Introduzione
Negli ultimi anni le problematiche legate alla Homeland Security (Sicurezza Civile) hanno acquisito importanza sempre maggiore per i governi di buona parte del pianeta, data la necessità di proteggere le proprie strutture critiche da potenziali attacchi e, in generale, di individuare tempestivamente eventuali violazioni dei propri confini territoriali.Da un punto di vista prettamente scientifico, quando si affronta il problema della sicurezza e in generale della sorveglianza di una nazione, è indispensabile prendere in considerazione alcuni aspetti fondamentali. Ad esempio, se in presenza di un evento bellico è relativamente facile individuare eventuali bersagli ostili, lo stesso non si può dire in tempo di pace giacché, verosimilmente, nell’area sotto sorveglianza potrebbero essere presenti simultaneamente bersagli civili “amici” e bersagli intrusi. Inoltre il numero di tali bersagli può essere piuttosto elevato e normalmente ignoto, unitamente al fatto che l’area da monitorare solitamente è molto vasta. A complicare il tutto, la conformazione geo-morfologica del territorio considerato influenza fortemente la bontà delle misure intraprese per la gestione della sicurezza, rendendo di fatto improponibile la progettazione di un sistema di Homeland Security che prescinda da tali valutazioni.
Tutto questo ha indotto gli apparati militari nazionali e gli organismi preposti alla sicurezza del territorio a rivedere le proprie tecniche di sorveglianza, adattandole ad uno scenario in cui il pericolo può essere costituito da un singolo intruso che opera in tempo di pace, in concomitanza con obiettivi civili e sfruttando proprio la presenza degli stessi per agire senza essere individuato. La necessità di definire tecniche in grado di
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rivelare e prevenire tali intrusioni ha fatto sì che recentemente la ricerca nel campo della sicurezza abbia rivolto particolare attenzione all’analisi di questa nuova tipologia di pericolo.
In tal senso, il settore dell’Information Technology ricopre un ruolo primario a supporto della Homeland Security, definendo tecnologie preposte all’identificazione e autenticazione, alla sorveglianza dei confini, piuttosto che al controllo dell’accesso a strutture critiche di importanza nazionale. Risulta evidente dunque come in un futuro prossimo sia nel campo militare che in quello civile l’Information Technology sia destinata ad intervenire in maniera decisiva, sviluppando architetture di sensori sempre più potenti e in grado di adattarsi dinamicamente ai requisiti e alle priorità del compito che sono chiamati a svolgere. Anche se la collaborazione tra Information Technology e Homeland Security è di recente attuazione, importanti passi in avanti sono stati compiuti ad esempio nella riduzione dell’onere computazionale relativo alle operazioni di sorveglianza, grazie allo sviluppo di sensori all’avanguardia dotati di microprocessori in grado di facilitare la fase di data processing.
Alla luce di quanto esposto finora, lo scopo della presente tesi è quello di definire un sistema che sia in grado di monitorare l’area oggetto di interesse e che, al tempo stesso, consenta di ravvisare prontamente la presenza di bersagli all’interno della regione considerata.
Nello specifico, il sistema analizzato è costituito da un radar aviotrasportato impiegato per la sorveglianza marittima delle acque territoriali: l’obiettivo del suddetto sistema è quello di individuare bersagli nautici presenti nello spazio preso in esame ed eseguire il tracking degli stessi. La piattaforma aviotrasportata descrive una traiettoria “a biscotto” al largo di una regione costiera e trasporta un Airborne Early Warning Radar (AEWR), attraverso il quale viene implementato il tracking dei vari bersagli. Per quanto riguarda la classificazione dei bersagli e la conseguente valutazione del livello di rischio, tali operazioni non sono contemplate dal sistema oggetto di studio, bensì sono svolte da un’architettura più complessa all’interno della quale il radar aviotrasportato può eventualmente essere integrato [1].
Le prestazioni del sistema, in particolare dell’Extended Kalman Filter (EKF) tramite il quale viene implementata la fase di tracking, sono valutate in termini di valor medio e deviazione standard dell’errore nella stima delle componenti x, y, z della posizione e della velocità del bersaglio rispetto ad un sistema di riferimento inerziale. Tali parametri prestazionali fanno
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riferimento a simulazioni effettuate in un caso ideale (privo cioè di qualunque forma di disturbo), in presenza di disturbi legati alle dinamiche di volo (come ad esempio le turbolenze), così come alla propagazione del segnale radar nella troposfera e, infine, considerando entrambe le tipologie di disturbi. Per ognuno degli scenari appena descritti sono previste tre distinte configurazioni relativamente alla posizione iniziale del bersaglio rispetto all’orbita della piattaforma aviotrasportata: lontano, a media
distanza e vicino.
L’intero sistema radar aviotrasportato, compresi gli effetti delle turbolenze e della troposfera, è stato simulato mediante il software MatLab©: in particolare, i bersagli sono stati modellati a partire dai rispettivi parametri cinematici, quali la posizione iniziale, la velocità e l’heading. Così facendo è stato possibile valutare qualitativamente il sistema descritto, con particolare attenzione alla bontà della stima delle caratteristiche cinematiche dei bersagli considerati, oltre a quantificarne la robustezza nei confronti dei disturbi precedentemente elencati.
La tesi, suddivisa in capitoli, è organizzata come segue: nel Capitolo 1 viene descritta l’architettura del sistema radar aviotrasportato e lo scenario in cui esso opera. Il Capitolo 2 introduce il procedimento di filtraggio mediante l’Extended Kalman Filter in uno scenario ideale, mentre il Capitolo 3 e il Capitolo 4 rispettivamente affrontano le problematiche riguardanti i disturbi legati alle turbolenze alle quali la piattaforma aviotrasportata è sottoposta e quelli invece causati dalla rifrazione nella troposfera. Per completare il quadro delle possibili configurazioni, nel Capitolo 5 vengono infine presentati i risultati delle simulazioni ottenute in uno scenario con entrambi i suddetti disturbi.
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