Sardegna FESR 2014/2020 - ASSE PRIORITARIO I
“RICERCA SCIENTIFICA, SVILUPPO TECNOLOGICO E INNOVAZIONE”
Azione 1.1.4 Sostegno alle attività collaborative di R&S per lo sviluppo di nuove tecnologie sostenibili, di nuovi prodotti e servizi
PROGETTI CLUSTER TOP DOWN Relazione Tecnico-Scientifica
Finale
PROGETTO CLUSTER TOP DOWN
“RADARDRONE”
da redigersi a cura dell’Organismo di Ricerca in qualità di Soggetto Attuatore del progetto e da inviare tramite pec a [email protected]. Il documento andrà trasmesso entro 15 giorni dal termine stabilito (a metà progetto la relazione tecnico scientifica intermedia, a
fine progetto la relazione tecnico scientifica finale).
Relazione n. 2 periodo di lavoro dal 16/09/2019 a fine progetto.
Organismo di Ricerca: INAF – OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI CAGLIARI Progetto Cluster Top Down: RADARDRONE
Convenzione prot. n°0006182 del 11/05/2018 CUP: C71I16000010002
1) Struttura, caratteristiche e proprietà dell’innovazione proposta
Il progetto RADARDRONE ha messo a sistema le competenze, conoscenze, ed esperienze nel campo della Ricerca Tecnologica, possedute dall’OAC (Osservatorio Astronomico di Cagliari), dal DIEE (Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica) dell’Università degli Studi di Cagliari e dalla compagine di aziende ed organizzazioni altamente innovative facenti parte del cluster ed ampiamente descritte nel report WP2-R01 allegato alla presente relazione scientifica.
L’OAC dell’INAF progetta, realizza e gestisce gli avanzati sistemi per la ricezione ed elaborazione dei dati prodotti dall’innovativo radiotelescopio da 64 metri di diametro, installato nel territorio del Comune di San Basilio in provincia di Cagliari e denominato SRT (Sardinia Radio Telescope).
Questa complessa infrastruttura scientifica, riceve i lontanissimi segnali radio generati da diversi oggetti celesti nel vastissimo range di frequenze fra 300 MHz e 100 GHz. Per poter ricevere questi debolissimi segnali, i Tecnologi e i Tecnici dell’OAC devono progettare e realizzare (presso i propri laboratori di Microonde, Elettronica e Meccanica), dei sistemi di ricezione molto complessi, stabili e sensibili servendosi dei più avanzati software 2D e 3D di progettazione elettromagnetica, elettronica e meccanica. I dispositivi realizzati vengono successivamente testati negli attrezzati laboratori presenti nella nuova sede dell’OAC di Selargius. L’OAC collabora attivamente con il DIEE dell’Università di Cagliari, ospitando studenti e tirocinanti, fornendo tesi di laurea e di dottorato e completando i lavori teorici svolti dai Ricercatori del DIEE con la realizzazione e
caratterizzazione dei componenti e sistemi progettati. Questa collaborazione ha portato negli anni a numerosi lavori su rivista con referee ed alla realizzazione di sistemi e componentistica a microonde avanzata. Un esempio in tal senso è costituito dai sistemi radianti phased array, nei quali è possibile generare un certo numero di fasci irradiati indipendenti l’uno dall’altro e di puntarli velocemente nella direzione voluta, agendo esclusivamente sullo sfasamento elettrico tra le varie antenne che costituiscono l’array stesso.
A seguito dei numerosi incontri e interlocuzioni fra i Tecnologi degli Enti di Ricerca e delle imprese coinvolte, viste le competenze ed esperienze dei proponenti, è stato individuato come argomento del cluster, la progettazione e realizzazione di una piattaforma per la ricerca e sviluppo di sistemi RADAR.
Come è noto, questi ultimi sono sistemi presenti e utilizzati in una miriade di applicazioni: supporto alla navigazione aerea e navale, apparati automotive per il controllo anticollisione e per la guida autonoma, meteorologia, georadar per il controllo del sottosuolo, monitoraggio dei detriti spaziali, applicazioni militari e monitoraggio o controllo di infrastrutture o di aree sensibili.
Il principio di funzionamento che governa un sistema RADAR (qualunque sia il campo applicativo) è fondamentalmente sempre lo stesso: consta di un sistema trasmittente (in genere costituito da un generatore di segnale seguito da un amplificatore e da un'antenna che irradia il segnale verso il bersaglio) e di un sistema ricevente, nel quale un'antenna raccoglie il debole segnale riflesso dal bersaglio e lo invia al sistema ricevente che provvede ad acquisirlo, amplificarlo e ad estrarre le informazioni necessarie dopo averlo opportunamente elaborato.
È importante notare che i sistemi RADAR possono essere classificati come appartenenti a due categorie principali: RADAR monostatici (nei quali viene impiegata una sola antenna sia per trasmettere che per ricevere il segnale) e bistatici (nei quali, dualmente, le antenne utilizzate sono due, una in ricezione ed una in trasmissione); maggiori dettagli riguardo i componenti facenti parte di questi due tipologie di sistemi sono descritte nel report WP4-R01, precedentemente già presentato ed allegato alla presente relazione finale.
Il gruppo formato dal partenariato tra INAF-OAC, DIEE e le aziende facenti parte del CLUSTER, possiede tutte le competenze, per la realizzazione in Sardegna di una piattaforma integrata all’interno della quale sia possibile, in modo rapido ed efficiente, progettare, realizzare e testare diversi sistemi RADAR. In particolare, durante le fasi di incontro e confronto con le imprese partecipanti, si è deciso di sviluppare e realizzare piccoli sistemi RADAR modulari, facilmente installabili e riconfigurabili da impiegarsi nella scoperta e nel tracking degli APR (Aeromobili a Pilotaggio Remoto, comunemente noti come “droni”). Come ampiamente descritto nel report
WP4-R01, al quale si rimanda per maggiori dettagli, in commercio esistono già degli apparati che svolgono efficacemente questo compito; tuttavia, nella maggior parte dei casi, questi sistemi sono caratterizzati da un ingombro elevato che ne pregiudica la facilità di trasporto (il RADAR ELVIRA commercializzato dalla ROBIN RADAR SYSTEM ne è un esempio) o un costo sensibile (come ad esempio il sistema antidrone "DRONE GUARD" dell'azienda Israeliana IAI).
In generale, nelle varie soluzioni proposte (più o meno performanti), il concetto di modularità non sempre è presente trattandosi molto spesso di sistemi con unità ricetrasmittente singola nei quali l'estensione dell'area da monitorare è strettamente legata alla massima distanza raggiungibile.
Quest’ultima è a sua volta vincolata dalla potenza elettrica disponibile del trasmettitore, la quale deve rispettare i limiti previsti dalle normative vigenti riguardanti l'inquinamento elettromagnetico.
Nell'ottica di superare le limitazioni accennate, quello che si vuole proporre nell'ambito del progetto RADARDRONE è un'applicazione dei concetti già trattati in letteratura e noti come
"NETTED RADAR" intendendo con tale termine una rete di stazioni RADAR riceventi e trasmittenti separate ed interconnesse tra loro: in questo modo è possibile ottimizzare l'area sorvegliata grazie alla possibilità di riconfigurare la geometria ed il posizionamento delle varie stazioni in modo semplice e flessibile.
Prendendo dunque spunto dalle tematiche trattate nell'ambito dei sistemi RADAR composti da un insieme di stazioni connesse tra loro, il passo successivo del progetto è stata l'individuazione (intendendo con "individuazione" l'acquisizione di strumentazione commerciale già presente sul mercato ed eventualmente modificabile) e/o progettazione della "cella di base" costituente il sistema stesso. A tal fine sono stati acquisiti:
a) Un sistema RADAR commerciale SIMRAD HALO 3, operante in banda X.
b) Un sistema DJI AEROSCOPE di rilevazione passiva progettato per l'individuazione degli APR.
c) Una scheda National Instruments SDR USRP-2954R.
d) Un amplificatore MICZEN MZPA056059GF100W.
e) Due schede SDR HACKRFONE.
I cinque apparati sono descritti nel dettaglio nell’ultima versione del documento WP3-R02 allegato alla presente relazione, mentre le attività sperimentali condotte (in particolare sul sistema SIMRAD HALO3 e sull' AEROSCOPE) sono esposte nel già citato WP3-R02, nel WP4-R01, nel
WP4-R02 e nel report dedicato agli esperimenti condotti sull'AEROSCOPE (anche quest'ultimo allegato, con gli ultimi aggiornamenti, alla presente relazione).
I risultati ottenuti, ampiamente divulgati con le imprese nel corso degli incontri hanno portato alla definizione delle specifiche operative riguardanti il disegno ed il progetto della piattaforma RADAR (ed in particolare dell'unità di base) riportati nel WP4-R01. La successiva realizzazione ed i test condotti sono dettagliatamente descritti nell’ultimo aggiornamento del documento WP4-R02, allegato alla presente relazione.
Durante i vari incontri svolti con i rappresentanti della VITROCISET e della 3D AEROSPAZIO, è emerso, da parte di queste ultime, un vivo interesse nei riguardi dei risultati conseguiti, in particolare sul possibile impiego (tramite alcune modifiche software e hardware non invasive) di sistemi RADAR commerciali navali nel campo del rilevamento degli APR.
E' importante sottolineare che l'attività riguardante il sistema AEROSCOPE, attualmente installato nel perimetro dell’aeroporto internazionale “M. Mameli” di Cagliari-Elmas, permette alla SOGAER (Società di Gestione Aeroporto di Cagliari) di valutare e di disporre provvisoriamente di un sistema anti-drone efficiente aumentando sensibilmente la sicurezza aeroportuale: al momento, infatti, fino all'entrata in vigore della nuova normativa di settore, non esistono requisiti tecnici ai quali gli aeroporti italiani devono fare riferimento nei propri progetti di protezione anti-drone.
2) Metodologie/materiali utilizzati ai fini dello svolgimento del Progetto
Ai fini del corretto svolgimento del progetto, è stata effettuata una preliminare progettazione della infrastruttura tecnica e successivamente si è provveduto alla definizione dei servizi offerti dalla piattaforma (i relativi dettagli sono riportati nei documenti WP3-R01 e WP3-R03 allegati alla presente relazione).
Successivamente si è provveduto all’acquisto della strumentazione dedicata, già sinteticamente elencata nel paragrafo precedente e, come già accennato, esaustivamente descritta nel documento allegato WP3-R02. Tale strumentazione ha integrato e completato la già ampia vasta gamma di strumenti e di software dedicati alla progettazione ed allo sviluppo di componenti elettronici a disposizione dei laboratori dell’INAF-OAC e del DIEE (illustrata nel documento WP3- R01) consentendo un efficiente ed efficace sviluppo del progetto.
3) Risultati conseguiti rispetto agli obiettivi prefissati nel progetto approvato
Il progetto RADARDRONE (RADAR modulari per il controllo di sistemi aeromobili a controllo remoto), come già accennato, mira a raccogliere tutte le competenze presenti nella Regione Sardegna relative alle tematiche del settore RADAR. L’obiettivo finale è la progettazione e la successiva realizzazione di una piattaforma per la ricerca e lo sviluppo di sistemi RADAR all’avanguardia. A tal fine, sono stati individuati quattro obiettivi specifici dei quali alcuni pienamente raggiunti già al termine dei primi 15 mesi di progetto. Relativamente al primo obiettivo specifico, è stato fatto il punto sullo stato dell’arte dei sistemi RADAR impiegati per il monitoraggio ed il controllo di aree critiche e sensibili; sono stati inoltre individuati gli interessi e le competenze delle diverse aziende coinvolte nel progetto RADARDRONE ed è stata infine effettuata un’approfondita ricerca riguardo l’esistenza di piattaforme simili in altre parti d’Italia o del resto del mondo: il risultato di questa ricerca ha prodotto come risultato i report WP2-R01, WP2-R02, WP3-R01 e WP4-R01 allegati alla presente relazione.
Per quanto riguarda il secondo ed il quarto obiettivo specifico, dopo aver acquisito gli strumenti necessari a completare la già ottima dotazione dei laboratori INAF-OAC e del DIEE, si è provveduto a stilare il progetto sia della piattaforma e sia del prototipo dell’unità RADAR basato sull’impiego di schede SDR (Software Defined Radio) e su opportune modifiche del RADAR commerciale SIMRAD HALO3 precedentemente descritto. I due dispositivi, implementati all’interno del WP4 nel corso della seconda parte dello svolgimento del progetto, si caratterizzano per l’elevata modularità, la facilità di installazione e di configurazione, permettendo il monitoraggio ed il controllo di aree sensibili dall’intrusione non autorizzata di velivoli APR. Per tutti i dettagli relativi alle ipotesi considerate, ai prototipi realizzati ed alle varie prove condotte, si rimanda al documento WP4-R02 allegato alla presente relazione.
È inoltre importante citare la progettazione e la realizzazione del sito web (attualmente operativo) che contiene le informazioni sui servizi offerti, sulla strumentazione disponibile ed un database delle aziende Sarde partecipanti al cluster (una descrizione dettagliata del portale è presente nel documento WP5-R01, allegato alla presente relazione).
Per quanto riguarda infine il terzo obiettivo specifico, l’INAF-OAC ed il DIEE hanno provveduto ad effettuare la formazione di personale esperto nella progettazione e successiva realizzazione di sistemi RADAR, con l’obiettivo dichiarato di fornire supporto alle aziende nella soluzione dei loro problemi e nella gestione dei laboratori e delle strumentazioni connesse.
L’innovazione proposta, in particolare l’implementazione della già citata piattaforma e dell’unità RADAR di base facente parte di una eventuale “rete” di dispositivi distribuita, avrà ricadute positive su tutte le aziende facente parte del Cluster, permettendo ad esempio alla Vitrociset spa ed alla Nurjana srl di ampliare le proprie conoscenze in ambito RADAR a piccoli sistemi mobili e facilmente riconfigurabili; alle società Abinsula, Bithiatec e Gexcel di approfondire le proprie competenze nel campo dello sviluppo software e del telerilevamento anche a contesti operativi smart o di piccole dimensioni (tali competenze potranno essere estese, in misura minore anche a realtà come la Luche s.r.l e la 4c Multimedia); alla SPE Electronics ed alla ECOS Elettronica di incrementare le proprie capacità nel campo delle telecomunicazioni, del telecontrollo e della telesorveglianza; alla Sulcisdrone ed alla 3D Aerospazio di aumentare le proprie cognizioni in materia di sicurezza di volo e delle problematiche relative ai voli degli APR al di sopra di eventuali aree sensibili.
Per quanto riguarda infine il dettaglio delle attività e dei risultati conseguiti all’interno dei vari work packages, si rimanda al documento WP1-R09, allegato alla presente relazione finale.
4) Difficoltà riscontrate
Per quanti riguarda le criticità e le eventuali difficoltà emerse durante lo svolgimento del progetto, per buona parte della durata prevista (nello specifico fino al mese di febbraio 2020) non sono stati rilevati ritardi eccessivi o particolari problemi: le azioni previste sono state portate avanti con le corrette tempistiche, secondo quanto inizialmente previsto dal cronoprogramma iniziale riportato nella scheda tecnica e nel piano di gestione del progetto (documento WP1-R01, allegato alla presente relazione scientifica finale).
A partire dal mese di marzo 2020, a causa delle restrizioni dovute all’emergenza nazionale causata dall’epidemia da COVID-19, si sono registrati sensibili ritardi sia nella fase di progettazione del prototipo basato sulla scheda USRP-2954R, sia sui successivi test di validazione dei prototipi stessi. Per compensare tali ritardi si è reso necessario chiedere una proroga sul termine ultimo del progetto. Sardegna Ricerche, con determinazione del commissario straordinario n. 703 del 19/06/2020 ha accolto la richiesta di proroga sopra menzionata (protocollo Sardegna Ricerche n. 5540 del 08/06/2020 e n. 6044 del 19/06/2020) concernente il differimento del termine ultimo di conclusione del progetto, che è stato pertanto posposto al 07/03/2021.
5) Disseminazione dei risultati e trasferimento tecnologico.
Il materiale divulgativo utilizzato per coinvolgere le varie imprese del gruppo cluster è consistito principalmente in una presentazione power point che, con il progredire dell’attività e dei risultati raggiunti dal progetto, è stata continuamente e costantemente aggiornata e proposta ai vari incontri nei quali sono state illustrate le finalità e gli obiettivi del progetto stesso. La versione aggiornata della presentazione viene allegata alla presente relazione scientifica. In occasione dei due workshop inter-cluster organizzati nei mesi di dicembre 2019 e dicembre 2020 (quest’ultimo si è svolto on-line, a causa delle restrizioni dovute all’emergenza nazionale causata dall’epidemia da COVID-19), sono state prodotte due ulteriori presentazioni power point (allegate anch’esse al presente documento) nelle quali sono illustrati, nel dettaglio, i vari aspetti tecnici relativi alla progettazione ed implementazione dei prototipi.
Allo scadere del primo e del secondo anno del progetto sono stati inoltre prodotti due documenti sintetici riassuntivi, anch’essi allegati alla presente relazione, all’interno dei quali viene illustrato lo stato di avanzamento dei vari workpackages del progetto in riferimento al periodo considerato.
Sempre in riferimento al primo e secondo anno di progetto sono stati pubblicati, da parte dell’INAF-OAC due comunicati stampa nei quali sono stati sinteticamente illustrati gli importanti risultati conseguiti nelle varie sperimentazioni effettuate.
Inoltre, l’attività di diffusione dei risultati, durante tutto lo svolgimento del progetto, all’interno del cluster di imprese è stata caratterizzata da una forte discussione e condivisione della conoscenza prodotta. Questa attività è stata rafforzata dal portale web, che ha permesso di condividere e promuovere i risultati ottenuti. La pubblicizzazione attraverso il portale, inoltre, ha permesso sia di avere un tesista proveniente dall’Università La Sapienza di Roma (che ha sviluppato e portato a termine una tesi di laurea magistrale avente come argomento le tematiche specifiche del progetto RADARDRONE), sia di estendere il partenariato iniziale a tre ulteriori aziende (3D Aerospazio, OBEN, Luche s.r.l.) che si sono aggiunte, a progetto già avviato, a far parte del cluster.
Le tematiche ed i risultati del progetto sono inoltre stati illustrati nei seguenti eventi divulgativi
Evento di divulgazione all’interno del Workshop “Innovazione, strumentazione di misura applicate alle tecnologie radar e segnali pulsati”, tenutosi a Cagliari il 4 giugno 2019 a cura della “Rohde & Schwarz Italia S.p.A”.
Partecipazione del team del progetto “RADARDRONE”, insieme ai vari gruppi di ricerca dell’INAF-OAC, all’evento “Notte Europea dei Ricercatori” tenutosi a Cagliari il 27 settembre 2019.
Presentazione del progetto “RADARDRONE” all’evento “SINNOVA 2019” tenutosi a Cagliari il 3 ed il 4 Ottobre 2019.
Partecipazione al “NI Aerospace and Defence Forum” tenutosi a Roma il 10 Ottobre 2019.
Partecipazione all’evento “Sicurezza – International Security & Fire Exhibition”, tenutosi alla fiera di Milano-Rho nel periodo 13-15 novembre 2019, nel quale ci si è potuti confrontare con diverse realtà nazionali operanti nel campo della sicurezza aeroportuale e del controllo degli APR.
Workshop “presentazione intermedia dei risultati”, tenutosi presso il Business Center dell’aeroporto internazionale “M. Mameli” di Cagliari-Elmas il 6 dicembre 2019
Web-conference “presentazione finale dei risultati”, giovedì 3 dicembre 2020; evento on- line.
La preventivata partecipazione ad una fiera regionale per facilitare la diffusione all’esterno del cluster di imprese dei risultati ottenuti, a causa delle restrizioni dovute all’epidemia da COVID-19 non ha purtroppo avuto luogo.
Documenti allegati alla presente relazione:
WORK PACKAGE 1
o WP1-R01: Piano di gestione del progetto.
o WP1-R02: Key performance indicator.
o WP1-R03: Registro dei rischi (aggiornato al 12/06/2019).
o WP1-R03: Registro dei rischi (aggiornato al 30/04/2020).
o WP1-R03: Registro dei rischi (aggiornato al 30/01/2020).
o WP1-R04: Report finanziario e gestionale.
o WP1-R05: Report avanzamento attività.
o WP1-R06: Report finanziario e gestionale.
o WP1-R07: Report avanzamento attività.
o WP1-R08: Report finanziario e gestionale finale.
o WP1-R09: Report finale attività.
WORK PACKAGE 2
o WP2-R01: Report contenente l’elenco delle aziende facenti parte del cluster.
o WP2-R02: Report contenente l’analisi di mercato.
WORK PACKAGE 3
o WP3-R01: Progettazione dell’infrastruttura.
o WP3-R02: Definizione dell’hardware e del software da acquistare.
o WP3-R02: Report attività DJI AEROSCOPE.
o WP3-R03: Definizione dei servizi offerti.
WORK PACKAGE 4
o WP4-R01: Disegni e progetto della piattaforma RADAR.
o WP4-R02: Prototipo del RADAR.
WORK PACKAGE 5:
o WP5-R01: Report promozione e diffusione dei risultati.
o WP5-R02: Report promozione e diffusione dei risultati.
o WP5-R03: Report promozione e diffusione dei risultati.
o WP5-R04: Report promozione e diffusione dei risultati.
Per quanto riguarda infine il materiale divulgativo utilizzato, per la lista completa dei documenti allegati, si rimanda al report WP1-R09, che costituisce un’integrazione della presente relazione scientifica finale.
Il sottoscritto Tonino Pisanu in qualità di Responsabile scientifico del progetto Cluster Top Down
Timbro e Firma__________________________________
Data 02/04/2021
