El proyecto SAFEDRONE se basa en una nueva arquitectura de georradar (Ground Penetrating Radar, GPR) embarcado en vehículos aéreos no tripulados (Unmanned Aerial Vehicles, UAVs) para la obtención de imágenes de alta resolución del subsuelo y de objetos enterrados tales como minas antipersona y artefactos explosivos improvisados (Improvised Explosive Devices, IEDs). El objetivo es aprovechar la capacidad de los UAVs para explorar de forma autónoma y rápida zonas donde puedan estar enterrados IEDs y/o minas antipersona, unido a su vez a las propiedades de los sistemas radar de alta resolución para inspección no destructiva y detección de objetos enterrados. El sistema desarrollado proporciona una elevada seguridad en el proceso de inspección al evitar el contacto con el suelo, con lo que se minimiza el riesgo de detonación accidental del artefacto explosivo.
La arquitectura desarrollada en el proyecto SAFEDRONE se basa en un prototipo de GPR multibanda que puede trabajar tanto en configuración monoestática (arquitectura Down-Looking GPR), como multiéstática (arquitectura híbrida Down-Looking Forward-Looking). Los prototipos desarrollados en el proyecto SAFEDRONE proporcionan imágenes del subsuelo con resolución centimétrica tanto en rango como en cross-rango gracias al empleo de sistemas de posicionamiento y geo-referenciación de alta precisión.
Vídeo-resumen del proyecto SAFEDRONE
Objetivos del proyecto SAFEDRONE
Se indican a continuación los principales objetivos alcanzados en el proyecto SAFEDRONE:
Desarrollo de un sistema GPR embarcado en un UAV capaz de proporcionar, con resolución de centímetros, imágenes del subsuelo y de los potenciales IEDs enterrados en el mismo. Para ello se han integrado subsistemas y sensores capaces de proporcionar posicionamiento y geo-referenciación con precisión mejor de 2 cm. También se ha desarrollado un subsistema radar multicanal de gran ancho de banda (Ultra Wide Band, UWB). Las medidas adquiridas se han procesado con técnicas de radar de apertura sintética (Synthetic Aperture Radar, SAR) para obtener imágenes del subsuelo. Estas técnicas se han complementado con técnicas de mitigación de clutter proveniente, principalmente, de la reflexión en la interfaz aire-suelo. El prototipo resultante tiene un peso máximo de 10 a 12 kg, con una autonomía de vuelo de 10-12 minutos (peso y autonomía en función de la configuración de la carga de pago empleada en el prototipo).
Evolución de los prototipos desarrollados por TSC-UNIOVI Diseño e implementación de diferentes arquitecturas de georradar embarcado en un UAV, con el fin de evaluar sus prestaciones y limitaciones en términos de capacidad de detección y área inspeccionada. En primer lugar, partiendo de los prototipos desarrollados en 2018 y 2019 por el grupo TSC-UNIOVI, se desarrolló una versión mejorada de la arquitectura Down-Looking GPR, en la cual las antenas apuntan perpendicularmente al suelo. Otras arquitecturas desarrolladas y evaluadas en el proyecto SAFEDRONE consistieron en el empleo de un array de antenas para aumentar la capacidad de escaneo, así como una arquitectura híbrida Forward-Looking Down-Looking GPR para minimizar el clutter proveniente de la interfaz aire-suelo.
Validación de los prototipos desarrollados en el proyecto SAFEDRONE en escenarios lo más similares posibles a las condiciones operativas. Para ello, el Ministerio de Defensa y el C-IED CoE seleccionaron diferentes tipos de escenarios en los ensayos de validación realizados durante el proyecto SAFEDRONE, tales como terrenos pedregosos, caminos, zonas húmedas, terrenos en pendiente, etc. Las pruebas de validación se realizaron en marzo y octubre de 2021. En las pruebas de validación de marzo se escanearon 7 zonas de 4.5 m x 12 m. En las pruebas de validación de octubre el número de zonas de 4.5 m x 12 m se redujo a 6, dado que en dichas pruebas se evaluaron 3 arquitecturas diferentes: prototipo Down-Looking GPR, prototipo Down-Looking GPR con array de antenas, y sistema que combina las arquitecturas Down-Looking GPR y Forward-Looking GPR.
Implementación e integración de un subsistema de comunicaciones de largo alcance para permitir la transmisión de datos más allá de la línea de visión (Beyond Visual Line of Sight, BVLOS) entre el UAV y la estación terrestre que recibe y procesa las medidas. La validación del sistema de comunicaciones BVLOS se realizó también en las pruebas de octubre de 2021. En concreto, el área inspeccionada por el UAV se separó 200 m del puesto de control.
Resumen de los resultados obtenidos en el proyecto SAFEDRONE
En las pruebas de validación del proyecto SAFEDRONE se siguió un procedimiento de evaluación de tipo “doble-ciego”. La posición de los objetos enterrados era únicamente conocida por el personal del C-IED CoE y del Ministerio de Defensa. Una vez procesadas las medidas y analizadas las imágenes GPR-SAR, el equipo investigador del grupo TSC-UNIOVI remitió un listado con la estimación de las posiciones de los objetos detectados por el sistema desarrollado al personal del C-IED CoE y del Ministerio de Defensa, quienes compararon las detecciones proporcionadas por el equipo investigador con la ubicación real de los objetos enterrados. Por último, el equipo evaluador del C-IED CoE y el Ministerio de Defensa remitió al personal del grupo TSC-UNIOVI un informe con los resultados de detección obtenidos (principalmente probabilidades de detección, de falsa alarma, y de pérdida).
Las capacidades de detección de las diferentes arquitecturas desarrolladas en el proyecto SAFEDRONE han arrojado los siguientes resultados: para objetos de tamaño mediano o grande (garrafas de plástico, minas contra-carro, granadas de mortero, obuses de artillería) la probabilidad de detección alcanzada ha sido ligeramente superior al 90%, que era el objetivo perseguido al inicio del proyecto. En lo que se refiere a falsas alarmas, la probabilidad fue del 27% .
Un ejemplo de las imágenes GPR-SAR generadas por los prototipos desarrollados se puede visualizar en esta imagen interactiva.
En lo que se refiere a la consecución de objetivos, se han alcanzado todos satisfactoriamente, resultando en un prototipo operativo, cuyo nivel de madurez tecnológica (Technology Readiness level, TRL) se puede considerar como TRL 7 (Demostración del prototipo del sistema en un entorno operativo).