Metodologia di progettazione concettuale per configurazioni avanzate di UCAV

Questa tesi affronta il progetto concettuale di un UCAV (Unmanned Combat Aerial Vehicle) concentrandosi maggiormente sullo studio della geometria esterna, al fine di ottenere quella particolare configurazione che minimizza l’impronta radar del velivolo. Dopo una breve descrizione delle tipologie di UAV, viene affrontato l’ampio tema della stealthiness descrivendo tutti i campi in cui il velivolo può essere “visto”, specificando la tipologia di invisibilità ai radar che è il fulcro della tesi.

Towards robotic visual and acoustic stealth for outdoor dynamic target tracking

Covertly tracking mobile targets, either animal or human, in previously unmapped outdoor natural environments using off-road robotic platforms requires both visual and acoustic stealth. Whilst the use of robots for stealthy surveillance is not new, the majority only consider navigation for visual covertness. However, most fielded robotic systems have a non-negligible acoustic footprint arising from the onboard sensors, motors, computers and cooling systems, and also from the wheels interacting with the terrain during motion. This time-varying acoustic signature can jeopardise any visual covertness and needs to be addressed in any stealthy navigation strategy. In previous work, we addressed the initial concepts for acoustically masking a tracking robot’s movements as it travels between observation locations selected to minimise its detectability by a dynamic natural target and ensuring con- tinuous visual tracking of the target. This work extends the overall concept by examining the utility of real-time acoustic signature self-assessment and exploiting shadows as hiding locations for use in a combined visual and acoustic stealth framework.

Orthogonal biofunctionalization of magnetic nanoparticles via ``clickable'' poly(ethylene glycol) silanes: a ``universal ligand'' strategy to design stealth and target-specific nanocarriers

The present work demonstrates a novel strategy to synthesize orthogonally bio-engineered magnetonanohybrids (MNPs) through the design of versatile, biocompatible linkers whose structure includes: (i) a robust anchor to bind with metal-oxide surfaces; (ii) tailored surface groups to act as spacers and (iii) a general method to implement orthogonal functionalizations of the substrate via ``click chemistry''. Ligands that possess the synthetic generality of features (i)-(iii) are categorized as ``universal ligands''. Herein, we report the synthesis of a novel, azido-terminated poly(ethylene glycol) (PEG) silane that can easily self-assemble on MNPs through hetero-condensation between surface hydroxyl groups and the silane end of the ligand, and simultaneously provide multiple clickable sites for high density, chemoselective bio-conjugation. To establish the universal-ligand-strategy, we clicked alkyl-functionalized folate onto the surface of PEGylated MNPs. By further integrating a near-infrared fluorescent (NIRF) marker (Alexa-Fluor 647) with MNPs, we demonstrated their folate-receptor mediated internalization inside cancer cells and subsequent translocation into lysosomes and mitochondria. Ex vivo NIRF imaging established that the azido-PEG-silane developed in course of the study can effectively reduce the sequestration of MNPs by macrophage organs (viz. liver and spleen). These folate-PEG-MNPs were not only stealth and noncytotoxic but their dual optical and magnetic properties aided in tracking their whereabouts through combined magnetic resonance and optical imaging. Together, these results provided a strong motivation for the future use of the ``universal ligand'' strategy towards development of ``smart'' nanohybrids for theragnostic applications.

A novel space cloth using resistor grid network for radar absorbers in stealth applications

We report novel resistor grid network based space cloth for application in single and multi layer radar absorbers. The space cloth is analyzed and relations are derived for the sheet resistance in terms of the resistor in the grid network. Design curves are drawn using MATLAB and the space cloth is analyzed using HFSS™ software in a Salisbury screen for S, C and X bands. Next, prediction and simulation results for a three layer Jaumann absorber using square grid resistor network with a Radar Cross Section Reduction (RCSR) of -15 dB over C, X and Ku bands is reported. The simulation results are encouraging and have led to the fabrication of prototype broadband radar absorber and experimental work is under progress.

Millimeter-wave stealth radio for special operations forces

For Special Operations Forces, an important attribute of any future radio will be the ability to conceal transmissions from the enemy while transmitting large amounts of data for situational awareness and communications. These requirements will mean that military wireless systems designers will need to consider operating frequencies in the mm-wave bands: The high data rates that are achievable at these frequencies and the propagation characteristics at this wavelength will provide many benefits for the implementation of 'stealth radio'. This article discusses some of the recent advances in RF front-end technology, alongside physical layer transmission schemes that could be employed for millimeter-wave soldier-mounted radio. The operation of a hypothetical millimeter-wave soldier-to-soldier communications system that makes use of smart antenna technology is also described.

Search for stealth supersymmetry in events with jets, either photons or leptons, and low missing transverse momentum in pp collisions at 8 TeV

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Riconoscimento preliminare della forma di velivoli con tecniche di elaborazione delle immagini per applicazione a sistemi UAV

Uno dei problemi che ostacola la diffusione in ambito civile degli aerei senza pilota a bordo (UAV) è la gestione della sicurezza in volo. Gli UAV civili, infatti, popolando una regione di spazio aereo molto affollata e devono interagire con una moltitudine di altri mezzi aerei. Per questo motivo, risulta particolarmente critica l'implementazione di logiche di tipo Sense and Avoid, attraverso le quali un UAV deve essere in grado di "vedere" altri mezzi in rotta di collisione ed elaborare le azioni utili ad evitare l'impatto, decidendo se attuare una manovra autonoma di avoiding oppure delegarla al mezzo incontrato. Questa tesi descrive un primo approccio al problema del riconoscimento (Sense) dei mezzi aerei che un generico velivolo UAV può incontrare durante la normale condotta del volo. In particolare, si descrivono le strategie impiegate e gli ambienti software utilizzati per testare alcune procedure di riconoscimento delle immagini applicabili alla fase di detection dell'intruder, situazione tipica del caso di studio. I risultati sperimentali ottenuti dalla progettazione e dallo sviluppo di un apposito software, consistono nell'implementazione e successiva valutazione di diverse tecniche, individuando le criticità del problema.

Studio ed implementazione di algoritmi per la navigazione inerziale di velivoli autonomi ad ala rotante

I sistemi di navigazione inerziale, denominati INS, e quelli di navigazione inerziale assistita, ovvero che sfruttano anche sensori di tipo non inerziale come ad esempio il GPS, denominati in questo caso INS/GPS, hanno visto un forte incremento del loro utilizzo soprattutto negli ultimi anni. I filtri complementari sfruttano segnali in ingresso che presentano caratteristiche complementari in termine di banda. Con questo lavoro di tesi mi sono inserito nel contesto del progetto SHERPA (Smart collaboration between Humans and ground-aErial Robots for imProving rescuing activities in Alpine environments), un progetto europeo, coordinato dall'Università di Bologna, che prevede di mettere a punto una piattaforma robotica in grado di aiutare i soccorritori che operano in ambienti ostili, come quelli del soccorso alpino, le guardie forestali, la protezione civile. In particolare è prevista la possibilità di lanciare i droni direttamente da un elicottero di supporto, per cui potrebbe essere necessario effettuare l'avvio del sistema in volo. Ciò comporta che il sistema di navigazione dovrà essere in grado di convergere allo stato reale del sistema partendo da un grande errore iniziale, dal momento che la fase di inizializzazione funziona bene solo in condizioni di velivolo fermo. Si sono quindi ricercati, in special modo, schemi che garantissero la convergenza globale. Gli algoritmi implementati sono alla base della navigazione inerziale, assistita da GPS ed Optical Flow, della prima piattaforma aerea sviluppata per il progetto SHERPA, soprannominata DreamDroneOne, che include una grande varietà di hardware appositamente studiati per il progetto, come il laser scanner, la camera termica, ecc. Dopo una panoramica dell'architettura del sistema di Guida, Navigazione e Controllo (GNC) in cui mi sono inserito, si danno alcuni cenni sulle diverse terne di riferimento e trasformazioni, si descrivono i diversi sensori utilizzati per la navigazione, si introducono gli AHRS (Attitude Heading Rference System), per la determinazione del solo assetto sfruttando la IMU ed i magnetometri, si analizza l'AHRS basato su Extended Kalman Filter. Si analizzano, di seguito, un algoritmo non lineare per la stima dell'assetto molto recente, e il sistema INS/GPS basato su EKF, si presenta un filtro complementare molto recente per la stima di posizione ed assetto, si presenta un filtro complementare per la stima di posizione e velocità, si analizza inoltre l'uso di un predittore GPS. Infine viene presentata la piattaforma hardware utilizzata per l'implementazione e la validazione, si descrive il processo di prototipazione software nelle sue fasi e si mostrano i risultati sperimentali.

Motore monocilindrico per velivoli ultraleggeri senza pilota

Sviluppo di una soluzione per un motore monocilindrico adibito a velivoli ultraleggeri senza pilota.