Radar low-cost dagli USA per gestire il traffico aereo dei droni

Radar low-cost dagli USA per gestire il traffico aereo dei droni. La rapida proliferazione di sistemi aerei senza pilota (UAS) ha determinato una crescente complessità nella gestione dello spazio aereo a bassa quota, particolarmente nelle aree urbane ad alta densità abitativa. 

La collisione tra un drone non autorizzato e un velivolo antincendio “Super Scooper” durante l’emergenza incendi in California ha evidenziato le criticità dei sistemi di monitoraggio attuali.

Nonostante le normative implementate dalla Federal Aviation Administration (FAA) per disciplinare le operazioni UAS, le problematiche legate al tracciamento preciso e alla garanzia della sicurezza permangono, soprattutto in contesti aerei caratterizzati da elevata congestione o da restrizioni operative.

In questo scenario, la ricerca condotta presso la Brigham Young University (BYU), sotto la guida della Prof.ssa Cammy Peterson, emerge come un contributo significativo. 

 

 

Il team di ingegneri statunitensi ha sviluppato un sistema innovativo di controllo del traffico aereo per UAS, basato su una rete di radar a basso costo, capace di fornire un tracciamento accurato e in tempo reale degli oggetti in volo a bassa quota. 

Questa soluzione si propone di superare le limitazioni dei sistemi radar tradizionali, spesso caratterizzati da costi elevati e da una capacità di rilevamento limitata in contesti urbani. Infatti, nonostante i sistemi comuni siano estremamente efficaci per la sorveglianza dello spazio aereo in alta quota, presentano limitazioni nella rilevazione di aeromobili operanti a quote inferiori ai 400 piedi (120 metri).

 

L’architettura innovativa del sistema radar a basso costo

 

L’elemento chiave di questa tecnologia risiede nell’adozione di un’architettura di rilevamento distribuita, basata su radar a basso costo e di dimensioni contenute. 

Contrariamente ai sistemi radar tradizionali, che impiegano antenne rotanti complesse e costose, il sistema BYU utilizza unità radar modulari, economicamente vantaggiose e facilmente installabili. 

Il Prof. Karl Warnick sottolinea che, sebbene le singole unità radar abbiano prestazioni inferiori rispetto ai sistemi di fascia alta, la loro distribuzione capillare e la capacità di operare in rete consentono di ottenere prestazioni aggregate superiori. 

L’architettura consente una copertura più ampia e una maggiore ridondanza, migliorando l’affidabilità complessiva del sistema.

 

Il processo di rilevamento e tracciamento

 

Per superare i limiti dei costosi sistemi radar aeroportuali, che possono raggiungere cifre superiori ai dieci milioni di dollari, il sistema di controllo del traffico di droni a bassa quota si basa su una rete di unità radar terrestri, collegate a stazioni di controllo centralizzate. In contrasto, le unità radar sviluppate dal team della BYU, dal costo contenuto di poche centinaia di dollari ciascuna, formano una rete di tracciamento integrata e affidabile. Il sistema, denominato LATIS, è costituito da radar posizionati a intervalli di circa cento piedi e orientati verso l’alto, con una stazione base situata in prossimità del Radar 1 presso l’Università Brigham Young.

Il processo di rilevamento e tracciamento è strutturato in fasi sequenziali, progettate per generare un quadro situazionale accurato e in tempo reale. Le unità radar eseguono scansioni attive all’interno del loro raggio di copertura, al fine di individuare oggetti in movimento. “Il nostro obiettivo è creare un sistema di tracciamento in tempo reale per i droni”, ha affermato la Professoressa Peterson, “superando il modello della singola stazione radar ad alto costo attraverso l’impiego di una rete di radar compatti e interoperabili”.

Una volta rilevato un drone, l’unità radar ne determina la posizione, registrando le coordinate geografiche e i dati relativi alla propria posizione. Queste informazioni sono successivamente convertite in un sistema di coordinate globali e trasmesse alle stazioni di controllo centralizzate. Le stazioni, attraverso l’aggregazione dei dati provenienti dalle diverse unità radar, costruiscono un quadro dinamico del traffico aereo.

Radar low-cost dagli USA: la parola ai creatori del progetto

 

“Nonostante le limitazioni individuali delle nostre unità radar rispetto ai sistemi aeroportuali di fascia alta, l’elaborazione combinata dei dati genera una rete di tracciamento potente”, ha sottolineato Karl Warnick, Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica e co-autore della ricerca.

La tecnologia sviluppata dalla BYU utilizza una disposizione strategica di unità radar attorno all’area di monitoraggio. Ciascuna unità è orientata verso il cielo, intercettando oggetti in movimento. Al rilevamento di un drone, l’unità ne registra la posizione e la condivide con le altre unità della rete. La calibrazione dinamica delle unità radar, ottenuta tramite algoritmi avanzati, assicura la correzione delle variazioni di posizione e, di conseguenza, l’accuratezza del sistema.

“Garantiamo la calibrazione uniforme delle unità radar per un’interpretazione coerente e precisa della posizione dei velivoli”, ha dichiarato Tim McLain, Professore di Ingegneria Meccanica coinvolto nel progetto. “La sincronizzazione è essenziale per l’identificazione dei droni e la prevenzione di collisioni. La facilità e l’economicità di installazione delle unità radar, possibili su infrastrutture urbane come pali dell’illuminazione e torri di comunicazione, consentono una diffusione capillare del sistema”.

Scalabilità, flessibilità e applicazioni del sistema

 

 

La modularità del sistema consente l’installazione delle unità radar su infrastrutture esistenti, semplificando l’implementazione e riducendo i costi. La scalabilità orizzontale del sistema permette di estendere la copertura e la precisione del tracciamento, adattandolo a diverse aree geografiche e a diverse densità di traffico UAS. 

La Prof.ssa Peterson sottolinea che l’efficienza dello spazio aereo richiede una gestione dinamica e condivisa, e che questa tecnologia consente l’operatività simultanea di più operatori, garantendo la sicurezza attraverso il tracciamento in tempo reale.

 

Riduzione dei rischi e ottimizzazione delle prestazioni

 

Il sistema è progettato per ridurre i rischi correlati alle condizioni meteorologiche avverse e agli spostamenti fisici delle unità radar. La calibrazione in tempo reale, eseguita tramite algoritmi avanzati, corregge le variazioni di posizione, mantenendo l’accuratezza del tracciamento. 

Brady Anderson evidenzia che la calibrazione dinamica, con tempi di convergenza di circa 10 secondi, rappresenta un miglioramento significativo rispetto ai metodi tradizionali. La flessibilità del sistema consente la sostituzione e l’aggiunta di unità radar, permettendo la personalizzazione delle capacità in base alle esigenze specifiche.

 

Prospettive future e impatto potenziale

 

 

Questa tecnologia rappresenta un avanzamento significativo nella gestione del traffico UAS, con potenziali applicazioni in diversi settori. 

La capacità di tracciare con precisione i droni in tempo reale è fondamentale per la prevenzione di collisioni e la gestione responsabile dello spazio aereo a bassa quota. 

L’implementazione di questa tecnologia potrebbe rivoluzionare la logistica, il monitoraggio ambientale e la sicurezza pubblica, contribuendo a un utilizzo più sicuro ed efficiente dello spazio aereo urbano.

 

[Credits: BYU]

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