar radares de ondas milimétricas e de matriz faseada para detetar movimentos de drones, reflectindo ondas de rádio e analisando os ecos. Alguns radares podem detetar alvos com uma secção transversal de radar de 0,01 metros quadrados a 500 metros de distância. Numa rede, vários radares podem triangular a localização do drone. Mas as aves, as colinas ou os edifícios podem provocar falsos alarmes, pelo que o radar, por si só, não é suficiente.

3. Sensores ópticos e térmicos

Isto refere-se à utilização de um sistema de duplo espetro que combina câmaras normais e tecnologia de imagem por infravermelhos. Ao mesmo tempo, o software de inteligência artificial verifica o movimento do rotor, a forma da fuselagem e assinatura térmica para confirmar se o alvo é um drone. É de salientar que a nossa equipa testou-o em condições de nevoeiro no mês passado e não obteve os resultados esperados. Embora alguns sistemas afirmem ser capazes de atingir uma precisão de 90% mesmo em ambientes com pouca luz. Mas o nevoeiro ou a luz solar forte podem afetar a sua identificação.

4. Deteção acústica

Os conjuntos de microfones registam o ruído dos drones - principalmente dos rotores e dos motores. Os algoritmos comparam-nos com padrões sonoros conhecidos. Em dias claros, já vi estes sistemas detectarem drones num raio de 300 metros. Mas em cidades muito movimentadas, o ruído do tráfego e das construções muitas vezes mascara os sinais dos drones, pelo que este tipo de tecnologia não é muito utilizado.

5. Fusão de múltiplos sensores

Os sistemas de topo combinam todas as tecnologias acima referidas. O sistema italiano KARMA, por exemplo, combina o rastreio por RF, a visão por infravermelhos e a correspondência de padrões baseada em IA. Testei sistemas que podem simultaneamente localizar um drone através do radar, confirmar o seu sinal através de RF, verificar a sua imagem através da câmara e ouvir o som. Isto reduz significativamente os falsos alarmes.

Como é que os sensores de radar, RF e ópticos ajudam a identificar os drones?

Perguntam-me muitas vezes: "Porque é que precisamos de tantos sensores?" A minha resposta é sempre a mesma: porque cada sensor vê algo diferente. Os drones foram concebidos para serem difíceis de detetar. São pequenos, leves e rápidos. A utilização de vários sensores dá-nos uma imagem completa.

Em suma, o radar pode detetar a distância, a velocidade e a trajetória de um alvo, mas não consegue distinguir entre um drone e um pombo, porque inclui todos os objectos em movimento (como pássaros, balões e até detritos soprados pelo vento) no seu alcance de deteção.

Os sensores RF identificam alvos através da monitorização das transmissões de sinais: se um objeto voador enviar sinais de controlo reconhecíveis, é provável que seja um drone. Os analisadores de RF também podem inferir a sua marca ou modelo com base na estrutura do sinal.

Os dispositivos ópticos complementam os dados de forma e movimento do objeto: depois de a câmara ampliar a imagem, a IA compara o que vê com designs de drones conhecidos (como a disposição do rotor, a estrutura do braço e a forma da fuselagem), e os sensores térmicos ajudam ainda mais na identificação, captando a assinatura térmica do motor ou da bateria.

Quando estes três tipos de tecnologias trabalham em conjunto, o sistema pode determinar com exatidão que o alvo é um drone e, em seguida, iniciar procedimentos de interferência ou de rastreio. Sem este mecanismo de deteção multiponto, as aves podem ser perturbadas, na melhor das hipóteses, ou ameaças reais podem ser perdidas, na pior.

Quais são os desafios da deteção de drones pequenos ou que voam a baixa altitude?

Os pequenos drones têm assinaturas de radar fracas, o que os torna quase invisíveis para os sistemas de radar mais antigos. Mesmo os modernos radares de phased array têm um alcance limitado para estes pequenos alvos. Também voam a baixa altitude - debaixo de árvores, junto a edifícios ou perto de vedações, por exemplo - onde os ecos das paredes ou do terreno podem mascarar os seus sinais.

E alguns drones utilizam trajectórias de voo pré-carregadas, não necessitando de controlador. Outros utilizam ligações Wi-Fi ou encriptadas, o que os torna quase impossíveis de detetar sem uma tecnologia avançada. Técnicas de análise RF.

Embora a imagem térmica e a deteção acústica possam ajudar, têm limitações. Os drones pequenos utilizam materiais compostos e componentes de baixo calor e são muito mais silenciosos do que os drones maiores. Em ambientes ruidosos, os sensores acústicos não os detectam.

A única resposta é uma melhor integração. Vi alguns novos sistemas integrados que melhoram a clareza do sinal e a rejeição de ruído. Estas soluções não são baratas, mas funcionam.

Como são construídos os sistemas de deteção de drones? O que é que eles incluem?

Um sistema de deteção é mais do que um simples sensor, é todo um ecossistema. Construí sistemas que vão desde dispositivos portáteis em carros-patrulha até instalações fixas que protegem centrais eléctricas.

As modernas plataformas de deteção de drones incluem conjuntos de sensores, processadores de dados, mecanismos de resposta e software de IA. Formam o ciclo de inteligência desde a deteção até à ação.

O hardware inclui principalmente sensores, unidades de radar, receptores RF, câmaras ópticas e microfones. A camada de processamento de software utiliza computação periférica ou IA baseada na nuvem para fundir os dados e gerar um mapa 3D em tempo real do espaço aéreo. Também liga as ferramentas de deteção a bloqueadores, vedações electrónicas e sistemas de alarme. Isto permite que o drone ou o piloto sejam localizados em tempo real, normalmente num raio de 50 metros.

Estes sistemas são escaláveis. Um único nó pode cobrir 3 quilómetros. Mas os dispositivos ligados podem formar uma cúpula de várias camadas sobre uma cidade ou área crítica.

Onde são atualmente utilizados os sistemas de deteção de drones?

Já implementei sistemas de deteção em dezenas de ambientes, desde aeroportos e estádios a prisões e zonas costeiras, e a deteção de drones é agora uma parte normal das infra-estruturas de segurança modernas.

1. Infra-estruturas críticas

Os aeroportos utilizam monitores de radar e RF para detetar drones não autorizados perto das rotas de voo. As centrais nucleares utilizam sensores térmicos e acústicos para detetar drones espiões ou cargas úteis.

2. Segurança pública

Durante grandes eventos, os sistemas monitorizam toda a atividade aérea e activam bloqueadores quando necessário. As prisões utilizam a deteção de drones para impedir a entrega de contrabando.

3. Vigilância das fronteiras e marítima

Os sistemas costeiros utilizam radares e sistemas ópticos para localizar drones utilizados para contrabando. As ferramentas de IA ajudam a distinguir entre drones civis e drones ilegais.

Estes sistemas não são apenas defensivos, são proactivos. Permitem gerir o espaço aéreo de baixa altitude como uma zona segura.

Quais são os problemas jurídicos associados à deteção de drones?

Como profissional, sei que, em cenários reais, quaisquer falhas de conceção ou erros operacionais podem conduzir a riscos legais - especialmente quando o sistema envolve monitorização de sinais ou recolha de dados, é particularmente importante equilibrar as necessidades de segurança e os direitos pessoais.

Do ponto de vista da conformidade regulamentar, os países estabeleceram restrições rigorosas à utilização de radiofrequências na tecnologia de deteção. Por exemplo, a Administração Federal da Aviação (FAA) dos Estados Unidos exige explicitamente que os sistemas de deteção de drones instalados nos aeroportos solicitem previamente licenças de utilização do espetro para evitar interferir com as comunicações da aviação civil; a União Europeia limitou rigorosamente a potência de radiofrequência dos equipamentos de deteção através da Diretiva relativa aos equipamentos de rádio (RED) para impedir a intrusão ilegal nas bandas de frequência públicas. Estes regulamentos destinam-se a garantir que a aplicação da tecnologia não ultrapasse os limites legais das comunicações sem fios.

Além disso, a proteção da privacidade dos dados também deve ser levada a sério. Uma vez que os sistemas de deteção dependem normalmente de sensores, como câmaras e microfones, para recolher dados ambientais, esses dados devem ser encriptados e transmitidos em tempo real, armazenados em servidores compatíveis e apenas o pessoal autorizado pode aceder aos mesmos para avaliação da ameaça.

Alguns países exigem que os sistemas de deteção registem registos completos de decisões, incluindo dados de sensores, processos de análise de algoritmos e resultados finais de avisos. Antes de iniciar contramedidas activas, como a interferência ou o rastreio, é necessário um passo secundário de verificação manual - não se trata apenas de um processo técnico, mas também de um nó necessário para a gestão do risco legal, que pode efetivamente evitar acidentes como bloqueios do espaço aéreo e interferência de equipamentos causados por erros de avaliação do sistema.

Conclusão

A deteção de drones não se trata de apanhar brinquedos, trata-se de proteger os céus. Quer se trate de proteger fronteiras, aeroportos ou centros urbanos, os sistemas modernos incorporam tecnologias de IA, radar, RF e visão para detetar ameaças atempadamente e responder rapidamente. É uma guerra de sinais e, à medida que os drones se tornam mais baratos e mais inteligentes, está apenas a começar. Os sistemas de deteção têm de acompanhar o ritmo. Mas acredito que, com o investimento e a regulamentação corretos, podemos manter-nos um passo à frente.