Sciame di droni

Per “sciame di droni” si intende un insieme di sistemi aerei senza pilota (UAS) che operano in modo coordinato o semi-autonomo per raggiungere un obiettivo comune, spesso condividendo informazioni e reagendo collettivamente a stimoli ambientali o operativi.
Nel contesto della lotta contro i sistemi aerei senza pilota (C-UAS), il termine indica scenari in cui decine o addirittura centinaia di droni agiscono simultaneamente, sopraffacendo le difese convenzionali progettate per tracciare e neutralizzare singoli bersagli.

Secondo il Dipartimento della Sicurezza Interna degli Stati Uniti (DHS) e l’Organizzazione per la Scienza e la Tecnologia della NATO (STO), le caratteristiche distintive di uno sciame comprendono l’auto-organizzazione, il comportamento cooperativo, il processo decisionale distribuito e la capacità di continuare a operare anche in seguito a perdite parziali all’interno del gruppo.

Perché è importante

Gli sciami di droni rappresentano una delle sfide più complesse per la difesa dello spazio aereo.
A differenza delle incursioni effettuate da un singolo drone, gli sciami sono in grado di effettuare operazioni di sorveglianza distribuita, attacchi di saturazione o intrusioni multivettoriali che sovraccaricano i sistemi di tracciamento radar e ottici.

Le agenzie della difesa, gli aeroporti e gli operatori di infrastrutture critiche devono sviluppare strategie di contrasto agli sciami basate su sistemi multisensoriali, automatizzati e assistiti dall'intelligenza artificiale, in grado di rilevare, classificare e neutralizzare più droni in tempo reale.

Rilevamento di sciami di droni

Il rilevamento richiede l'integrazione dei dati provenienti da più sensori per riconoscere le caratteristiche distintive e le formazioni di uno sciame.

1. Rilevamento radar
   • Gli sciami generano segnali multipli con sezione efficace radar (RCS) ridotta che possono apparire come segnali di disturbo.
   • I radar 3D ad alta risoluzione e i radar a matrice in fase, dotati di algoritmi adattivi, sono in grado di distinguere gli echi dei droni raggruppati dal rumore di fondo.
   • Sistemi quali i radar multiraggio o le configurazioni MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) migliorano la precisione nel tracciamento degli sciami.
     
     

2. Monitoraggio dello spettro radio
   • Le analisi dei protocolli e il rilevamento RF consentono di identificare più collegamenti di comunicazione o telemetria simultanei operanti all’interno della stessa rete di controllo.
   • Il sistema analizza la temporizzazione dei pacchetti, il salto di frequenza e la densità di trasmissione per dedurre il coordinamento dello sciame.
     
     
3. Sensori EO/IR e acustici
   • Le telecamere visive e termiche consentono di identificare e classificare gli oggetti, mentre i sensori acustici rilevano specifici schemi di volo dei multirotori o firme sonore collettive.
     
     
4. Fusione dei sensori assistita dall'intelligenza artificiale
   • L'intelligenza artificiale combina dati radar, RF e ottici per riconoscere i modelli comportamentali degli sciami ed eliminare i falsi positivi.
     
     

Identificazione e tracciamento

Una volta individuato uno sciame, l’identificazione e il tracciamento consentono di stabilire se si tratti di droni commerciali, sistemi modificati o piattaforme ostili.

• Analisi comportamentale: Gli algoritmi studiano la geometria del movimento degli sciami (ad esempio, formazioni a griglia, radiali o a spirale).
• Attribuzione del segnale: Protocol Analytics associa i segnali di comunicazione a specifici tipi di droni o nodi di controllo.
• Monitoraggio distribuito: Le reti multisensoriali scambiano dati di posizione attraverso un sistema di comando e controllo, garantendo la continuità del tracciamento del bersaglio anche in condizioni di elevata densità.
• Localizzazione dell'operatore: La radiogoniometria consente di triangolare le sorgenti di controllo o i nodi di coordinamento dello sciame.

Misure di mitigazione degli sciami di droni

Per contrastare gli sciami sono necessarie contromisure coordinate, scalabili e automatizzate, in grado di far fronte a minacce multiple e simultanee.

1. Contromisure elettroniche (Soft-Kill)

• Disturbo delle frequenze radio: I dispositivi di disturbo ad ampio spettro o adattivi possono interrompere contemporaneamente i collegamenti di comunicazione o di navigazione su più frequenze.
• Spoofing e Takeover: La tecnologia “Cyber-Over-RF” e la manipolazione a livello di protocollo consentono la neutralizzazione selettiva di singoli droni all’interno dello sciame.
• Impulso elettromagnetico (EMP) e microonde ad alta potenza (HPM): Le armi energetiche mettono fuori uso i dispositivi elettronici in un'ampia area.

2. Contromisure cinetiche (Hard-Kill)

• Armi a energia diretta (DEW): I laser o i sistemi HPM garantiscono un ingaggio preciso e ripetibile con danni collaterali minimi.
• Droni proiettili e intercettori: Gli intercettori autonomi o i sistemi a rete neutralizzano fisicamente i droni.

3. Supporto decisionale basato sull'intelligenza artificiale

• Il software di comando intelligente assegna priorità agli obiettivi, distribuisce le risorse e gestisce la latenza del sistema per garantire una risposta in tempo reale.
• Gli algoritmi integrati di classificazione delle minacce in base alla priorità aiutano a decidere se disturbare, falsificare il segnale o intercettare fisicamente ciascun drone.
  
  

Sfide operative

• Saturazione del sensore: I radar convenzionali e i sensori a radiofrequenza possono andare in sovraccarico in presenza di ambienti con segnali molto intensi.
• Latenza e sovraccarico di dati: Il coordinamento in tempo reale di più sensori e contromisure richiede un’elaborazione a bassissima latenza.
• Effetti collaterali: Le contromisure elettroniche rischiano di compromettere le comunicazioni civili o i sistemi aeronautici.
• Base giuridica: Nella maggior parte delle giurisdizioni, solo i soggetti autorizzati possono attuare misure di mitigazione attiva.
• Adattamento avversario: Gli sciami possono ricorrere a comunicazioni crittografate, a cambiamenti dinamici di formazione o a droni esca per eludere il rilevamento.

Tendenze emergenti

• Contromisure basate sull'intelligenza artificiale contro gli sciami: Utilizzo dell'apprendimento automatico per prevedere il comportamento degli sciami e predisporre in anticipo le contromisure.
• Reti collaborative C-UAS: Sistemi interagenzia che integrano reti radar, RF e ottiche per il tracciamento unificato degli sciami.
• Progressi nel campo dell'energia diretta: Sistemi HPM e laser installabili sul campo, con potenza maggiore e dimensioni ridotte.
• Simulazione e gemelli digitali: Modelli di sciame virtuale per il collaudo di algoritmi di rilevamento e risposta.
• Iniziative di standardizzazione: Il DHS, l’EASA e la NATO stanno elaborando criteri di valutazione dell’efficacia dei sistemi C-UAS nella difesa contro gli sciami di droni.

Vantaggi di un approccio multistrato contro gli sciami