Il y a dix ans, les drones étaient considérés comme une technologie réservée aux seules autorités officielles, telles que l'armée, la police, etc. Mais de nombreuses entreprises et civils utilisent aujourd'hui des UAV (véhicules aériens sans pilote) pour la photographie récréative, l'inspection, la livraison de biens et de services. La Federal Aviation Administration (FAA) estime que plus de 2 millions de drones sont utilisés aux États-Unis en 2019. Parmi ceux-ci, environ 1,3 million sont détenus à des fins récréatives.
Cette forte densité de population de drones et les incidents fréquents liés aux drones posent d'importants problèmes de sûreté et de sécurité pour les infrastructures critiques (IC), en particulier autour des installations aéroportuaires.
Entre le 19 et le 21 décembre 2018, des centaines de vols ont été annulés à l'aéroport de Gatwick, à Londres, à la suite de signalements d'observations de drones à proximité de la piste. On estime que 140 000 passagers ont été touchés, avec environ 1 000 vols déviés ou annulés, ce qui a coûté des millions de livres à l'aéroport et aux compagnies aériennes.
Lors d'un événement similaire, l'aéroport de Newark dans le New Jersey a été fermé en raison d'un drone repéré à proximité pendant 90 minutes en janvier 2019. L'incident a causé 90 millions de dollars de pertes économiques.
Malgré les efforts de la FAA pour contenir les risques d'opérations de drones dangereuses et non conformes, le problème semble s'accélérer, avec plus de 2 000 observations évitées de justesse par an signalées par des pilotes d'avion, des contrôleurs aériens et d'autres parties prenantes de l'aviation.
Cela a créé le besoin de détecter et de désactiver les drones voyous et les activités de drones non autorisées, créant un nouveau domaine de recherche et développement dans les technologies de contre-drone (C-UAS).
La lutte contre un drone est un processus complexe en plusieurs étapes, impliquant une interaction entre plusieurs capteurs distincts, des méthodologies et une communication avec des opérateurs humains. Cela comprend trois catégories principales :(i) détection, (ii) prévention et (iii) atténuation. Pour détecter les drones voyous, les aéroports utilisent quatre types de capteurs, à savoir les radars, les capteurs de détection radiofréquence, les capteurs acoustiques et les capteurs visuels. Examinons les avantages et les inconvénients de ces systèmes de détection de drones disponibles dans le commerce et utilisés pour défendre les aéroports.
1. Radars
Un radar de surveillance avec une ou plusieurs antennes envoie un signal pour recevoir la réflexion des avions, mesurant les coordonnées spatiales et, éventuellement, la vitesse, l'accélération et la direction.
Avantages
- Système de détection de surveillance primaire longue portée jusqu'à 100 km, en fonction du RCS et de l'altitude.
- Peut suivre la plupart des types de drones, quel que soit le vol autonome.
- Combiné à des algorithmes de machine learning, il peut distinguer les oiseaux des drones.
- Suivi de haute précision dans une plage d'angles d'observation.
- Capable de suivre plusieurs cibles simultanément lors de l'utilisation de la couverture multi-suivi.
- Les radars bistatiques et multistatiques augmentent la précision de la détection des drones.
- Indépendamment des conditions visuelles (jour, nuit, temps couvert, etc.)
- Pas besoin de signal RF ou acoustique
Inconvénients
- La portée de détection dépend de la taille du drone et de la section radar (RCS).
- Les systèmes radar conçus pour l'aviation habitée ne peuvent pas détecter de petits objets volants.
- Coût d'acquisition et d'installation élevé
- Nécessite une licence de transmission et une vérification de la fréquence pour éviter les interférences avec d'autres transmissions RF.
- Difficile à détecter les drones volant à basse altitude, se déplaçant lentement ou en vol stationnaire.
- Pas de capacité de suivi du pilote ni de géolocalisation des commandes au sol
- Manque d'automatisation et forte dépendance à l'égard d'opérateurs radar formés
- Faux positifs avec des objets de forme similaire (oiseaux, nuages, etc.)
2. Détection de radiofréquence
Les scanners à radiofréquence (RF) utilisent une technologie de détection passive. Cette solution économique détecte et suit les drones en fonction de leur signature de communication. Ils explorent des algorithmes pour balayer les fréquences radio connues et trouver et géolocaliser les drones émetteurs RF, quelles que soient les conditions météorologiques et jour/nuit.
Avantages
- Moins cher que les capteurs radar avec une portée moyenne jusqu'à 600 m
- Détecte certaines bandes de fréquences radio où les drones et le GCS communiquent pour le commandement et le contrôle (C2)
- Peut capturer les fréquences radio émises par les drones et localiser les drones et les contrôleurs
- Peut capturer des drones émetteurs de Wi-Fi
- Détection de haute précision
- Capacité d'alerte précoce avant même le décollage du drone (lorsqu'il est activé)
- La triangulation est possible avec plusieurs capteurs RF.
- Les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent classer les transmissions de drones.
- Détection passive, aucune licence requise.
Inconvénients
- Le signal RF ne peut pas détecter les drones volants autonomes.
- Les interférences électromagnétiques et la perte de vue dégradent les capacités de détection.
- Précision de détection variable selon le type de drone et la bande de fréquence
- L'attaquant peut usurper les adresses MAC.
- Ne peut détecter que quelques drones à la fois
- Moins efficace dans les environnements RF lourds avec une portée inférieure à 100 m
- Limites de détection des essaims de drones
- Certains systèmes passifs peuvent émettre des signaux RF, bien qu'ils soient qualifiés de systèmes passifs.
3. Détection acoustique
Les hélices de drone transmettent un modèle audio qui peut être détecté et utilisé pour le positionnement et la classification des drones par des capteurs acoustiques. Habituellement, un microphone détecte le son émis par un drone et calcule l'emplacement en utilisant la technique de différence de temps d'arrivée (TDOA).
Avantages
- Classification basée sur la signature acoustique
- Peut différencier les UAS autorisés et non autorisés
- Pas besoin de signal RF pour la détection. Peut détecter les UAV volants autonomes
- La détection des drones peut s'étendre au-delà de la ligne de mire
- Classification basée sur les signatures acoustiques des drones
- La technique de différence de temps d'arrivée (TDOA) est utilisée pour la localisation des drones tandis que la triangulation est possible avec un ensemble de capteurs distribués
- Capteurs à faible coût
- Peut fournir la direction du drone ou une estimation approximative
Inconvénients
- Dépend d'une bibliothèque disponible de signatures sonores déjà capturées
- Faux positifs plus élevés en raison du nombre croissant de modèles de drones
- Détection peu fiable à une distance> 300 m
- Ne fonctionne pas aussi bien dans les environnements bruyants
- Limites de détection des essaims de drones
- Les performances de détection sont affectées par la direction du vent, la température, la ligne de visée et les réflexions du signal dues aux obstacles.
- Ils ne sont pas utilisés comme source de détection principale.
- Pas de capacité de suivi du pilote ni de géolocalisation des commandes au sol
4. Détection visuelle
Les capteurs électro-optiques des systèmes d'imagerie et des caméras utilisent une signature visuelle pour détecter les UAS, tandis que les capteurs infrarouges utilisent une signature thermique. Lorsqu'ils sont combinés avec des données optiques, les réseaux de neurones et les algorithmes d'apprentissage en profondeur peuvent fournir un soutien important et une intelligence avancée à un système de détection de drone.
Avantages
- Nécessité d'ingérence humaine ou d'intelligence artificielle pour détecter efficacement les drones
- Non utilisé comme source de détection principale (caméras EO et IR)
- Les deux ont des limites de détection basées sur les capacités de résolution.
Inconvénients
- Difficile de capturer des essaims de drones.
- Les caméras IR et EO ont besoin d'une ligne de visée directe pour détecter les drones.
- Les caméras EO dépendent de la lumière du jour et des conditions d'éclairage extérieur (couvert, obscurité, etc.)
- Peut confondre UAV avec un oiseau ou un petit avion de forme similaire.
- Limitations de la portée en fonction des conditions météorologiques (nuages, pluie, brouillard, brouillard, etc.)
Il existe plusieurs solutions technologiques pour atténuer les menaces des UAS malveillants à l'approche des infrastructures critiques. Deux types de technologies C-UAS existent :électronique et cinétique. Les contre-mesures électroniques peuvent vaincre les UAV en utilisant la manipulation des liaisons de communication, le brouillage RF ou l'usurpation GPS. L'interdiction cinétique fait référence à l'interception d'UAS par des moyens physiques. Nous examinerons ces technologies C-UAS dans notre prochain article.