THE UAVs IN THE THEATRE OF [602901]

169
THE UAVs IN THE THEATRE OF
OPERATIONS AND THE MODERN
AIRSPACE SYSTEM UAV ÎN TEATRELE DE OPERA ȚII
ÎN CONDI ȚIILE SPA ȚIULUI
AERIAN MODERN

Vasile PRISACARIU
Transilvania University of Brasov, Romania

Abstract. The field of UAVs is continuously evolving
both in terms of constructive solutions and tasks t hat they
can accomplish. The success recorded by unmanned
aircraft in military operations has generated incre asing
interest in their use among the armed forces.
Technological advances offer leaders information be yond
real time visual range. The advances in optoelectro nics
and nanotechnologies as well as the perspective of using
smart materials enable the design of UAV projects a s
bold as possible. The current paper aims at present ing an
image of the unmanned air systems in terms of
capabilities and advantages of operating in the pre sent
conditions of the modern airspace, and the types of
sensors and existing equipment on board. Rezumat. Domeniul UAV este în continu ă expansiune atât
din punct de vedere al solu țiilor constructive, cât și a
misiunilor ce pot fi îndeplinite de acestea. Succes ele
înregistrate de aeronavele f ără pilot în opera țiile militare au
generat un interes crescând în rândul for țelor armate pentru
utilizarea acestora. Avansul tehnologic ofer ă liderilor
informa ții dincolo de raza vizual ă în timp real. Dezvoltarea
opto-electronicii, nanotehnologiilor și perspectiva utiliz ării
materialelor inteligente fac posibile realizarea de proiecte
UAV cât mai îndr ăzne țe. Lucrarea î și propune s ă prezinte o
imagine a sistemelor aeriene nepilotate, din punct de vedere
al capabilit ăților și avantajelor oper ării în condi țiile actuale
ale spa țiului aerian modern, și tipurile de senzori și
echipamente existente la bord.

Key words: unmanned aircraft, security, versatility,
sensors, sense and avoid Cuvinte cheie: aeronave f ără pilot, securitate,
versatilitate, senzori, „simte și evit ă”

1. Introduction
An UAV is defined as the aerial vehicle
without a pilot on board, which uses aerodynamic
forces to move along desired non-ballistic
trajectories, in a guided or self-controlled manner ,
and which carries payloads or combat loads.
The field of UAVs is continuously evolving
both in terms of constructive solutions and tasks
that they can accomplish. If in the beginning the
UAVs were exclusively used in the military, they
are currently widely used in civilian areas as well .
At present, aerial vehicles have become
indispensable in modern conflicts due to their
performance and potential in gathering information
as singular vectors or in cooperation with unmanned
terrestrial systems (MLV – military land vehicle ) [1].
According to specialized studies [2], European
Union and United States of America have allotted
financial resources and foresee significant
investments in unmanned air systems in the near
future (Figure 1). 1. Introducere
UAV se define ște ca fiind un vehicul aerian,
fără pilot uman la bord, care utilizeaz ă for țe
aerodinamice pentru mi șcare pe traiectorii dorite,
nonbalistice, în mod dirijat sau autocontrolat și care
transport ă sarcini utile sau înc ărc ături de lupt ă.
Domeniul UAV este în continu ă expansiune
atât din punct de vedere al solu țiilor constructive,
cât și a misiunilor ce pot fi îndeplinite de acestea.
Dac ă la început utilizarea UAV-urilor era exclusiv
militar ă, în prezent au o utilizare vast ă și în
domeniile civile. Actualmente vehiculele aeriene au
devenit indispensabile în conflictele moderne prin
performan țele și poten țialul în achizi ția de
informa ții, ca vectori singulari sau în combina ție cu
sisteme terestre nepilotate (MLV) [1].
Conform unor studii de specialitate [2],
Uniunea European ă și S.U.A. au alocat resurse
financiare și prognozeaz ă investi ții semnificative în
viitorul apropiat pe zona sistemelor aeriene f ără
pilot (figura 1).

Figure 1. Expenditure on military UAVs (Europe
and USA), 2007-2016
Figura 1. Cheltuieli privind UAV militare
(Europa și SUA), 2007-2016

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
170 The considerable development of specialized
markets in recent years has resulted in the followi ng
main classes of UAVS, as shown in Figure 2. Dezvoltarea cu o rat ă considerabil ă a pie țelor
de specialitate în ultimii ani a generat urm ătoarele
clase principale de UAV, conform figurii 2.

Figure 2. Main classes of UAVs [1]
Figura 2 Clasele principale de UAV [1]

The advances in optoelectronics and
nanotechnologies as well as the perspective of usin g
smart materials enable the design of UAV projects
as bold as possible. Operational unmanned air
systems are different in forms and modes of
operation, starting with the class of mini-UAVs and
ending with the UCAV (Figure 3) [3]. Dezvoltarea optoelectronicii, a nanotehnolo-
giilor și perspectiva utiliz ării materialelor
inteligente fac posibile realizarea de proiecte UAV
cât mai îndr ăzne țe. Sistemele aeriene nepilotate
opera ționale au forme și moduri de operare diferite
de la clasa miniUAV la UCAV (figura 3) [3].

a
b
c
d
Figure 3. Different UAVs: a.Aladin; b.Skylark; c.He rmes; d. GNAT
Figura 3. Diverse UAV: a.Aladin; b.Skylark; c.Herme s; d. GNAT

The use of UAVs will increase significantly in
the future because they offer the advantage of
eliminating the risk of losing the crew on board th e
aircraft. Technological advances give information t o
leaders beyond real time visual range, information
that can be one of the commander’s operational
instruments [4]. Utilizarea UAV va cre ște în mod considerabil
în viitor deoarece ofer ă avantajul elimin ării riscului
pierderii echipajului de la bordul aeronavei.
Avansul tehnologic ofer ă liderilor informa ții
dincolo de raza vizual ă în timp real, informa ții ce
pot fi unul din instrumentele de lucru ale
comandantului [4].

2. Missions and operation of UAVs
2.1. Missions of UAVs
Generally speaking, air vectors have six
missions (surveillance, detection, classification,
identification, tracking and neutralisation) that c an
be performed at different levels depending on
operational characteristics (Figure 4). Operational
characteristics are determined by the overall syste m
architecture, the systems distributed on board and
on the ground, the technical and tactical features of
the air vector (autonomy, speed, range, and ceiling )
and the type of sensors on board. 2. Misiunile și operarea UAV
2.1. Misiunile UAV
La nivel global vectorii aerieni au șase misiuni
(supraveghere, detectare, clasificare, identificare ,
urm ărire și neutralizare) ce pot fi îndeplinite la
diferite nivele în func ție de caracterisicile
opera ționale (figura 4). Caracteristicile opera ționale
sunt determinate de arhitectura sistemului în
ansamblu, de sistemele dispuse la bord și la sol, de
caracteristicile tehnico-tactice ale vectorului aer ian
(autonomie, viteza, raz ă de ac țiune, plafon maxim)
și de tipul senzorilor ambarca ți.

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
171

Figure 4. General and specific missions of UAVs [18 ]
Figura 4. Misiunile globale și punctuale ale UAV [18]

Three types of missions are specific to
unmanned air systems (UAS) in the theatre of
operations: ISR/RSTA (Intelligence, Surveillance,
Reconnaissance/Reconnaissance, Surveillance,
Target Acquisition), tactical and joint fire [5]. F or
example, operation Iraq Freedom benefited from the
services of several UAVs (Figure 5). În teatrele de opera ții, sistemelor aeriene f ără
pilot (UAS) le sunt specifice trei tipuri de misiun i:
ISR/RSTA (Intelligence, Surveillance,
Reconnaissance/Reconnaissance, Surveillance,
Target Acquisition), tactic și foc întrunit [5]. De
exemplu opera țiunea Iraq Freedom a beneficiat de
serviciile mai multor UAV (figura 5).

Figure 5. UAVs in operation Iraq Freedom
Figura 5. UAV în opera țiunea Iraq Freedom

2.2. Operating a UAV
Preparing and planning the mission consists in:
analysis of the mission to accomplish: intelligence ,
observation, tracking; analysis of the weather
conditions in the area of interest; analysis of
NOTAM (restricted zones and time allotted); the
actual verification and preparation of the UAV
system; training the pilots (internal-external) and
the data operators of the mission; introducing data
into the system; the actual performance of the
mission : operation of the vector in the areas of
interest, analysis, storing and real-time
interpretation of received data; preparing and
informing the intervention subunit regarding the
real data in the area of interest; recovery of the 2.2. Operarea unui UAV
Preg ătirea și planificarea misiunii ce cuprinde:
analiza misiunii de îndeplinit: cercetare, observar e,
urm ărire; analiza condi țiilor meteo pe zona de
interes; analiza NOTAM-urilor (zonele
restric ționate și timpul alocat); verificarea și
preg ătirea propriu-zis ă a sistemului UAV; instruirea
pilo ților (intern-extern) și operatorilor de date
asupra misiunii; introducerea datelor în sistem;
desf ăș urarea propriu-zis ă a misiunii: operarea
propriu-zis ă a vectorului în zonele de interes,
analiza, stocarea și interpretarea în timp real a
datelor recep ționate; preg ătirea, informarea
subunit ății de interven ție despre datele reale în zona
de interes; recuperarea UAV (aterizare sau

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
172 UAV (landing or recovery from a flight incident);
post-mission activities : maintenance of the vector
after the mission, mission, analysis and
interpretation of the data received and stored;
informing superior structures regarding the
performance of the mission; preparation of the
vector for transportation (Figure 6). recuperare în urma unui incident de zbor; activit ăți
dup ă misiune : mentenan ța vectorului dup ă misiune;
evaluarea misiunii, analiza și interpretarea a datelor
stocate recep ționate; informarea structurilor
superioare despre misiunea executat ă; preg ătirea
vectorului pentru transport (figura 6).

Figure 6. Stages in operating a UAV
Figura 6. Etapele oper ării unui UAV

The success of the mission depends on: the
weather conditions and operating restrictions
generated by relief and urban infrastructure; the
performance of the sensors used in data acquisition
(image, sound, temperature, contaminated atmos-
phere); the level of the equipment of the UAV
consisting in back-up and redundancy systems; the
level of training of operators and decision-makers;
the level of encryption of transmitted data; the ch oice
of flight trajectories for the mission; UAV recover y
systems (GPS, parachutes); the level of interoperab il-
ity with other responsible structures [15]. Succesul misiunilor depinde de: condi țiile
meteo și restric țiile de operare datorit ă reliefului și
infrastructurii urbane; performan ța senzorilor
utiliza ți în achizi ția de date (imagine, sunet,
temperaturi, atmosfer ă contaminat ă); gradul de
echipare a UAV cu sisteme back-up și redundante;
gradul de preg ătire a operatorilor și a factorilor
decizionali; nivelul de criptare a datelor transmis e;
alegerea traiectelor de zbor aferente misiunii;
sisteme de recuperare a UAV (localizator GPS,
para șute); gradul de interoperabilitate cu celelalte
structuri responsabile [15].

3. UAVs capabilities
3.1. Capabilities
The desirable capabilities of unmanned systems
are the following: ability to follow the map direct ions
and to assess the environment, accurate navigation;
speed of mission performance (speed of movement
of the air vectors and transfer speed, processing,
centralizing and disseminating information); radar,
magnetic, acoustic and minimal heat imprint; the
ability to operate in high risk areas; energy syste m
capable of supporting the propulsion and
consumption installations (sensors, on board
computer, communications, and neutralization);
reliability of the systems in hostile environments;
easy transport, launching and recovery (Figure 7). 3. Capabilit ățile și atributele UAV
3.1.Capabilit ăți
Capabilit ățile dezirabile pentru sisteme de tip
unmanned (nepilotate) sunt urm ătoarele: capacitatea
de a urm ări harta, de evaluare a mediului, naviga ție
exact ă; vitez ă de desf ăș urare a misiunii (viteza de
deplasare a vectorilor aerieni și viteza de transfer,
procesarea, centralizarea și diseminarea
informa ției); amprent ă radar, magnetic ă, acustic ă și
termic ă minimal ă; abilitate de a opera în zone de
risc; sistem energetic capabil s ă suporte consumul
instala țiilor de propulsie și de lupt ă (senzori,
computer ambarcat, comunica ții și neutralizare);
fiabilitatea sistemelor în medii ostile; transport,
lansare și recuperare facile (figura 7).

Figure 7. Capabilities of UAVs/UASs
Figura 7. Capabilit ățile UAV/UAS

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
173 3.2. Features of the unmanned automatic systems
(UAV/UAS)
Air vectors have a number of characteristics
which recommend them for use in civilian and
military areas (Figure 8) due to their high potenti al
in spite of their small size, flexible design and
efficiency compared to manned aircraft. 3.2. Atributele sistemelor automate nepilotate
(UAV/UAS)
Vectorii aerieni au o serie de atribute care îi
recomand ă pentru utilizarea în domenii civile și
militare (figura 8) datorit ă unui poten țial ridicat la
dimensiuni mici, design flexibil și eficien ță fa ță de
aeronavele cu pilot uman la bord.

Figure 8. Features of the UAVs/UASs
Figura 8. Atributele UAV/UAS

Persistence, penetrability, proximity.
Some unmanned systems are capable of
extensive autonomy, requiring breaks only for
refueling and maintenance [6].
The use of a series of technologies allows
persistence, for example: the effective engines and
the structure of air vectors can be designed regard less
of the human factor limitations; refuelling in the air
by means of unmanned tanks and the advanced
energy sources allow the increase of autonomy.
Integration and independence.
Unmanned systems operate in the networking
era, thus taking advantage of this technology. The
network-centric command, the control and the battle
management are important for the success of the
unmanned systems.
Versatility .
Unmanned systems offer a high degree of
versatility by being able to use multiple
combinations of sensors. In the future, each air
vector, regardless of its main mission, will also b e
capable of conducting secondary missions:
reconnaissance, weather data acquisition. At the
same time, they will be able to act as airborne
communication relays. Unmanned systems
adequately equipped may be capable of
autonomously locating, identifying, and nominating
potential targets. In certain circumstances armed
unmanned systems can provide low-cost and low-
risk alternatives to manned missions. They can
operate together with manned aircraft or other
unmanned aircraft, and can create damage to or put
pressure on the enemy by using kinetic and non-
kinetic weapons combinations. [13, 14].
Classes of payload for the UAV include
communications relays, and sensors as well as Persisten ță , penetrabilitate, proximitate.
Unele sisteme nepilotate sunt capabile de
autonomii extinse, necesitând pauze doar pentru
realimentare și mentenan ță [6].
Persisten ța este permis ă datorit ă utiliz ării unor
tehnologii utilizate, ca exemplu: motoarele eficien te
și structurile vectorilor aerieni pot fi proiectate f ără a
privi la limit ările factorului uman; realimentarea în
zbor, utilizând cisterne unmanned și surse avansate
de energie ce duc la cre șterea autonomiei de zbor.
Integrare și independen ță .
Sistemele fără pilot opereaz ă în era
networking-ului și prin urmare ele preiau avantajul
acestei tehnologii. Comanda net-centric ă, controlul
și managementul luptei este important pentru
succesul sistemelor nepilotate.
Versatilitate.
Sistemele fără pilot ofer ă un grad mare de
versatilitate prin posibilitatea de a utiliza multi ple
combina ții de senzori. In viitor fiecare vector aerian,
indiferent de misiunea primar ă alocat ă, este capabil și
de realizarea unor misiuni secundare: recunoa ștere,
achizi ție date meteo. Totodat ă, ele vor fi capabile de
a ac ționa ca relee aeropurtate de retransmisie pentru
comunica ții. Sistemele f ără pilot echipate în mod
adecvat pot fi capabile de localizarea, identificar ea și
nominalizarea țintelor poten țiale în mod autonom.
Sistemele fără pilot înarmate pot oferi misiunilor
manned, în câteva circumstan țe, alternative low-cost,
low-risk. Ele pot opera împreun ă cu aeronave
manned sau cu alte aeronave unmanned și pot crea
daune sau crea presiune asupra inamicului prin
utilizarea unei combina ții de arme cinetice și non-
cinetice [13, 14].
Categoriile de înc ărc ături ale UAV includ relee
de comunica ție, senzori, dar și reaprovizion ări

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
174 logistical supplies. Armament includes a few basic
types: traditional kinetic ammunition, non-kinetic
weapons (non-lethal weapons) and intelligence
operations loads. Flight characteristics of the UAV
are comparable to those of manned aircraft (Figure
9). logistice. Armamentul include câteva tipuri de baz ă:
muni ție cinetic ă tradi țional ă, arme non-cinetice
(arme non-letale) și înc ărc ături pentru opera țiuni de
informare. Caracteristicile de zbor ale UAV sunt
comparabile cu cele ale aeronavelor cu echipaj
uman la bord (figura 9).

Figure 9. Comparative diagram UAV of conventional a ircraft
Figura 9. Grafic comparativ ale UAV cu aeronavele c onven ționale

Here is a classification based on range and flight
ceiling [17]:
• handheld UAV –altitude of 600 m and range of 5
km, example: Carolo P50 (Figure 10a);
• close range UAV –altitude of 1500 m and range
of 10 km, example: Tracker (Figure 10b);
• NATO –altitude of 3000 m and range of 50 km,
example: Phoenix (Figure 10c);
• tactical (TUAV) –altitude of 5500 m and range of
160 km, example: Sperwer (Figure 10d);
• MALE (Medium Altitude, Long Endurance) – up
to 9000 m of altitude and 200 km of range,
example: Predator A (Figure 10e);
• HALE (High Altitude, Long Endurance) – over
9000 m of altitude and unlimited range, example:
Global Hawk (Figure 10f);
• HYPERSONIC – supersonic speed, over 15000 m
of altitude or suborbital altitude, and a range of
more than 200 km. O clasificare din punct de vedere a razei de
ac țiune și plafonului de zbor se d ă mai jos [17]:
• handheld UAV – altitudine 600 m și 5 km raz ă de
ac țiune, exemplu Carolo P50 (figura 10a);
• close range UAV – 1500 m altitudine și 10 km
raz ă de ac țiune, exemplu Tracker (figura 10b);
• NATO – 3000 m altitudine 50 km raza de ac țiune,
exemplu Phoenix (figura 10c);
• tactical (TUAV) – 5500 m altitudine 160 km raza
de ac țiune, exemplu Sperwer (figura 10d);
• MALE (Medium Altitude, Long Endurance) –
pân ă la 9000 m altitudine și 200 km raza de
ac țiune, exemplu Predator A (figura 10e);
• HALE (High Altitude, Long Endurance) – peste
9000 m altitudine și raza de ac țiune nelimitat ă,
exemplu Global Hawk (figura 10f);
• HYPERSONIC – vitez ă supersonic ă altitudine
peste 15000 m sau altitudine suborbital ă, cu o
raz ă de ac țiune peste 200 km [17].

a)
b)
c)
d)
e)
f)
Figure 10. UAVs
Figura 10. UAVs
a) Carolo P50, Germany; b) Tracker, France; c) Phoe nix, Great Britain; d) Sperwer, France; e) Predator A, USA; f) Global Hawk, USA

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
175 4. Sensors on board UAVs
The sensors equip modern UAVs and are the
most expensive component; for example the video
sensors on board MQ-1 Predator cost almost as
much as the aircraft and Global Hawk's sensor
package represent 54% of the total cost. The
demand of high accuracy sensors is increasing.
Therefore, the next step in terms of optical sensor s
is the identification of a person or the detection of
subtle changes on the battlefield which suggest
military activity. However, the increase in
performance also means an increase of cost. Since
the armed forces are the main client of cutting-edg e
technology, more drawbacks appear due to the high
risk environment in which these sensors are
operated, many UAVs flying at low and medium
altitudes being shot down by thermal missiles.
In the case of UAVs used in the military, it is
extremely important for transmitted data to be
edited in a standardized format in order to allow
quick and easy access to all forces. With the
development of technology and the emergence of
new high-accuracy sensors, the range of missions
that can be performed by UAVs is increasing as
well. The use of the synthetic radar for accurate
mapping of the land or the uses of optical sensors for
the detection of areas of recent human activity are
only a few of the missions of the new technologies. 4. Senzorii de la bordul UAV
Ace știa echipeaz ă UAV moderne și constituie
cea mai costisitoare component ă; de exemplu
senzorii video care echipeaz ă MQ-1 Predator au un
pre ț aproape la fel de mare ca și aeronava, iar
pachetul de senzorii de pe Global Hawk constituie
54% din costul total. Cererea pentru senzori cu
precizie tot mai ridicat ă. Urm ătorul pas în materie
de senzori optici este identificarea unei persoane
sau detectarea schimb ărilor subtile în teren care s ă
sugereze activitate militar ă. Odat ă cu cre șterea
performan țelor cre ște îns ă și costul. Armata fiind
principalul client pentru tehnologia de vârf
neajunsurile cresc deoarece mediul în care sunt
utiliza ți ace ști senzorii are un grad de risc ridicat,
multe dintre UAV ce zboar ă la în ălțimi mici și
medii fiind doborâte de rachete termice.
În cazul UAV utilizate în armat ă este extern de
important ca informa țiile transmise s ă fie editate
într-un format standardizat care s ă permit ă tuturor
categoriilor de for țe accesul rapid și u șor. Odat ă cu
dezvoltarea tehnologiei și apari ția noilor senzori cu
precizie ridicat ă, se extinde și gama misiunilor ce
pot fi îndeplinite de UAV. Folosirea radarului
sintetic pentru cartografierea precis ă a terenului sau
utilizarea senzorilor optici pentru detectarea zone lor
cu activitate uman ă recent ă sunt doar câteva dintre
misiunile noilor tehnologii.

4.1. Video / Electro-Optical / Infrared Sensors
(EO/IR)
Video / Electro-Optical / Infrared Sensors are
the most widespread category of sensors met with
all classes of UAVs, from micro-UAVs to aircraft
such as Global Hawk (figures 11 and 12). Their
accuracy generally varies in direct proportion to t heir
size. Video sensors can consist in one camcorder or a
set of cameras and electronic equipment which
work together. With the help of IR cameras, images
in low light can be captured or an image can be
created based on heat emission, [7, 19]. 4.1. Senzori Video / Electro-Optici / Infraro șu
(EO/IR)
EO/IR sunt cea mai r ăspândit ă gam ă de senzori,
întâlnindu-se la toate categoriile de UAV de la mic ro-
UAV la aeronave precum Global Hawk (figurile 11
și 12). În general precizia lor variaz ă direct propor-
țional cu dimensiunea. Senzorii video pot fi forma ți
dintr-o singur ă camer ă video sau dintr-un pachet de
camere și echipamente electronice care lucreaz ă
împreun ă. Cu ajutorul camerelor IR se pot înregistra
imagini în lumin ă redus ă sau se poate crea o imagine
bazat ă pe emisia de energie termic ă [7, 19].

Figure 11. FLIR auto-focus cameras
Figura 11. Camere automate FLIR Figure 12. Mini-cameras
Figura 12. Minicamere

4.2. Automatic pilot and flight control sensors
Another use of optical sensors is to provide data
for piloting the UAVs. For complete information 4.2. Senzori pentru pilot automat și control zbor
O alt ă utilitate a senzorilor optici este furnizarea
informa țiilor pentru pilotarea UAV. Pentru informa-

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
176 during the flight, the image transmitted by the
camcorder can be correlated with information taken
from the autopilot system. This information is
collected by pressure, temperature, and rotation
sensors (Figure 13). rea complet ă pe durata zborului imaginea transmis ă
de camera video poate fi corelat ă cu informa ții
preluate de la sistemul autopilot. Aceste informa ții
sunt preluate de senzori de presiune, temperatur ă,
tura ție (figura 13).

a)
b)
c)
d)
Figure 13. Sensors onboard UAV / Figura 13. S ensori de la bordul UAV
a) Rotation sensor; b) Electrical sensor; c) Speed s ensor; d) Thermocouple
a) senzor de rota ție; b) senzor electric; c) senzor de vitez ă; d) termocuplu

Just like in the case of the Head-Up display
used with fighter aircraft, the transmitted image
(Figure 14) contains additional information on: hea d
compass, speed, altitude, coordinates, battery
voltage, maximum flight duration, the engine
rotation speed, direction to the next via point [8] . Ca și la Head Up Display-ul utilizat la avioanele
de vân ătoare, peste imaginea transmis ă (figura 14)
sunt prezentate informa ții cu privire la: cap compas,
vitez ă, altitudine, coordonate, voltaj baterie, durata
maxim ă de zbor în acel regim, tura ția motorului,
direc ția spre urm ătorul punct intermediar [8].

Figure 14. Displayed information (OSD/FPV – on scre en display/first person visual)
Figura 14. Informa ții afi șate (OSD/FPV – on screen display/first person visua l)

4.3. “Sense and avoid” sensors
Special attention is paid to the collision
avoidance system for an optimal integration in the
modern airspace in compliance with flight security
standards [9].
To this end, collision avoidance systems have
been developed. They are capable of detecting
obstacles on the aircraft trajectory and to alter i ts
course. Such a system is composed of sensors and a
data processor. The sensors used in current systems
pertain to two categories: active and passive. An
example of passive sensors is the electrical-optica l
ones. This model is based on some camcorders
mounted on the front of the aircraft and placed in
such a manner as to cover a field of a few degrees in
azimuth and elevation (Figure 15). The
disadvantages of such a system are the short
distance of obstacle detection (about 150 m), the
weather conditions (ceiling) and the night flights. 4.3. Senzori “sense and avoid”
O aten ție deosebit ă se acord ă sistemului de
evitare a coliziunii pentru o integrare optim ă în
spa țiul aerian modern în condi țiile respect ării
standardelor de securitate a zborului [9].
În acest sens s-au dezvoltat sisteme de evitare a
coliziunii capabile de a detecta obstacole aflate p e
traiectoria aeronavei și de a modifica cursul acesteia.
Un astfel de sistem este compus din senzori și un
procesor care s ă prelucreze informa țiile. Senzorii
folosi ți în sistemele actuale sunt activi și pasivi. Un
exemplu de senzori pasivi sunt electo-optici. Acest
model se bazeaz ă pe existen ța unor camere video
montate în partea frontal ă a aeronavei și a șezate în
așa fel încât s ă acopere un câmp vizual de câteva
grade în azimut și eleva ție (figura 15). Dezavantajele
unui astfel de sistem este distan ța mic ă de detectare a
obstacolelor (aprox. 150 m), condi țiile meteo
(plafon) și zborurile nocturne.

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
177

Figure 15. “Sense and avoid” passive system
Figura 15. Sistem pasiv “sense and avoid”

Another model of a passive system is based on
the reception of IR signals produced by the heat of
the propulsion systems. It is similar to the one ba sed
on camcorders, but it makes use of IR cameras, thus
removing the disadvantages caused by the ceiling
and the light.
Active sensors include systems based on the
sonar principle. Another active system is based on
the Doppler radar using electromagnetic impulse.
The disadvantages of active systems are generated b y
the large weight of the transmitter and the receive r as
well as the high energy consumption [10]. Un alt model de sistem pasiv este bazat pe
recep ționarea semnalelor IR produse de c ăldura
emanat ă de sistemele de propulsie. Acesta se
aseam ănă cu cel bazat pe camere video, dar sunt
utilizate camere IR eliminându-se dezavantajele
cauzate de plafon și lumin ă.
În cadrul senzorilor activi avem sisteme bazate
pe principiul sonar. Un alt sistem activ este bazat pe
radarul Doppler bazat pe impuls electromagnetic.
Dezavantajele sistemelor active se datoreaz ă masei
mari a emi ță torului și receptorului, precum și
consumului mare de energie [10].

4.4. Synthetic radar
Synthetic aperture radar (SAR) is a type of
radar used to create images much larger than it
would be possible through conventional means,
Figure 16. 4.4. Radarul sintetic
Radarul cu apertur ă sintetic ă (SAR) este un tip
de radar utilizat pentru a crea imagini mult mai ma ri
decât ar fi posibil prin mijloace conven ționale,
figura 16.

Figure 16. Synthetic aperture radar [15]
Figura 16. Radar cu apertur ă sintetic ă [15]

The images created with the help of the
synthetic radar have an advantage over the images
obtained with the help of video equipment by the
fact that the created image is three-dimensional an d
can also present the difference between the densiti es
of objectives by comparing the intensity of the
reflected signal, Figure 17. Imaginile realizate cu ajutorul radarului sintetic
au un avantaj fa ță de imaginile ob ținute cu ajutorul
echipamentelor video prin faptul c ă imaginea creat ă
este tridimensional ă și poate prezenta și diferen ța
dintre densitatea obiectivelor prin compararea
intensit ății semnalului reflectat, figura 17.

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
178

Figure 17. Image taken by SAR, resolution 0.3 m, ra dius of 24.7 km [16]
Figura 17. Imagine prelevat ă de SAR, rezolu ția 0,3 m, raza 24,7 km [16]

4.5. Weather, biometric, and CBRN sensors
These sensors detect air composition [11] as
well as bacteriological, radioactive, and nuclear
emissions (Figure 18). 4.5. Senzori meteo, biometrici și CBRN
Sunt utiliza ți pentru detectarea compozi ției
aerului [11], emisiilor bacteriologice, radioactive și
nucleare (figura 18).

a)
b)
c)
d)
Figure 18. Biometric sensors și CBRN sensors / Figura 18. Senzori biometric i și CBRN
a) Carbon monoxide sensors; b) Dust sensor; c) IR te mperature sensor; d) Pressure sensor
a) senzor de monoxid de carbon; b) senzor de praf; c) senzor IR de IR temperatur ă; d) senzor de presiune

An example of a UAV platform is Falco which
is equipped with a thermal imaging camera, a laser
indicator, NBC sensors and two EO/IR sensors
(Figure 19). The radars used by Falco are synthetic
aperture radars (SAR), for maritime surveillance
(MSR) and for electronic self-defense measures
(MES). These radars capture images of the
battlefield even in unfavorable weather conditions
[12]. Un exemplu de platform ă UAV este Falco, care
este echipat ă cu o camer ă cu termoviziune, un
indicator cu laser, senzori NBC și doi senzori EO/IR
(figura 19). Radarele utilizate de c ătre Falco sunt cu
apertur ă sintetic ă (SAR), pentru supraveghere
maritim ă (MSR) și pentru m ăsuri electronice de
autoprotec ție (MES). Acestea capteaz ă imagini ale
câmpului de lupt ă chiar și în condi ții meteo
nefavorabile [12].

Figure 19. Falco – Galileo Avionics Pakistan, Selex Galileo sensor
Figura 19. Falco – Galileo Avionics Pakistan, cu se nzor Selex Galileo

4.6. Sensors for automatic systems onboard
A special category is represented by the sensors
for monitoring and control systems of aircraft
structures needed in specialized scientific activit ies.
They are the following: sensors that can monitor th e
functioning of the components or sub-assemblies in 4.6. Senzori pentru sisteme ambarcate automate
O categorie aparte sunt senzorii pentru
sistemele de monitorizare și control a structurilor de
aeronave necesare activit ăților știin țifice de profil.
Ace știa sunt: senzori ce pot monitoriza
comportamentul elementelor sau subansamblurilor

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
179 various flight stages (e.g. air elasticity, vibrati ons,
morphing for load-bearing surfaces), sensors for
robotic controls [11] (the automatic execution of
commands), see Figure 20. în diferite faze de zbor (ex. comportamentul
aeroelastic, vibra ții, morphing-ul suprafe țelor
portante), senzori pentru comenzi robotizate [11]
(execu ția automat ă a unor comenzi), figura 20.

a)
b)
c)
d)
e)
f)
Figure 20. Sensors for automatic systems / Fi gura 20. Senzori pentru sistemele automate
a) Bending sensor; b) Pressure sensor; c) Distance s ensor; d) Proximity sensor; e) Piezo sensor; f) Mic rophone
a) senzor de îndoire; b) senzor de presiune; c) sen zor de distan ță ; d) senzor de proximitate; e) senzor piezo; f) mic rofon

5. Conclusion
There is some interdependence between the
performance of sensors aboard UAVS and the
capabilities of unmanned air systems. Currently
some ground-based control stations (GCS) are
capable of controlling multiple UAVs from a single
location due to the equipment on the ground and on
board the UAVs. Future network architecture will
offer authorized users the possibility to control
multiple UAVs and/or to access the products
distributed by UAVs (Figure 21). 5. Concluzii
Exist ă o interdependen ță între performan țele
senzorilor de la bordul UAV și capabilit ățile
sistemelor aeriene nepilotate. În prezent unele sta ții
de control de la sol (GCS) sunt capabile s ă
controleze UAV multiple dintr-o singur ă loca ție,
datorit ă echipamentelor prezente la sol și la bordul
UAV. Viitoarea arhitectur ă de re țea le va oferi
utilizatorilor autoriza ți posibilitatea s ă controleze
UAV multiple și/sau s ă acceseze produsele
distribuite de UAV (figura 21).

Figure 21. Interoperability among the beneficiaries through communication systems
Figura 21. Interoperabilitatea între beneficiari pr in sistemele de comunica ții

The future belongs to the sensors on board
UAVs which will collect data at higher resolutions
proportional to the speed of information processing .
The most likely prospect is the use of network
architecture (swarm), in which each vector performs
autonomously. Shifting from point to point data
connections to network connections offers the
possibility of a growing number of users who can
have access to the data regarding the missions of t he
UAVs and the telemetry data. The input nodes of
the network can distribute streams of data to users . Viitorul este rezervat senzorilor utiliza ți la
bordul UAV, care vor achizi ționa informa ția la
rezolu ții superioare propor ționale cu viteza de
procesare a informa țiilor.
Perspectiva cea mai probabil ă este utilizarea
unei arhitecturi re țea (swarm), unde fiecare vector
ac ționeaz ă autonom. Trecerea de la conexiunile de
date punct cu punct la conexiunile de tip re țea ofer ă
posibilitatea unui num ăr tot mai mare de utilizatori
care pot avea acces la datele privind misiunile UAV
și la datele de telemetrie. Nodurile de intrare din

RECENT , Vol. 14, no. 3(39), November, 2013
180 In the future, the UAVs will be controlled
directly by the operator, the commands being
directly connected to his muscle tissues. In order to
see where the UAV is flying, the pilot will be
wearing a helmet or a pair of glasses which will
project the images recorded by the camera in the
nose of the UAV. Additionally, a vest connected to
the sensors on board the aircraft will tell the pil ot
about turbulence zones or overload limits. In other
words, the human operator from the ground will not
pilot the aircraft but will become one. re țele pot distribui fluxuri de date c ătre utilizatori.
În viitor UAV vor fi guvernate direct prin
mi șcările operatorului, comenzile fiind conectate
direct la țesutul muscular al acestuia. Pentru a vedea
pe unde zboar ă, pilotul va purta o casc ă sau pereche
de ochelari ce vor proiecta imaginile înregistrate de
camera din botul UAV. De asemenea, o vest ă
conectat ă la senzorii din aeronav ă va anun ța pilotul
asupra zonelor cu turbulen țe sau suprasarcinilor
limit ă. Cu alte cuvinte operatorul uman de la sol nu
va pilota aeronava, ci va deveni el însu și aeronav ă.

Acknowledgements
The current article benefited from the documentary support of “Transilvania” University of Bra șov and
“Henri Coand ă” Air Force Academy of Bra șov, Romania.

References
1. Paraschiv, C.V. (2013) Platform ă aerian ă autonom ă cu modul de lupt ă strategic – PAMLUS (Autonomous Air Platform with
Strategic Combat Module – PAMLUS). PNCDI Research Project. Available at: http ://mail.incas.ro/PNCDI2_Program4/81
025/index.html. Accessed: 2013-10-04
2. * * * (2007) Study Analyzing the Current Activities in the Field of UAV . European Commission, Enterprise and Industry
Directorate-General, ENTR/ 2007/65. Available at: h ttp://ec.europa.eu/enterprise/policies/security/fil es/uav_study_
element_2_en.pdf. Accessed: 2013-04-12
3. UAS Yearbook (2011) Unmanned aircraft systems – The Global Perspective 2011/2012 . Blyenburg & Co, ISSN 1967-1709,
Paris.
4. Isache, L. (2006) Avioanele f ără pilot uman la bord, tehnic ă de viitor pentru for țele armate (Unmanned Aerial Vehicles, Future
Technique for the Armed Forces ). Gândirea Militar ă Româneasc ă, ISSN 1454-0460, no. 6/2006, p. 108-117, Bucure ști,
România (in Romanian)
5. Știr, M. (2010) Angajarea sistemelor aeriene f ără pilot în ac țiunile militare (Engaging Unmanned Air Systems in Military
Operations ). Gândirea Militar ă Româneasc ă, ISSN 1454-0460, no. 6/2010, p. 24-41, Bucure ști, România (in Romanian)
6. Gundlach. J. (2012) Designing unmanned aircraft systems . AIAA Education, ISBN 978-1-60086-843-6, Virginia. USA
7. * * *: http://www.uavm.com/uavsubsystems/imaging datasensors.html. Accessed: 2012-12-18
8. * * *: http://www.eagletreesystems.com/Plane/pla ne.html. Accessed: 2013-01-18
9. Muraru, A. (2012) A Critical Analysis of Sense and Avoid Technologies for Modern UAVs . Advances in Mechanical Engineering,
ISSN 2160-0619, Vol. 2, no. 1 (March 2012), p. 23-2 9
10. Geyer, C., Singh, S., Chamberlain, L. (2008) Avoiding Collisions Between Aircraft: State of the A rt and Requirements for UAVs
operating in Civilian Airspace . CMU-RI-TR-08-03, Carnegie Mellon University, Pittsb urgh, Pennsylvania, USA
11. * * *: http://www.robofun.ro/senzori. Accessed: 2013-04-19
12. * * *: http://www.airforce-technology.com /proj ects/falco-uav. Accessed: 2013-02-12
13. * * *: The U.S. Air Force Remotely Piloted Aircraft and Un manned Aerial Vehicle – Strategic Vision, 2005, Available at:
www.dtic.mil/docs/citations/ADA495209
14. * * *: Report on Unmanned Aerial Vehicles in Perspective: Effects, Capabilities and Technologies . Air Force Scientific
Advisory Board, SAB-TR-03-01, 2003
15. Popescu, R.L. Implica țiile întrebuin ță rii sistemelor aerospa țiale f ără echipaj uman la bord asupra ac țiunilor militare
(Implications of the Use of Unmanned Air Systems in Military Operations ), 2011, PhD thesis, Bucure ști, România
16. Hensley, W.H., Doerry, A.W., A High Resolution, Light-Weight, Synthetic Aperture Radar for UAV Application . 45 th Annual
Tri-Service Radar Symposium, June 1999
17. Nehme, C.E., Cummings, M.I., Crandall, J.W. (2006) A UAV Mission Hierarchy . Massachusetts Institute Of Technology,
HAL2006-09
18. * * *: Strategia de securitate na țional ă a României . Available at: www.presidency.ro/static/ordine/SSN R/SSNR.pdf
19. * * *: Optics and optical instruments annual catalog – aut umn 2013 . Available at: www.edmundoptics.eu

Received in September 2013
(and revised form in November 2013) Lucrare primit ă în septembrie 2013
(și în form ă revizuit ă în noiembrie 2013)