Programma di ricerca 1 - Ricognizione e sorveglianza
Il programma di ricerca Ricognizione e sorveglianza del settore di competenza Scienza e tecnologia di armasuisse tratta quattro ambiti di competenza orientati alle capacità nei settori ISTAR (Intelligence, Surveillance, Target Acquisition and Reconnaissance) e contromisure. A questo scopo vengono illustrate nuove possibilità per l’acquisizione di informazioni, per la mimetizzazione e la diversione nonché per l’interferenza. Ciò è garantito con l’aiuto di una rete di cooperazione multilaterale. Le nuove conoscenze tecnico-scientifiche sviluppate servono ad armasuisse S+T per competenze, collaudi, dimostrazioni in campo tecnologico e progetti d’innovazione a favore dell’Esercito svizzero.
In futuro sarà possibile generare informazioni rilevanti a livello decisionale in modo più rapido, preciso e automatizzato anche in condizioni più difficoltose come ad esempio con scarsa visibilità e perturbazioni esterne. Questo per vari motivi. Rispetto a oggi, l’ulteriore sviluppo di algoritmi intelligenti e della potenza di calcolo consentirà di rilevare, perseguire e classificare automaticamente gli obiettivi in modo più efficace. Ciò riguarda ad esempio lo sviluppo delle tecnologie radar per la sorveglianza dello spazio aereo. I più recenti sviluppi nel campo delle tecnologie radar cognitive, multistatiche e multifunzionali consentono di individuare meglio gli obiettivi aerei utilizzando informazioni provenienti dall’ambiente circostante. Gli algoritmi intelligenti svolgono inoltre un ruolo importante anche nella fusione di dati di diversi sensori e di informazioni su un quadro situazionale adeguato.
Il campo di battaglia moderno sta diventando sempre più trasparente. La ricognizione e la sorveglianza avvengono mediante droni, satelliti, robot terrestri, piattaforme di ricognizione presidiate, soldati e sensori collegati in rete a distanza. Le nuove tecnologie basate su sensori promettono un netto miglioramento per ciò che concerne lo sfruttamento dei contenuti informativi. I futuri dispositivi compatti iperspettrali e ad apertura sintetica (SAR) saranno quindi in grado di rilevare postazioni mimetizzate e di distinguere gli obiettivi reali dalle sagome. Inoltre, vi sarà un graduale miglioramento del grado di automazione e dell’autonomia dei rivelatori in commercio.
I progressi delle tecnologie dei semiconduttori e dell’elettronica consentono la miniaturizzazione dei dispositivi di ricognizione e la realizzazione di nuove possibilità in questo campo. Ad esempio i rivelatori altamente sensibili, i cosiddetti rivelatori quantistici, sono in grado di riconoscere gli oggetti dietro agli angoli. Allo stesso modo, i sistemi di telecamere speciali a commutazione rapida possono potenzialmente individuare e seguire molto velocemente gli oggetti volanti a bassa quota. Il rilevamento è possibile anche con il sole davanti e in caso di contrasto visivo basso tra l’obiettivo e il sottofondo.
Le misure di mimetizzazione e diversione stanno acquisendo sempre più importanza sia negli impieghi tattici sul campo di battaglia che come contromisure nella ricognizione strategica. Il bisogno di nuove soluzioni tecniche aumenta ad esempio per far fronte a nuove minacce, come la ricognizione mediante droni e satelliti. Così in futuro sarà necessario mimetizzare materiali e truppe contro i sistemi di ricognizione basati sulll’intelligenza artificiale (AI). Diventerà più importante anche l’impiego delle cosiddette sagome multispettrali, che presentano segni simili agli obiettivi reali nello spettro visivo, a infrarossi e radar.
Per questi motivi, gli attuali sviluppi tecnologici si ripercuotono sui limiti di prestazione dei futuri mezzi di ricognizione e sorveglianza. Tuttavia, ci sono ancora domande senza risposta sui limiti di prestazione e sulle reali possibilità di applicazione. I compiti centrali del programma di ricerca sono perciò:
la registrazione e la valutazione delle tecnologie rilevanti e delle loro tendenze in riferimento all’acquisizione di informazioni (IMINT, RADINT, MASINT, ACCOUSTINT, SAR, GEOINT) nonché alle contromisure sotto forma di guerra elettronica, mimetizzazione e diversione;
l’indicazione e la dimostrazione di nuove possibilità tecniche;
la garanzia delle basi e delle conoscenze specialistiche per l’attività di consulenza, sperimentazione e perizia.
I progressi tecnologici in ambito di antenne, alta frequenza, tecnologia dei semiconduttori, algoritmi, circuiti integrati e messa in rete consentiranno in futuro di migliorare le performance dei sistemi radar e di realizzare nuove applicazioni. I temi di ricerca di questo ambito di competenza riguardano sistemi radar cognitivi, multistatici, multifunzionali e connettivi, ma anche contro-contromisure intelligenti per ridurre le interferenze. Da un lato, tali interferenze possono essere causate di proposito da altri attori presenti a terra e in aria e, dall’altro, anche in modo involontario da oggetti a terra come le centrali eoliche. Le interferenze e le contromisure adeguate per contrastarle devono essere analizzate costantemente. In relazione alla multifunzionalità dei futuri dispositivi radar è interessante, ad esempio, il modo in cui le funzionalità radar e di comunicazione possano essere realizzate con un unico dispositivo. Inoltre, l’ambito di competenza Sorveglianza dello spazio aereo indaga l’influenza esercitata dagli ultimi sviluppi nella fotonica sulle applicazioni radar.
Un importante ruolo viene svolto inoltre dalle attività di rilevamento, tracciamento e identificazione di droni e sciami di droni in ambienti complessi, ad esempio in situazioni in cui è quasi impossibile distinguere i droni e il sottofondo o in caso di ricognizione mobile. Le relative basi vengono create mediante speciali sensori di ricerca ed esperimenti nonché misurazioni dei segni.
In caso di ricognizione su lunghe distanze, le telecamere visive ed elettro-ottiche di imaging mostrano i propri limiti. I motivi di tali limiti vanno ricercati nelle caratteristiche dell’atmosfera, ad esempio nell’effetto di mitigazione del vapore acqueo e degli aerosol presenti. I cosiddetti sensori radar di imaging ad apertura sintetica (SAR), invece, sono in grado di fornire immagini di ricognizione della terra ad alta risoluzione su lunghe distanze anche in caso di nuvole, foschia fitta e fumo, a qualsiasi ora del giorno e della notte. Gli attuali sviluppi tecnologici mostrano la realizzazione di dispositivi SAR compatti su droni e satelliti. Tuttavia, una simile miniaturizzazione va sempre di pari passo con compromessi e limiti prestazionali nelle attività di ricognizione e sorveglianza. Tale aspetto deve essere valutato costantemente. Dall’altro lato, la ricerca mostra che l’impiego di antenne riceventi multiple consente nuove applicazioni. Ad esempio, è possibile riconoscere facilmente i veicoli in movimento. Anche le informazioni 3D possono essere ricavate dalle misurazioni SAR. In tale ambito, occorre valutare i limiti prestazionali di queste opzioni. Inoltre, vengono studiati i metodi impiegati nella guerra elettronica contro la ricognizione SAR nonché le possibilità di supporto per l’analisi delle immagini SAR. Per l’analisi vengono utilizzati sensori di ricerca su droni e velivoli, dati di satelliti e simulazioni basate su modelli fisici.
Anche il rilevamento delle postazioni mimetizzate svolge un ruolo fondamentale. L’attenzione è rivolta ai sensori iperspettrali, che vengono utilizzati sempre più spesso anche in forma compatta su droni e satelliti. Tali sistemi rilevano le proprietà dei materiali con un’elevata risoluzione spettrale, anche spettri invisibili per l’occhio umano. In questo modo è possibile distinguere ad esempio una rete mimetica verde dalla vegetazione dello stesso colore. Vi sono ancora domande senza una risposta in relazione alle prestazioni di ricognizione, ad esempio se le condizioni meteorologiche non sono ottimali o se vi sono zone d’ombra. Un ulteriore tema che viene affrontato in questo contesto è la significativa riduzione dei dati per ottenere risultati di ricognizione in un certo qual modo in tempo reale.
La sorveglianza delle grandi aree avviene in genere mediante sistemi aerei e a terra. I sistemi di sorveglianza distribuiti a terra con un elevato grado di automazione e autonomia stanno diventando sempre più importanti. In tale ambito, svolge un ruolo importante l’implementazione con l’IA, efficiente dal punto di vista energetico, nelle unità di sorveglianza distribuite. Nel concreto, si parla di intelligenza locale e delle cosiddette tecnologie Edge e Tiny Edge. Si tratta di circuiti ottimizzati integrati nonché dell’integrazione di algoritmi IA moderni, che hanno bisogno di una potenza di calcolo ridotta. Questi moderni sistemi di sensori vengono realizzati come dimostratori tecnologici e ne vengono ricavati i relativi limiti di prestazione.
Inoltre, in questo ambito di competenza viene tematizzata l’acustica moderna sul campo di battaglia. I sistemi di microfoni intelligenti stanno diventando sempre più importanti per la protezione personale, delle piattaforme e delle infrastrutture nonché per i compiti di ricognizione e sorveglianza. Occorre quindi valutare nuovi approcci per l’individuazione e la localizzazione di detonazioni causate ad esempio da spari, utilizzando dimostratori tecnologici sui veicoli o unità di sensori distribuite sul campo. Un ulteriore tema riguarda la ricognizione e la sorveglianza delle aree edificate e urbane, che rappresenta una sfida particolare a causa della visibilità limitata. Altrettanto complesso risulta l’impiego di dispositivi radar e microfoni in tali zone, poiché le riflessioni rendono più complicato il riconoscimento degli obiettivi. Pertanto, occorre esaminare la messa in rete di unità con distanze di rilevamento inferiori. Ciò significa verificare anche nuove possibilità con rivelatori altamente sensibili frutto della ricerca, ad esempio con i cosiddetti rivelatori quantistici e le telecamere neuromorfiche.
In questo ambito di competenza, da un lato vengono valutate le soluzioni tecniche per la mimetizzazione e la diversione contro le nuove minacce, come ad esempio la ricognizione automatica basata sull’IA. La mimetizzazione contro la ricognizione basata sull’IA avviene con modelli di mimetizzazione e metodi speciali elaborati nel campo di ricerca noto come «Adversarial Camouflage».
L’ambito di competenza Mimetizzazione e diversione si concentra in particolar modo sullo sviluppo di sagome multispettrali, che devono imitare nella maniera più precisa possibile i segni degli obiettivi reali nello spettro visivo, a infrarossi e radar. Sono in corso ricerche su come ottimizzare i segni utilizzando materiali aggiuntivi sulle sagome. A tal fine vengono effettuate misurazioni sul campo e in laboratorio nonché analisi con modelli fisici.
Un prerequisito fondamentale per la valutazione delle misure di mimetizzazione multispettrali è la conoscenza approfondita dei segni di obiettivi, materiali e sottofondi. Pertanto, è imprescindibile sviluppare una metodologia per la misurazione e la simulazione dei segni e adeguarla costantemente agli ultimi sviluppi tecnologici. Le misurazioni dei segni vengono effettuate in condizioni controllate in laboratorio o mediante misurazioni in un ambiente naturale. Il comportamento spettrale del sottofondo viene registrato per un lungo periodo di tempo utilizzando nuovi metodi di misurazione.
Il dimostratore tecnologico MIRANDA-35 consente di effettuare riprese aeree del terreno anche in condizioni meteorologiche difficili, ad esempio in caso di cielo nuvoloso o pioggia. Mentre altri sensori raggiungono già i propri limiti e non sono più in grado di fornire informazioni utili, le immagini Quicklook, vale a dire immagini di esplorazione a distanza a bassa risoluzione generate sull’aereo subito dopo la registrazione della misurazione, possono essere trasmesse via radio a una stazione terrestre. Dopo un impiego, i dati di misurazione memorizzati sull’aereo vengono convertiti in immagini con la massima risoluzione di pixel di 10 cm. Il dimostratore tecnologico comprende cinque canali di ricezione, potendo così determinare obiettivi mobili terrestri e aerei, proprietà polarimetriche di obiettivi terrestri, minimi cambiamenti come anche informazioni altimetriche sul terreno e su oggetti di grandi dimensioni.
Questo dimostratore tecnologico comprende un esacottero, un cavo elettrico e uno di trasferimento dati per il drone nonché una stazione terrestre. Il cavo è lungo 100 metri, tenendo comunque presente che l’esercizio tipico ha luogo a 80 metri da terra. Il cavo pesa 1,6 chilogrammi per 100 metri di lunghezza, ossia 16 grammi al metro. I dati possono essere trasferiti a una velocità di 40 megabit al secondo. Il drone regola automaticamente i rotori in modo da poter volare stabilmente nel punto definito. Per motivi di sicurezza, è inoltre integrato un paracadute di emergenza. Attualmente, nel drone è integrato un sistema Gimbal come carico utile con fotocamera visiva e apparecchio di ripresa termica. È stato possibile dimostrare l’impiego del sistema complessivo a fini di ricognizione e sorveglianza, ad esempio per il rilevamento di droni o lo svolgimento di compiti di sorveglianza della truppa. In una prossima fase, sarà considerato il rilevamento automatico e il tracciamento di obiettivi aerei e terrestri.
Quattro cosiddetti radar Software Defined Radio programmabili vengono comandati da un’unità centrale. La sincronizzazione temporale si basa sui segnali GPS. Con questo dimostratore si esaminano i seguenti temi di ricerca: - onde radar non lineari - reti radar, vale a dire fusione di rilevamenti di più apparecchi radar - algoritmi radar cognitivi - tecnologia stealth per radar, ossia metodi di mimetizzazione per apparecchi radar - temi concernenti la RADCOM, vale a dire le basi per una coesistenza di radar e comunicazione - approccio radar multistatico - rilevamento di droni in territorio urbano
Un singolo nodo radar presenta i seguenti parametri: - antenne: un’antenna di trasmissione e due di ricezione - modalità operative: onda continua con modulazione di frequenza e onde di forma programmabile a piacere - frequenza radar: 8.2 – 10.6 GHz - larghezza di banda: 160 MHz per la modalità a onda lunga e 80 MHz per onde di forma programmabile a piacere - potenza di uscita: 2 W o 20 W
La fotocamera acustica con 120 microfoni permette il rilevamento e la localizzazione di più fonti acustiche in tempo reale, ad esempio il rilevamento e la localizzazione ovvero il tracciamento dei rumori dei droni. Le direzioni azimut e di elevazione delle fonti acustiche misurate con la fotocamera acustica possono essere utilizzate per l’orientamento di ulteriori sensori (ad esempio fotocamera su una piattaforma girevole e inclinabile). Complessivamente, la fotocamera acustica è in grado di monitorare sul piano acustico l’ambiente direttamente circostante simultaneamente su sei frequenze di destinazione a libera scelta con bande individuali.
Con questo dimostratore tecnologico, un cosiddetto calibratore attivo, è possibile migliorare la sezione radar equivalente di un drone. Un georadar che riconosce il drone interpreta il rilevamento come se si trattasse di un oggetto volante molto più grande. Modificando la sezione radar equivalente è inoltre possibile testare il georadar.
Rete
La costruzione di competenze specialistiche si basa su un’ampia rete di partner provenienti dall’economia, dal mondo accademico e da altri centri di ricerca nazionali e stranieri. Per garantire l’orientamento alle capacità ha luogo uno stretto contatto e scambio di informazioni con utenti, servizi di pianificazione, servizi di acquisto e centri di sperimentazione del DDPS.
