È un centro di controllo terrestre (o marino) che fornisce i servizi per il controllo umano di UAV in aria o nello spazio. Una GCS può essere utilizzato per controllare veicoli aerei senza pilota o razzi all’interno o al di sopra dell’atmosfera. Le moderne tecnologie di comunicazione permettono di caricare i comandi di volo e le missioni (uplink) al velivolo molto velocemente e su lunghe distanze [61].
Figura 5.7: Struttura della stazione di controllo a terra
Nelle infrastrutture C3 (Comando, controllo e comunicazioni) un problema impor- tante riguarda l’interfaccia uomo - macchina, la gestione di pi velivoli mediante C3, l’identificazione del target, il ridimensionamento delle apparecchiature a terra, il controllo vocale, ecc . . . .
Attualmente si sta cercando di capire come un singolo operatore possa gestire più ae- romobili contemporaneamente, al fine di garantire lo svolgimento sicuro ed efficiente di tutte le operazioni di volo.
5.5.1 C3 system model
Un UAS può operare nelle frequenze della linea visibile o al di là della linea di orizzonte. Le tecnologie e le procedure operative relative al comando, controllo, comunicazione di UAS sono divise in una di queste due categorie.
Figura 5.8: C3 system model
Sotto ogni categoria di RF LOS e BLOS, i problemi tecnici dell’UAS possono essere divisi in due categorie:
• Comando e controllo (C2);
• Controllo del traffico aereo (ATC).
Sotto il C2 e ATC i vari collegamenti dati vengono esaminati, includendo le rispettive frequenze e data rates. Le procedure di perdita del collegamento correnti sono enumerati.
Operazioni BLOS (sottoinsieme di operazioni LOS)
I BLOS dell’UAS contengono alcune tecnologie LOS. La figura5.9mostra la sovrap- posizione tra queste condizioni operative e la classe degli UAS in grado di operare all’interno di queste aree:
• Tecnologie e Operazioni RF Line-of-Sight C3: le operazioni della linea di oriz- zonte possono essere divise tra tre classi di UAV, che comprendono bassa resistenza, media resistenza e alta resistenza. La prima classe opera quasi interamente in tale linea;
• Tecnologie e Operazioni oltre RF Line-of-Sight C3: riguardano soprattutto gli uAV con alta resistenza; le comunicazioni sono satellitari (SATCOM).
Figura 5.9: BLOS all’interno di LOS
Radio Frequenze
Le comunicazioni sono effettuate mediante utilizzo di applicazioni RF, solitamente i collegamenti satellitari negli UAS sono usate sia in LOS (nelle applicazioni militari) che in BLOS. Le bande di frequenza più usate sono:
• Banda Ku: storicamente usati per collegamenti ad alta velocità. Grazie alle lunghezze d’onda corte e all’alta frequenza, questa banda soffre di più perdite di propagazione;
• Banda K: possiede una grande gamma di frequenza che trasmette grandi quantità di dati. Lo svantaggio riguarda la richiesta di trasmettitori potenti ed è una banda sensibile ai disturbi ambientali;
• Fasce S, L: non permettono collegamenti di dati con velocità di trasmissione superiori a 500 kbps. La grande lunghezza d’onda dei segnali può penetrare nelle infrastrutture terrestri e i trasmettitori richiedono meno potenza della banda K;
• Banca C: richiedere una trasmissione relativamente larga e una grande an- tenna;
Designazione IEEE
La suddivisione dello spettro radio effettuata dall’IEEE è principalmente incentrata sulle bande radar (quindi sulle microonde). Questa designazione non contempla però le frequenze al di sotto dei 3 MHz.
Banda Frequenza HF 3-30 MHz VHF 30-300 MHz UHF 00-1000 MHz L 1-2 GHz (General) 950-1450 MHz S 2-4 GHz C 4-8 GHz X 8-12 GHz Ku 12-18 GHz K 18-26.5 GHz Ka 26.5-40 GHz
5.5.2 Comunicazione centrata sulla rete
Sono varie le aree di sviluppo delle tecnologie di rete per permettere agli UAV di avere i servizi necessari allo scambio di dati. È necessario fornire stabilità, affidabi- lità, connettività e interoperabilità. Le seguenti tecnologie sono importanti per tale sviluppo:
• Alta capacità direzionale Data Links;
• Router ad alta capacità con grande capacità di elaborazione (Ruggedized IP abilitano i Router a banda larga);
• Architettura Router modulare e programmabile; • Interfacce e protocolli standardizzati;
• Maglia di rete mobile Ad-hoc quasi stabile; • Relazioni interdipendenti tra consecutivi; • Switching/Routing;
• Gestione della topologia; • QoS – packet level;
• Gestione della gerarchica;
• Collegamenti a interfacce multiple e tipi per piattaforme; • Funzionalità Gateway su piattaforme;
• INFOSEC / sicurezza di rete Embedded; • Aumento delle prestazioni dei Proxies.
Le stesse funzioni di rete che consentono alle piattaforme UAS di fornire servizi centrati sulla rete ed usufruire dei vantaggi della rete per aumentare le loro capacità.
MANET
Rete wireless flessibile applicabile ad un insieme eterogeneo di UAS, senza richiede- re alcuna infrastruttura per operare. Le reti MANET sono auto-organizzate dove i diversi collegamenti wireless (nodi) collaborano per fornire la connettività di rete. Nelle MANET, ciascun nodo agisce come un ripetitore di comunicazione (o relè), trasmettendo le informazioni al nodo destinatario. Tutti i nodi del sistema collabo- rano con lo scopo di instradare i pacchetti nel modo corretto secondo la modalità di forwarding di tipo multihop. L’attenzione si concentra su UAV di grandi dimensioni (Global Hawk e Predator) ma recentemente ci si concentra sui mini-UAV (MUAVs) che offrono vantaggi in termini di flessibilità e costi [17].
5.5.3 Monitoraggio dei guasti
Per assicurare l’integrità dei sistemi dell’UAV, il monitoraggio degli errori deve es- sere continuamente condotto sui sistemi critici di volo e di missione. Tale monito- raggio dei guasti assicura che gli errori non rilevati del sistema non portino a errori irreversibili del sistemi del velivolo, causando perdite umane sul campo.
5.5.4 Pianificazione intelligente del volo
Il sistema UAV deve avere la capacità di progettare e riprogettare la propria traiet- toria di volo. Ciò si traduce nella necessità di un ambiente di calcolo ad alto livello in cui possono essere eseguiti gli algoritmi di pianificazione del volo. L’operazione di pianificazione del volo richiede la conoscenza dell’ambiente dell’UAV, compreso lo spazio aereo, il territorio, il traffico, il tempo, le zone ristrette ed eventuali osta- coli. L’UAV deve pianificare il percorso ottimale per la sua missione, considerando l’ambiente locale, il tempo di volo e il consumo di carburante. In caso di errori di sistema, l’UAV deve avere la capacità di riconfigurarsi e ri-programmare il suo percorso di volo in modo fail-safe. I requisiti di pianificazione di volo sono requisiti importanti per la memoria e le prestazioni di funzionamento.