การตรวจจับโดรนโดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบเรียลไทม์

ใคร ๆ ก็รู้ว่าการบินโดรนเป็นกิจกรรมที่ทั้งสนุกและตื่นเต้น สำหรับคนที่หลงใหลใน RC หรือการถ่ายภาพ โดรนไม่ได้เป็นแค่ของเล่นเท่านั้น แต่ยังเปิดมุมมองใหม่ ๆ ให้เราเห็นโลกจากมุมสูงสุดตระการตาอีกด้วย

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความนิยมของโดรนเพิ่มขึ้นแบบก้าวกระโดด ตัวเลขในสหรัฐอเมริกาเพียงประเทศเดียวก็น่าทึ่งมาก—FAA คาดว่า โดรนขนาดเล็กที่ใช้เพื่อความบันเทิงจะเพิ่มจากราว 1.1 ล้านลำในปี 2017 พุ่งขึ้นเป็นกว่า 2.4 ล้านลำภายในปี 2022

และไม่ใช่แค่ตลาดงานอดิเรกเท่านั้นที่เติบโต รายงาน World Civil UAS Market Profile และการคาดการณ์ปี 2018 ของ Teal Group ยังระบุว่า ตลาดการผลิตระบบอากาศยานไร้คนขับที่ไม่ใช่เพื่อการทหาร (เช่น เพื่อการพาณิชย์ ผู้บริโภคทั่วไป และหน่วยงานรัฐบาลพลเรือน) จะมีมูลค่ารวมสูงถึง 88.3 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ในอีกสิบปีข้างหน้า จาก 4.4 พันล้านดอลลาร์ในปี 2018 คาดว่าจะเพิ่มเป็น 13.1 พันล้านดอลลาร์ในปี 2027 หรือเติบโตเฉลี่ยปีละเกือบ 13% เลยทีเดียว

แม้คนส่วนใหญ่ที่บินโดรนจะรู้จักกฎและใช้วิจารณญาณที่ดี แต่ก็ยังมีผู้คนบางส่วนที่ทำให้เกิดเหตุการณ์ไม่พึงประสงค์อยู่บ่อยครั้ง หลักฐานจากข่าวดัง ๆ ในช่วงที่ผ่านมา เช่น

  • ธันวาคม 2018 – “เครื่องบินโดยสารโบอิ้ง 737 ได้รับความเสียหายจากโดรนกลางอากาศ” – Bloomberg
  • ธันวาคม 2018 – “สนามบินแกตวิคต้องหยุดปฏิบัติการเพราะโดรนบินเข้าใกล้รันเวย์” – BBC News
  • มกราคม 2019 – “FAA ระบุว่าการพบเห็นโดรนทำให้การจราจรทางอากาศเข้าสู่สนามบินนวร์กต้องหยุดชะงักชั่วคราว” – Reuters

เหตุการณ์เหล่านี้เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนว่า หากโดรนเข้าไปในพื้นที่ที่ไม่ควรอยู่ ผลกระทบที่ตามมาอาจรุนแรงถึงขั้นสร้างความเสียหายทางการบินหรือกระทบต่อความปลอดภัยสาธารณะ

ด้วยเหตุนี้ หลายองค์กรจึงเริ่มมองหา โซลูชันตรวจจับโดรน ที่สามารถทำงานได้แบบเรียลไทม์ มีความแม่นยำ ใช้งานง่าย และคุ้มค่า เพื่อปกป้องน่านฟ้าที่จำกัดไม่ให้เกิดเหตุไม่คาดคิดขึ้น

ในบทความนี้ เราจะพาคุณไปดูว่า ควรพิจารณาอะไรบ้าง เมื่อเลือกโซลูชันตรวจจับโดรนที่เหมาะสมกับความต้องการของคุณ

พื้นฐานการตรวจจับโดรนและสิ่งที่ควรรู้ก่อนเลือกโซลูชัน

ก่อนตัดสินใจเลือกโซลูชันตรวจจับโดรน สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจพื้นฐานการทำงานของโดรนที่ใช้กันทั่วไปก่อน ทั้งแบบงานอดิเรกและเชิงพาณิชย์ เพราะโดรนส่วนใหญ่มีพฤติกรรมและข้อจำกัดที่คล้ายกัน เช่น

  • ระยะควบคุมด้วยสายตา: ปกติแล้วผู้ควบคุมจะบินโดรนภายในระยะมองเห็นประมาณ 1,000 ฟุต หรือประมาณ 300 เมต
  • การควบคุมระยะไกลแบบ FPV (First Person View): สามารถควบคุมได้ไกลถึง 2–3 ไมล์ (3.2 km ถึง 4.8 km) โดยใช้มุมมองภาพแบบบุคคลที่หนึ่ง
  • ความถี่สัญญาณที่ใช้ควบคุม: ใช้ย่านความถี่ 2.4 GHz (แบนด์วิดท์ประมาณ 80 MHz) ซึ่งเป็นย่านที่ไม่ต้องขอใบอนุญา
  • ความถี่วิดีโอ FPV: ใช้ย่าน 5.8 GHz (20 MHz หรือน้อยกว่า) สำหรับส่งภาพวิดีโอแบบเรียลไทม์
  • ระบบ Return to Home (RTH): หากสัญญาณควบคุมอ่อนหรือขาดหาย โดรนจะบินกลับจุดเริ่มต้นโดยอัตโนมัติ
  • สัญญาณจากผู้ผลิตหลักเพียงไม่กี่ราย: ทำให้การระบุประเภทโดรนทำได้ง่ายขึ้น
  • การข้ามหลายย่านความถี่: สัญญาณควบคุมโดรนมักข้ามหลายย่านความถี่และกว้างได้ถึง 80 MHz
  • ข้อกำหนดของ FCC: กำหนดให้โดรนใช้งานเฉพาะความถี่ที่ไม่ต้องขอใบอนุญาต เช่น 2.4 GHz, 5.8 GHz, 900 MHz และ 433 MHz

  • เมื่อเข้าใจพฤติกรรมเหล่านี้แล้ว การเลือกหรือออกแบบระบบตรวจจับโดรนก็จะมีประสิทธิภาพและแม่นยำยิ่งขึ้น

ในหัวข้อต่อไป เราจะพาคุณไปดูวิธีตรวจจับโดรนสองแบบ โดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม Tektronix RSA306B และ RSA507A ซึ่งขึ้นชื่อเรื่องความทนทาน พกพาสะดวก และราคาไม่แพง

  1. การตรวจจับแบบพื้นฐานด้วยตนเอง – วิธีง่าย ๆ ที่ใช้ตรวจจับสัญญาณโดรนด้วยมือ
  2. การตรวจจับแบบอัตโนมัติขั้นสูง – การตั้งค่าระบบเพื่อตรวจจับโดรนอัตโนมัติอย่างมีประสิทธิภาพ

 

การตรวจจับโดรนขั้นพื้นฐาน

การตรวจจับโดรนไม่จำเป็นต้องซับซ้อนเสมอไป คุณสามารถเริ่มต้นได้ด้วยเครื่องมือที่พกพาสะดวกและใช้งานง่าย เช่น เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม Tektronix RSA306B หรือ รุ่น RSA500 Series ร่วมกับซอฟต์แวร์ Tektronix DataVu–PC

เพราะนักบินโดรนส่วนใหญ่จะใช้ ลิงก์วิดีโอแบบมุมมองบุคคลที่หนึ่ง (FPV) เพื่อดูตำแหน่งและเส้นทางบินของโดรน ขั้นตอนแรกในการค้นหาการปรากฏตัวของโดรน จึงคือ สแกนย่านความถี่ 5.8 GHz เพื่อหาสัญญาณเบิร์สต์ (burst signals) ที่เกิดขึ้นเมื่อโดรนและรีโมตคอนโทรลกำลังสื่อสารกัน

ตามที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ โดรนทั้งแบบใช้งานอดิเรกและเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ ใช้ความถี่ 5.8 GHz ที่ไม่ต้องขอใบอนุญาตสำหรับส่งภาพวิดีโอ เมื่อโดรนส่งวิดีโอหรือสัญญาณควบคุมไปยังนักบิน จะเกิดคลื่นพลังงาน RF ที่สามารถตรวจจับได้ชัดเจนผ่านเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม ซึ่งเป็น “ร่องรอย” บอกเราว่ามีโดรนอยู่ในพื้นที่

รูปที่ 1. เบิร์สต์วิดีโอจากย่านความถี่ 5.8 GHz

ตามที่เห็นใน รูปที่ 1 ลักษณะของวิดีโอแบบเบิร์สต์จากโดรนสามารถตรวจจับได้ง่าย แม้จะดูแค่กราฟกำลังเทียบเวลา (power vs. time) และถ้าใช้ โหมดเรียลไทม์ ความแม่นยำจะยิ่งสูงขึ้น เพราะสามารถใช้ข้อมูล I/Q แบบเรียลไทม์ ที่บันทึกไว้เพื่อตรวจสอบสัญญาณได้ชัดเจนขึ้น (รายละเอียดแสดงใน รูปที่ 2 และ รูปที่ 3)

อีกหนึ่งวิธีที่มีประสิทธิภาพคือ การสแกนย่านความถี่ 2.4 GHz เพื่อหาสัญญาณควบคุมโดรน วิธีนี้ควรละเว้นสัญญาณสื่อสารอื่น ๆ เช่น Wi–Fi และ Bluetooth จากนั้นตรวจสอบเฉพาะสัญญาณที่เหลืออยู่ ซึ่งมักจะเป็นสัญญาณควบคุมโดรน ในบางพื้นที่อาจมีผู้ควบคุมหลายคนบินโดรนพร้อมกัน เพื่อควบคุมโดรนแต่ละลำโดยไม่รบกวนกัน พวกเขาจำเป็นต้องใช้ รูปแบบสัญญาณที่ซับซ้อนและเป็นเอกลักษณ์ ซึ่งผลิตโดยผู้จำหน่ายชิปไม่กี่ราย รูปคลื่น (waveform) เหล่านี้จึงเป็น “signatures” เฉพาะที่สามารถระบุได้

รูปที่ 2. เบิร์สต์สัญญาณควบคุมจากย่านความถี่ 2.4 GHz

แม้ในย่านความถี่ 2.4 GHz ที่เต็มไปด้วยสัญญาณรบกวน คุณก็ยังสามารถระบุสัญญาณควบคุมโดรนได้ง่าย ดังตัวอย่างในรูปที่2 ที่ใช้ ข้อมูล I/Q แบบเรียลไทม์

รูปที่ 3. เบิร์สต์วิดีโอจากย่านความถี่ 5.8 GHz โดยใช้การประมวลผล I/Q

เมื่อวิธีแรก (สแกน 5.8 GHz) หรือวิธีที่สอง (สแกน 2.4 GHz) พบสัญญาณต้องสงสัย ขั้นตอนต่อไปคือ บันทึกข้อมูล I/Q ของสัญญาณนั้น ข้อมูลที่ได้สามารถนำไปใช้ ระบุผู้ผลิตโดรน ได้

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ สัญญาณควบคุมโดรนมัก กระโดดข้ามความถี่หลายช่วง (frequency hopping) และอาจมีความกว้างถึง 80 MHz ในขณะที่โหมดเรียลไทม์ของ Tektronix RSA306B และ RSA507A มีความกว้าง 40 MHz หากต้องการครอบคลุมความถี่ทั้งหมด DataVu–PC จึงมีโหมดพิเศษที่ให้ใช้ RSA สองเครื่องพร้อมกัน เพื่อเพิ่มความสามารถตรวจจับเป็น 80 MHz เต็มรูปแบบ

ความสามารถนี้ทำให้คุณเห็นลำดับการกระโดดความถี่ทั้งหมด ซึ่งช่วย ระบุผู้ผลิตโดรนหรือผู้จำหน่ายชิป ได้แม่นยำยิ่งขึ้น และยังช่วยให้คุณเลือกมาตรการรับมือได้อย่างเหมาะสม

RSA โหมดDual ที่แสดงการกระโดดข้ามความถี่ตลอดช่วง 80 MHz และการสื่อสารของตัวควบคุมโดรนจะแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4. RSA โหมดDual แสดงความถี่และลำดับการกระโดดของตัวควบคุมโดรน

การตรวจจับโดรนอัตโนมัติ

แม้ข่าวส่วนใหญ่ที่เราเห็นมักเกี่ยวกับโดรนบินใกล้สนามบิน แต่ความกังวลเรื่องโดรนไม่ได้จำกัดแค่ในวงการการบินเท่านั้น สถานที่จัดงานขนาดใหญ่ ฐานทัพทหาร หรือพื้นที่สำคัญอื่น ๆ ก็เผชิญความเสี่ยงเช่นเดียวกัน โดยเฉพาะพื้นที่ที่กว้างและยากต่อการเฝ้าระวังตลอดเวลา

ในสถานการณ์แบบนี้ ระบบตรวจจับโดรนอัตโนมัติ จึงเป็นตัวช่วยสำคัญ เพราะสามารถเฝ้าระวังการปรากฏตัวของโดรนได้ตลอดเวลา โดยไม่ไปรบกวนงานหรือการปฏิบัติการอื่น ๆ

การสร้างระบบตรวจจับโดรนอัตโนมัติทำได้ง่ายกว่าที่คิด เพียง เชื่อมต่อเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม Tektronix RSA306B หรือ RSA500 Series หลายเครื่องเข้าด้วยกัน แล้วใช้งานร่วมกับซอฟต์แวร์ขั้นสูง เช่น SpectrumVu® ของ Erisys RF Solutions ซึ่งออกแบบมาเพื่อ ตรวจสอบสเปกตรัม RF แบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ ซอฟต์แวร์นี้สามารถบันทึกเหตุการณ์สเปกตรัมที่ไม่รู้จัก และแจ้งเตือนผู้ใช้ทันทีเมื่อพบสัญญาณต้องสงสัย

สำหรับการติดตั้งจริง จะใช้ โหนดตรวจจับ หลายจุดรอบพื้นที่ (แต่ละโหนดประกอบด้วยเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม เสาอากาศ และคอมพิวเตอร์ขนาดเล็ก Intel NUC) โหนดเหล่านี้จะเชื่อมต่อเป็นเครือข่ายและส่งข้อมูลไปยังศูนย์ปฏิบัติการกลาง เพื่อให้สามารถครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมด รวมถึงเส้นทางบินที่เสี่ยงภัย ดังตัวอย่างที่แสดงใน รูปที่ 5 ของสนามบินลาการ์เดีย

เมื่อใช้โหนดหลายจุดร่วมกัน ระบบสามารถ ระบุตำแหน่งโดรนแบบ 3 มิติ (x–y–z) ได้แม่นยำ ช่วยให้เจ้าหน้าที่ตอบสนองได้รวดเร็วและเหมาะสมยิ่งขึ้น

รูปที่ 5. ใช้เพื่อประกอบการอธิบายเท่านั้น แหล่งที่มา: faa.gov

ระบบนี้สามารถเฝ้าระวังสเปกตรัม RF ได้แบบอัตโนมัติ 24 ชั่วโมงต่อวัน คุณยังสามารถตั้งค่า “ทริกเกอร์” ให้แจ้งเตือนเมื่อพบสัญญาณที่ไม่รู้จัก หรือสัญญาณที่มีกำลังสูงเกินค่าที่กำหนดไว้ สัญญาณทั้งหมด—ทั้งที่รู้จัก ไม่รู้จัก และเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น—จะถูกบันทึกโดยเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบเรียลไทม์ และแสดงผลบนแดชบอร์ด SpectrumVu (ในรูปที่ 6) ทำให้ผู้ดูแลสามารถติดตามสถานการณ์ได้อย่างชัดเจน

รูปที่ 6. SpectrumVu สามารถส่งการแจ้งเตือนไปยังเจ้าหน้าที่รักษาความปลอดภัยโดยอัตโนมัติทุกครั้งที่ตรวจพบสัญญาณต้องสงสัย

กระบวนการประมวลผลสำหรับการเรียนรู้แบบครบวงจรจากข้อมูลสเปกตรัม

สิ่งที่ทำให้ SpectrumVu ล้ำหน้าคือการผสานเทคโนโลยีโครงข่ายประสาทเทียม (Neural Network) เพื่อช่วยระบุสัญญาณที่มีแนวโน้มจะเป็นโดรนได้อัตโนมัติ โหมด StepNStare จะค่อยๆ เลื่อนการตรวจสอบผ่านย่านความถี่ RF กว้าง 40 MHz บันทึกข้อมูล I/Q แล้วเลื่อนไปยังช่วงความถัดไป วนซ้ำเช่นนี้จนครอบคลุมย่านความถี่ที่โดรนทั่วไปใช้งาน ทำให้ผู้ใช้สามารถสแกนสเปกตรัมทั้งหมดได้โดยไม่ต้องจัดการกับไฟล์ขนาดใหญ่ เพราะระบบจะประมวลผลไฟล์ I/Q ขนาดเล็กต่อเนื่องแทน

เมื่อระบบพบสัญญาณที่มี “ลายเซ็น” (signature) ตรงกับรูปแบบที่โครงข่ายประสาทเทียมเรียนรู้ไว้ SpectrumVu จะส่งการแจ้งเตือนเพื่อบอกความเป็นไปได้ของการมีโดรนอยู่ใกล้ๆ นอกจากนี้ การเรียนรู้ของเครื่อง (Machine Learning) ยังช่วยให้ระบบแยกแยะสัญญาณควบคุมของโดรน และสัญญาณวิดีโอ FPV (มุมมองบุคคลที่หนึ่ง) ได้อย่างแม่นยำภายในแบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์ของ RSA

หากเจอสัญญาณที่ไม่รู้จัก คุณยังสามารถจัดเก็บข้อมูลเหล่านั้นในฐานข้อมูล SQL เพื่อช่วยระบุตัวตนของโดรนได้เร็วขึ้น และใช้วิเคราะห์ภาพรวมของสภาพแวดล้อม RF ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

สรุป

แม้โดรนจะเป็นแหล่งความบันเทิงและมีประโยชน์มากมาย ทั้งสำหรับงานอดิเรกและเชิงพาณิชย์ แต่การใช้งานโดรนอย่างไม่ระมัดระวังก็อาจนำไปสู่สถานการณ์อันตรายได้

ในบทความนี้ เราได้อธิบาย พื้นฐานการทำงานของโดรน รวมถึงการใช้ เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม ที่แนะนำ เราได้แนะนำทั้ง วิธีการตรวจจับโดรนแบบง่าย ๆ และ โซลูชันอัตโนมัติขั้นสูง ที่ช่วยให้การตรวจสอบสภาพแวดล้อม RF มีประสิทธิภาพ

เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบเรียลไทม์สามารถเป็น เครื่องมือที่มีคุณค่า ไม่ว่าจะใช้แบบสแตนด์อโลนหรือแบบเชื่อมต่อเป็นเครือข่าย สำหรับองค์กรหรือพื้นที่ที่กังวลเรื่องโดรนที่อาจเข้ามาในพื้นที่หวงห้าม การลงทุนในโซลูชันที่สามารถ ตรวจจับแบบเรียลไทม์ ตรวจสอบตลอด 24 ชั่วโมง และแจ้งเตือนอัตโนมัติ จึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อความปลอดภัยและการตอบสนองที่ทันเวลา

อ่านเพิ่มเติมได้ที่