Thiết bị bay không người lái drone và giải pháp về công nghệ, thiết bị kiểm soát phổ tần phát hiện hoạt động của drone

1. Tình hình phát triển thị trường và ứng dụng drone

Thị trường drone được dự báo sẽ phát triển đáng chú ý trong các năm tới. Theo ước tính, thị trường mục tiêu sẽ tăng từ 15,74 tỷ USD vào năm 2021 lên khoảng 49,37 tỷ USD vào năm 2026, có thể đạt tỷ lệ tăng trưởng kép hàng năm CAGR là 17,22% trong giai đoạn 2021-2026. Trong đó, xét về mặt doanh thu, khu vực Bắc Mỹ chiếm thị phần chính trong lĩnh vực kinh doanh toàn cầu, tiếp theo là khu vực châu Âu và khu vực châu Á - Thái Bình Dương được dự đoán sẽ đạt tốc độ tăng trưởng cao nhất trong giai đoạn 2022-2027. Các yếu tố chính thúc đẩy sự tăng trưởng của thị trường là ứng dụng ngày càng tăng của các drone trong lĩnh vực thương mại, nông nghiệp, kiểm tra, giám sát và khảo sát [1].

Số lượng bán drone cho mục đích vui chơi giải trí cá nhân trên toàn thế giới là khoảng 5 triệu thiết bị vào năm 2020 [2] và con số này dự báo sẽ tăng lên 9,6 triệu trên toàn cầu vào năm 2030 . Theo Goldman Sachs, nông nghiệp được dự báo là ngành có mức độ ứng dụng drone lớn thứ hai trên toàn cầu trong vòng 5 năm tới. Chỉ tính riêng tại Trung Quốc, số lượng drone sử dụng trong nông nghiệp ước tính trong giai đoạn 2016 – 2017 là khoảng 13.000 thiết bị bay; tới năm 2021 con số này đã lên hơn 160.000 (tăng hơn 10 lần) với tổng diện tích ứng dụng ước tính là gần 87 triệu hecta [3].

Tại Việt Nam, ngoài các flycam được sử dụng rộng rãi theo sở thích cá nhân (hobbyist drones), thì việc sử dụng drone trong nông nghiệp, chủ yếu là phun thuốc bảo vệ thực vật bắt đầu phổ biến  và thị trường dịch vụ drone phun thuốc ngày càng phát triển để đáp ứng xu hướng ngành nông nghiệp 4.0. Trong đó, đã có nhiều doanh nghiệp Việt đã đầu tư nghiên cứu và sản xuất thương mại sản phẩm drone “make in Việt Nam” như công ty MiSmart hiện đang cung cấp 3 dòng Drone nông nghiệp; Công ty cổ phần thiết bị bay Agridrone Việt Nam với 7 loại drone phun thuốc; Công ty cổ phần Dịch vụ Nông nghiệp MAJ đã cho ra mắt mẫu sản phẩm flycam TB01 và 2 dịch vụ drone hậu cần tháng 10/2022.

2. Phân loại drone

Drone thường được nhóm thành các loại như drone cho mục đích cá nhân (đồ chơi và sở thích); ứng dụng thương mại (quan sát trên không, hậu cần, v.v.) và ứng dụng quân sự (mục tiêu nhân tạo, trinh sát, chiến đấu). Có hai loại drone cơ bản: nhiều cánh quạt và cánh cố định. Drone cánh cố định chỉ  được sử dụng với số lượng hạn chế. Phạm vi và  độ cao lớn hơn drone cánh cố định chủ yếu phù hợp với các nhiệm vụ đặc biệt như đo đạc bản đồ và lập bản đồ mặt đất. Các tiêu chí bổ sung để phân loại drone bao gồm kích thước, trọng tải, tốc độ, độ bền, phạm vi, độ cao - và loại điều khiển. Tiêu chuẩn phân loại có thể khác nhau và được xác định bởi các cơ quan quản lý phù hợp với các tiêu chuẩn và quy định của từng quốc gia. ITU-R M.2171 có phân loại như sau:

Đối với UAS loại nhỏ (giới hạn 25 kg tương ứng với giới hạn cho máy bay mô hình mà không cần có sự chấp thuận về thiết kế) thường được phân loại drone dân dụng (non-professional UAS use) và chia thành nhiều loại nhỏ hơn, như Cơ quan An toàn Hàng không RU (EASA) quy định: UAS < 250 g; < 500 g; < 2 kg và < 25 kg.

3. Đặc tính kỹ thuật vô tuyến drone

Các drone được điều khiển hoạt động bay qua các kết nối vô tuyến với công nghệ như trải phổ nhẩy tần (FHSS / DSSS), hệ thống dịch vụ dẫn đường toàn cầu qua vệ tinh (GNSS), WiFi, Bluetooth, 5G/LTE [4]:

Chức năng và  đặc điểm phát xạ của các kênh vô tuyến của drone:

4. Kinh nghiệm quốc tế về quản lý drone

4.1. Quản lý về sử dụng, giám sát bay

Trên thế giới, việc quản lý đăng ký drone, cấp phép bay và cấp chứng chỉ vận hành drone được giao cho Bộ Cơ sở hạ tầng, Giao thông và Du lịch (Hàn Quốc, Nhật Bản); Cục Hàng không dân dụng (Trung Quốc, Indonesia, Mỹ, EU). Trong đó hầu hết các nước quy định các drone trên 250g đều phải được đăng ký và phải có giấy phép bay và chứng chỉ vận hành.

Về giám sát hoạt động bay drone, các cơ quan quản lý nhà nước về hàng không dân dụng, vận tải nói trên sẽ phối hợp với các cơ quan công an để giám sát hoạt động bay thiết bị drone thương mại. Kiểm soát tần số hoạt động drone dân dụng thuộc trách nhiệm của các cơ quan quản lý tần số như Trung tâm Kiểm soát vô tuyến điện quốc gia (SRMC) thuộc Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin và các cơ quan chức năng vô tuyến địa phương (Trung Quốc); Các Trung tâm Kiểm soát tần số vô tuyến điện thuộc Tổng cục Tài nguyên và Trang thiết bị Bưu điện và Công nghệ thông tin thuộc Bộ Truyền thông và Công nghệ thông tin (Indonesia) [5].

4.2. Quản lý về tần số sử dụng

Các nước Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, New Zealand và Thái Lan quy hoạch băng tần cho thiết bị drone hoạt động với giới hạn mức công suất phát quy định trong băng tần dành cho ISM (Industrial, Scientific and Medical), SRD (Short Range Device) và miễn giấy phép sử dụng tần số vô tuyến điện. Trong đó, Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc có thêm quy hoạch băng tần riêng cho UAS và phải có giấy phép sử dụng tần số [6].

Tại Liên minh Châu Âu (EU), việc sử dụng phổ biến nhất thiết bị UAS dân dụng tại băng tần quy hoạch miễn giấy phép cho thiết bị SRD sử dụng tần số 2400-2483,5MHz và 5725-5875 MHz, ngoài ra có thể sử dụng tại băng tần 433 MHz và 863-870 MHz hoặc 27 MHz, 35MHz và 40 MHz cho điều khiển mô hình theo điều kiện kỹ thuật quy định [7].

Phần lớn việc sử dụng UAS loại nhỏ của cá nhân phục vụ mục đích giải trí tại Mỹ sử dụng băng tần miễn cấp phép sử dụng tần số 5150-5350/ 5470-5725/ 5725-5825 MHz (Unlicensed National Information Infrastructure Device (U-NII) (47 CFR part 15, subpart E); cũng như cho các thiết bị điều khiển từ xa vô tuyến các mô hình bay tại các băng tần 26/27/72 MHz (47 CFR part 95, subpart C) [8].

5. Quản lý, sử dụng drone tại Việt Nam

Theo Pháp luật quy định [9], Bộ Quốc phòng thống nhất quản lý điều hành, giám sát bay đối với tàu bay không người lái và các phương tiện bay siêu nhẹ. Trong đó, Cục Tác chiến cấp phép bay. Cơ quan Phòng không thuộc các quân khu và Bộ Chỉ huy quân sự cấp tỉnh chịu trách nhiệm giám sát, kiểm tra khu vực hoạt động, việc chấp hành các quy định về tổ chức bay đối với tàu bay không người lái và các phương tiện bay siêu nhẹ trong vùng trời Việt Nam.

Bộ Thông tin và Truyền thông quy định [10] thiết bị Flycam (camera truyền hình, camera kỹ thuật số và camera ghi hình ảnh được gắn trên thiết bị bay), UAV/Drone (phương tiện bay được điều khiển từ xa, có thể tích hợp camera truyền hình, camera kỹ thuật số và camera ghi hình ảnh) sử dụng công nghệ điều khiển từ xa, truyền hình ảnh bằng sóng vô tuyến điều chế trải phổ trong băng tần 2,4 GHz/ 5GHz và có công suất EIRP từ 60 mW trở lên bắt buộc phải chứng nhận hợp quy và công bố hợp quy.

Thông tư số 8/2021/TT-BTTTT quy định thiết bị điều khiển từ xa vô tuyến; thiết bị truyền hình ảnh không dây hoạt động tại băng tần 2,4 GHz/ 5GHz, công suất phát xạ chính ≤ 100 mW EIRP được miễn giấy phép sử dụng tần số.

6. Giải pháp công nghệ, thiết bị kiểm soát phổ tần phát hiện hoạt động của drone

Drone thương mại chủ yếu sử dụng băng tần dung chung ISM 2.4 GHz và 5.8 GHz (> 90 %) và kỹ thuật điều chế trải phổ nhảy tần (FHSS)/ trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS) (> 80 %) cho kênh vô tuyến điều khiển đường lên (control and command uplink) và đo xa/ video đường xuống (telemetry/ video downlink) [11].

Do vậy, đối với thiết bị kiểm soát tần số truyền thống rất hạn chế trong việc phát hiện và nhận dạng được tín hiệu vô tuyến của drone thương mại bằng quan sát phổ tín hiệu, với 2 nguyên nhân: (1) Băng tần dung chung ISM 2.4 và 5.8 GHz có mật độ sử dụng cao và nhiều công nghệ vô tuyến cùng tồn tại, như WiFi, Bluetooth, điều khiển từ xa và cảnh báo từ xa; (2) FHSS thay đổi tần số sóng mang theo một chuỗi nhảy tần giả ngẫu nhiên trên dải tần rộng, có thể lên đến 80 MHz, trong khi đó DSSS trải phổ tín hiệu gần như nằm dưới nền nhiễu.

Giải pháp kiểm soát tần số tiên tiến cho drone có khả năng giám sát, phát hiện, định hướng định vị drone bay trên không và khối điều khiển từ xa dưới mặt đất với phạm vi tối đa 5 km tùy loại công suất của drone và có cấu hình sau [12]:

Phần cứng (ăng ten, máy thu định hướng) + Phần mềm (giao diện điều khiển, cơ sở dữ liệu mẫu tín hiệu các loại drone và thuật toán AI nhận dạng drone)

7. Kết luận

Thị trường drone phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây với dự báo phát triển mạnh mẽ nhất trong giai đoạn 2022-2027, cùng với đó là những mối nguy cơ tiềm ẩn gây mất an toàn, an ninh, hoạt động bất hợp pháp, tội phạm đòi hỏi yêu cầu phải quản lý và giám sát chặt chẽ hoạt động của thiết bị drone, đặc biệt trong đảm bảo an toàn, an ninh tại các sự kiện lớn thông qua công tác kiểm soát phổ tần nhằm phát hiện sớm, từ xa thiết bị drone.

                                                                                                                                 Trung tâm Tần số vô tuyến điện KV I

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Market Data Forecast: Reseach report Global UAV Drone Market 2022-2027 (11/2022)

[2]https://www.statista.com/statistics/1234658/worldwide-consumer-drone-unit-shipments/

[3] https://vneconomy.vn/chuan-hoa-quy-dinh-ung-dung-thiet-bi-bay-phun-thuoc-bao-ve-thuc-vat.htm

[4]https://www.itu.int/en/ITU-D/Regional-Presence/AsiaPacific/Pages/Events/2018/SMWE-China/Presentations.aspx

[5] APT report on spectrum monitoring technologies and measures on civilian use of very small UAS (3/2022)

[6] APT report on current and future usage of unmanned aircraft (7/2019)

[7] ECC Report 268 Technical and Regulatory Aspects and the Needs for Spectrum Regulation for Unmanned Aircraft System (2/2018); ERC Recommendation 70-03 Relating to the use of Short Range Devices (SRD) (update 10/2022)

[8] FCC Report on Section 374 of the FAA Reauthorization Act of 2018 (8/2020)

[9] Nghị định số 36/2008/NĐ-CP về quản lý tầu bay không người lái và các phương tiện bay siêu nhẹ;; Thông tư 35/2017/TT-BQP ngày 12/02/2017 của Bộ Quốc phòng; Quyết định 18/2020/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về việc thiết lập khu vực cấm bay, khu vực hạn chế bay đối với tàu bay không người lái và các phương tiện bay siêu nhẹ

[10] Thông tư số 2/2022/TT-BTTTT ngày 16/5/2022 Quy định Danh mục sản phẩm, hàng hóa có khả năng gây mất an toàn thuộc trách nhiệm quản lý của Bộ Thông tin và Truyền thông

[11]https://www.itu.int/en/ITU-D/Regional-Presence/AsiaPacific/Pages/Events/2018/SMWE-China/Presentations; R&S ARDONIS – Introduction Automatic Radio-controlled Drone Identification Solution

[12] (1) APT report on spectrum monitoring technologies and measures on civilian use of very small unmanned aircraft system (3/2022); (2)R&S ARDONIS – Introduction Automatic Radio-controlled Drone Identification Solution; (3) Beijing Boer Communications Technology Co., Ltd. Drone Detection and Countermeasure System; (4) Chengdu Huari Communication Technology Co., Ltd. Drone Detection and Jamming System (DDJS); (5) System Overview TCI Drone Detection and Geolocation