Produttori e fornitori di sistemi LiDAR per uso militare

Honeywell Aerospace

Soluzioni avanzate per la modernizzazione della difesa: propulsione, sensori, comunicazione e sistemi di realtà aumentata

Inertial Labs, a VIAVI Solutions Company

Soluzioni tattiche IMU, GPS/INS e di orientamento delle armi

Psionic

Soluzioni di navigazione resilienti, con e senza equipaggio, per ambienti privi di copertura GNSS

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Guida per i responsabili delle specifiche sui sistemi LiDAR militari

William Mackenzie

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Introduzione ai sistemi LiDAR militari

I sistemi LiDAR militari sono diventati un’importante tecnologia di rilevamento in tutte le operazioni di difesa. Trasmettendo impulsi laser e misurando il tempo impiegato dall’energia riflessa per tornare da un bersaglio, questi sistemi ottici generano rappresentazioni tridimensionali dell’ambiente circostante. Questi set di dati spaziali forniscono agli operatori militari un livello di precisione difficile da raggiungere utilizzando esclusivamente le tecnologie di rilevamento convenzionali.

I moderni sistemi LiDAR militari vengono impiegati in ambito aereo, terrestre e marittimo a supporto della raccolta di informazioni, della navigazione tattica, delle operazioni autonome, della protezione delle forze, della sorveglianza e del puntamento di precisione. A differenza delle configurazioni di imaging tradizionali che si basano principalmente sulle informazioni visive, un sensore LiDAR dedicato crea modelli geometrici del terreno, delle strutture, dei veicoli e del personale, consentendo la consapevolezza situazionale sia di giorno che di notte.

Tipi di soluzioni LiDAR militari

Sistemi LiDAR aerotrasportati

Piattaforma LiDAR militare e di fusione dei sensori

Piattaforme LiDAR e di fusione dei sensori RESEPI di Inertial Labs

Le piattaforme LiDAR aerotrasportate offrono funzionalità di mappatura del terreno su vaste aree, ricognizione e raccolta di informazioni. Installati a bordo di velivoli ad ala fissa, elicotteri e sistemi senza pilota, questi sistemi raccolgono dati relativi all’altitudine e alla superficie in aree definite.

Il LiDAR aereo militare viene utilizzato per generare modelli digitali del terreno, identificare ostacoli, valutare i corridoi di mobilità, supportare la pianificazione delle missioni e fornire informazioni geospaziali ad alta risoluzione. In contesti contesi, un sistema LiDAR aereo è in grado di effettuare il rilevamento delle aree operative senza che il personale debba recarsi in luoghi pericolosi. L’impiego di velivoli senza pilota ha ampliato la diffusione di carichi utili LiDAR su droni tattici, fornendo capacità di raccolta dati continue e riducendo al contempo i rischi per il personale tattico.

Sistemi LiDAR terrestri

Sistemi montati su veicoli

I sistemi LiDAR montati su veicoli forniscono una consapevolezza ambientale in tempo reale a veicoli corazzati, piattaforme di ricognizione, veicoli logistici e sistemi terrestri autonomi. Questi sensori scansionano l’ambiente circostante, generando dati tridimensionali che supportano la navigazione, il rilevamento degli ostacoli, la pianificazione dei percorsi e la protezione delle forze.

L’integrazione di un’unità LiDAR nei veicoli militari richiede sistemi rinforzati in grado di mantenere le prestazioni in presenza di vibrazioni, urti, polvere, fango e temperature estreme. Gli ingegneri abbinano questi sensori a sistemi informatici rinforzati dotati di capacità di elaborazione LiDAR per gestire in tempo reale nuvole di punti ad alta frequenza. Le configurazioni tattiche possono inoltre prevedere una torretta LiDAR integrata per garantire un campo visivo a 360 gradi attorno al perimetro del veicolo.

Sistemi per soldati appiedati

Le unità LiDAR portatili consentono al personale militare di acquisire e analizzare gli ambienti operativi. Queste soluzioni compatte vengono utilizzate per la ricognizione tattica, la valutazione dei percorsi, la mappatura delle strutture e le operazioni urbane in cui è richiesta una comprensione dell’ambiente circostante.

I soldati possono utilizzare un dispositivo LiDAR trasportabile a mano per attività di mappatura localizzate. I progressi nella miniaturizzazione continuano a ridurre le dimensioni, il peso e il fabbisogno energetico del sensore principale, rendendo questi sistemi pratici per applicazioni a piedi.

Installazioni fisse

Le installazioni fisse impiegano il LiDAR di sicurezza per il monitoraggio perimetrale, il rilevamento delle intrusioni e la sorveglianza delle strutture. Questi sistemi creano zone di sicurezza tridimensionali permanenti in grado di identificare, tracciare e classificare le minacce che si avvicinano alle risorse protette. Rispetto ai sistemi di telecamere convenzionali, il potenziamento della sicurezza con il LiDAR offre una percezione spaziale e fornisce informazioni sul posizionamento dei bersagli in condizioni di scarsa illuminazione o in assenza totale di luce.

Sistemi LiDAR navali e marittimi

I sistemi LiDAR marittimi supportano la navigazione, la sorveglianza, il rilevamento di ostacoli e il funzionamento autonomo delle imbarcazioni. Le navi da combattimento di superficie, le motovedette, veicoli di superficie senza equipaggio (USV) e veicoli subacquei senza equipaggio (UUV) utilizzano prodotti LiDAR specializzati per migliorare la consapevolezza situazionale e per la guerra antisommergibile (ASW), sebbene le prestazioni subacquee siano limitate dalla limpidezza dell’acqua, dalla torbidità e dal raggio operativo.

In questi ambienti, è possibile impiegare dispositivi quali una boa LiDAR specializzata per il monitoraggio costiero e il rilevamento delle minacce. Questi sistemi di grado marino devono resistere a condizioni quali l’esposizione alla salsedine, l’elevata umidità, le vibrazioni e le interferenze elettromagnetiche.

Principali applicazioni militari del LiDAR

Sensore LiDAR per la navigazione di precisione

Sensore LiDAR SurePath ground-V per la navigazione di precisione, prodotto da Psionic

Il LiDAR funge da sensore primario che consente operazioni militari autonome su veicoli terrestri senza pilota (UGV), veicoli aerei senza pilota (UAV) e sistemi marittimi autonomi. Generando dati ambientali tridimensionali, queste piattaforme sono in grado di rilevare ostacoli, identificare percorsi navigabili e operare in ambienti dinamici.

Per gli UGV, i sensori LiDAR integrati supportano l’analisi del terreno, l’evitamento degli ostacoli e l’esecuzione autonoma dei percorsi. I sensori LiDAR per UAV vengono utilizzati per la navigazione a bassa quota, il tracciamento del terreno, l’assistenza all’atterraggio e la prevenzione delle collisioni. Analogamente, le piattaforme autonome marittime utilizzano LiDAR specializzati per le imbarcazioni di superficie al fine di garantire il rilevamento delle imbarcazioni e l’evitamento degli ostacoli in ambienti costieri.

Intelligenza del terreno con SLAM e visualizzazione 3D dello spazio di battaglia

Un’importante applicazione militare del LiDAR è la navigazione, che spesso utilizza sistemi NDL (Navigation Doppler LiDAR) per generare rappresentazioni tridimensionali degli ambienti operativi. Grazie alla localizzazione e mappatura simultanee (SLAM), le piattaforme dotate di uno scanner LiDAR sono in grado di mappare ambienti sconosciuti determinando al contempo la propria posizione. Questa capacità risulta utile per la navigazione in ambienti in cui il segnale GPS è compromesso o assente, dove i metodi di navigazione convenzionali risultano inaffidabili.

Le informazioni sul terreno generate da questi sistemi supportano la selezione dei percorsi, l’analisi della mobilità, la pianificazione delle missioni e le simulazioni operative. La visualizzazione tridimensionale dello spazio di battaglia fornisce ai comandanti la consapevolezza della situazione, migliorando il processo decisionale operativo a tutti i livelli di comando.

Sorveglianza continua per la sicurezza delle basi e dei perimetri

Le installazioni militari utilizzano architetture di sorveglianza LiDAR per garantire il monitoraggio delle risorse e delle infrastrutture. Questi sistemi combinano i dati grezzi dei sensori con analisi avanzate per rilevare, tracciare e classificare personale, veicoli e minacce aeree a bassa quota.

Le informazioni spaziali generate dal LiDAR a lungo raggio supportano la valutazione delle minacce e la consapevolezza degli operatori. Se integrato in architetture di sicurezza più ampie, il LiDAR può contribuire al riconoscimento dei bersagli, all’orientamento delle armi e ai flussi di lavoro di ingaggio, fornendo dati posizionali accurati per i sistemi di comando, le stazioni d’arma remote o altre reti di sensori ed effettori. Supporta inoltre le operazioni di contrasto agli UAS (Counter-UAS), rilevando e tracciando piccoli droni difficili da identificare utilizzando esclusivamente i radar convenzionali o le tecnologie di sorveglianza ottica.

Fusione dei sensori e integrazione multidominio

L’efficacia nel moderno spazio di battaglia si basa sulla combinazione di flussi di dati provenienti da più domini per costruire un quadro operativo.

  • Fusione tra LiDAR e radar: il radar militare garantisce il rilevamento a lungo raggio in condizioni meteorologiche avverse, mentre il LiDAR offre risoluzione spaziale e dettagli sui bersagli per migliorare la classificazione e la resilienza operativa.
  • Integrazione tra LiDAR ed EO/IR: i sensori elettro-ottici e a infrarossi forniscono dati visivi e termici, che il sensore LiDAR correla con modelli di profondità tridimensionali per migliorare l’identificazione dei bersagli.
  • Architetturedi fusione dei dati multisensoriali: le piattaforme militari impiegano reti multisensoriali che integrano sistemi di difesa LiDAR, radar, EO/IR e sistemi di navigazione in un quadro operativo unificato per ridurre l’incertezza.
  • Integrazione con i sistemi di gestione delle operazioni di combattimento: i dati provenienti dalle apparecchiature LiDAR vengono incorporati nelle reti di comando per supportare la pianificazione delle missioni, il puntamento delle armi, la protezione delle forze e il coordinamento multidominio.

Questi flussi combinati garantiscono la continuità operativa in contesti di combattimento mutevoli.

Standard di difesa, certificazione e conformità

L’implementazione di sistemi di sensori militari richiede il rispetto delle normative internazionali in materia di difesa, delle classificazioni ambientali e dei requisiti relativi alla sicurezza della catena di approvvigionamento.

  • Requisiti ambientali militari: la conformità alle linee guida MIL-STD-810 e DEF STAN garantisce che le apparecchiature resistano a temperature estreme, urti, vibrazioni, umidità e polvere durante l’impiego.
  • Compatibilità elettromagnetica: i sistemi devono soddisfare i requisiti MIL-STD-461 e DEF STAN per prevenire interferenze elettromagnetiche con i componenti elettronici adiacenti delle piattaforme critiche per la missione.
  • Aeronavigabilità e certificazione delle piattaforme: le varianti aerotrasportate richiedono valutazioni di sicurezza strutturale, elettrica e software per verificare il funzionamento sicuro in caso di integrazione di un sensore LiDAR aereo su velivoli militari.
  • Standard di sicurezza laser e conformità alla NDAA: la progettazione del sistema bilancia la potenza del laser, il raggio d’azione e i requisiti di sicurezza oculare, mentre alcuni programmi di approvvigionamento della difesa statunitense potrebbero richiedere sistemi LiDAR conformi alla NDAA e catene di approvvigionamento verificate per ridurre i rischi legati alla sicurezza e all’approvvigionamento.

La conformità a questi quadri normativi è spesso richiesta per l’adozione formale della piattaforma, a seconda del programma di approvvigionamento, dell’ambiente operativo e della piattaforma ospitante.

Tendenze emergenti nella tecnologia LiDAR militare

L’evoluzione dei componenti ottici, dell’elettronica a stato solido e dell’elaborazione del segnale continua a ridefinire le capacità dei sensori per la difesa.

  • LiDAR militare a stato solido: le configurazioni a stato solido eliminano le parti meccaniche in movimento, riducendo dimensioni, peso e fabbisogno energetico, migliorando al contempo l’affidabilità per l’impiego in sistemi senza equipaggio.
  • LiDAR a onda continua modulata in frequenza (FMCW): le architetture FMCW sono in grado di misurare contemporaneamente la distanza dal bersaglio e la velocità relativa, migliorando al contempo la reiezione della luce di fondo, delle interferenze e di alcune forme di spoofing attivo del LiDAR o di contromisure ottiche.
  • Applicazioni di sorveglianza strategica a lungo raggio: gli sviluppi nell’efficienza dei laser e nella fotonica ampliano la portata del LiDAR a lungo raggio per il monitoraggio strategico delle frontiere, la protezione delle infrastrutture e le reti di sorveglianza interdominio.

Questi sviluppi tecnologici continuano a ridefinire lo standard di riferimento delle moderne capacità di ricognizione.