Способ обнаружения работы каналов управления беспилотным летательным аппаратом Российский патент 2018 года по МПК H04K3/00 

Изобретение относится к аппаратуре радиоразведки техники радиоэлектронного подавления (РЭП) систем управления беспилотными летательными аппаратами (БЛА). Большое разнообразие БЛА использует систему управления БЛА, включающую навигационное обеспечение полетом и двухстороннюю связь между наземным пунктом управления (НПУ) и БЛА, в составе прямых каналов передачи телеметрической информации управления БЛА и обратных каналов передачи телеметрической информации состояния БЛА, а также разведывательной информации. Радиосвязь между НПУ и БЛА в условиях прямой видимости организуется по каналам непосредственной радиосвязи, а за пределами прямой видимости по каналам с использованием ретрансляторов.

Известен способ радиоподавления каналов связи [Патент RU 2104616 С1, 7 H04K 3/00], включающий прием сигналов источника излучения, определение его параметров и интенсивности источника сообщения на этой частоте, формирование структуры модулирующего напряжения, модуляцию сигнала возбудителя, усиление и излучение в эфир помеховых сигналов в соответствии с установленным распределением ресурса подавления (время излучения на одной частоте).

Недостатком способа является низкая эффективность подавления современных систем связи на основе частотного разноса каналов приема и передачи информации.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ радиоподавления каналов связи [Патент RU 2211538 С2, 7 H04K 3/00].

Способ-прототип включает многократный прием сигнала источника излучения на частоте канала синхронизации f_окс, определяют в каждом цикле приема номер мобильного абонента, с которым инициируется текущий сеанс связи, и значение частоты передачи мобильного абонента f_j, назначенной ему для проведения текущего сеанса связи и на которой излучается контрольный тональный сигнал, запоминают значение частоты передачи мобильного абонента, формируют сигнал управления режимом передачи помехового сигнала и структурой модулирующего напряжения для излучения помех, путем настройки помехового сигнала на частоту передачи мобильного абонента и модуляции этой частоты структурой модулирующего напряжения, после смены частоты передачи от базовой станции для указанного мобильного абонента дополнительно определяют текущее значение частоты и ширину спектра контрольного тонального сигнала, и в пределах цикла подавления излучают помеховый сигнал в полосе контрольного тонального сигнала j-го канала связи, выделенного для проведения текущего сеанса.

Способ эффективен для РЭП дуплексных каналов связи с известным частотным разносом (частотной подставкой), в данном случае мобильной телефонной связи.

Недостатком способа является неэффективность подавления современных каналов связи с неизвестным порядком обмена информации по каналам управления, используемых в системах управления БЛА, а обнаружение их затруднено.

Эффективное РЭП систем управления БЛА, включающее постановку помех или перехват управления БЛА, возможно по прямому каналу ПД, обнаружение работы которого ограничено прямой видимостью между НПУ и средством РЭП, узкой направленностью передающей антенны F₁(α,β) НПУ в обеих плоскостях, а также мерами помехозащищенности системы управления. Особенность системы управления БЛА в том, что их средства связи индивидуальные, которые могут использовать дуплексный, полудуплексный и защищенный порядок работы каналов. Дуплексный порядок работы каналов управления БЛА предусматривает одновременную передачу по прямым и обратным каналам, разнесенным по частоте (частотной подставке), полудуплексный - предусматривает передачу во временном интервале доступа (слоте) на одной частоте (частотах), последовательно по прямым и обратным каналам, защищенный - предусматривает резервную двухстороннюю связь, включающую дополнительный односторонний резервный прямой канал управления в другом диапазоне частот f_пр<<f_п и основной (действующий) обратный канал управления, при этом резервный и основной прямые каналы работают одновременно (дублируют).

Кроме того, средства связи БЛА работают в широком диапазоне частот (0,225-10 ГГц) с множественным доступом и различными методами расширения спектра - прямой последовательности, программной перестройки рабочей частоты (ППРЧ), переключения временных интервалов, следовательно, сигналы являются широкополосными и содержат от одной до десяти несущих (поднесущих) [Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004, стр. 734-818].

Радиоэлектронному подавлению предшествует поисковая радиоразведка, а в процессе радиоэлектронного подавления - контрольная радиоразведка с циклом алгоритма работы средства РЭП.

Техническим результатом способа является расширение класса подавляемых радиоэлектронных средств - системы управления БЛА по результатам обнаружения и вскрытия порядка обмена информации в каналах управления.

Технический результат достигается тем, что в известном способе многократно принимают сигнал обратного канала управления беспилотным летательным аппаратом, определяют его несущие частоты, огибающую спектра и временной интервал доступа, формируют копию узкополосной части спектра сигнала, задержанную на временной интервал доступа, выполняют периодическое зондирование прямого канала управления копией сигнала с линейным изменением несущих частот в предполагаемой полосе, вычисляют разность между несущими частотами зондирующего сигнала и сигнала обратного канала управления в момент их изменения, которая соответствует частотному разносу между прямым и обратным каналами управления, а изменения несущих частот сигнала обратного канала управления соответствуют шагу перестройки по частоте в условиях помех, по совокупности признаков полученных за период зондирования определяют порядок работы каналов управления: при наличии перестройки несущих частот сигнала обратного канала, частотного разноса между каналами управления и неограниченном времени доступа - дуплексный; при наличии перестройки несущих частот сигнала обратного канала, временных интервалов доступа и отсутствии частотного разноса между каналами управления - полудуплексный; при отсутствии перестройки несущих частот сигнала обратного канала - защищенный режим.

Сравнительный анализ показывает, что предложенный способ отличается от известного наличием новых действий по вскрытию порядка обмена информацией по каналам управления, путем зондирования прямого канала управления копией сигнала с линейным изменением несущей частоты в предполагаемой полосе и получения информации, достаточной для организации эффективного РЭП каналов управления БЛА.

При изучении других известных решений в данной области техники указанная совокупность признаков, отличающих изобретение от прототипа, не была выявлена, что указывает на «новизну» заявленного изобретения.

На фиг. 1 представлена схема определения каналов управления БЛА,

где: 1 - наземный пункт управления (НПУ);

2 - беспилотный летательный аппарат (БЛА);

3 - средство радиоэлектронного подавления (РЭП).

На фиг. 1 стрелками показаны направления передачи сигналов прямого, прямого резервного, обратного, каналов управления и зондирующего сигнала с индексами частот f_п, f_пр, f_о, f_з соответственно, знаком перекрестия обозначены фазовые центры антенн НПУ и БЛА.

На фиг. 2 представлены частотно-временные соотношения за период зондирования T_i прямого канала управления БЛА, значения t_iд и t_inд соответствуют моментам изменения несущих частот сигнала обратного канала управления, при дуплексном и полудуплексном порядке обмена информацией соответственно.

Многократный прием сигналов обратного канала управления БЛА, определение его несущих частот f_о, огибающей спектра S(f_о) и временного интервала доступа Т_д обеспечивается прямой видимостью между НПУ и средством РЭП и направленностью приемо-передающей антенны F₂(α, β) БЛА в обеих плоскостях, фиг. 1.

Прямой канал управления содержит телеметрическую информацию управления БЛА (узкополосный спектр), обратный канал управления содержит телеметрическую информацию параметров БЛА (узкополосный спектр) и разведывательную информацию - видео, радиолокационные изображения по стандартам цифрового телевидения - наземного DVD-T или спутникового DVD-S (широкополосный спектр).

Формирование копии сигнала телеметрии обратного канала управления заключается в выделении телеметрической информации (узкополосной части) в спектре сигнала обратного канала, подобной огибающей спектра сигнала прямого канала управления:

где: S(f_з) - огибающая спектра сигнала зондирования;

S^/(f_o) ∈ S(f_o) - копия огибающей узкополосной части спектра сигнала обратного канала управления, соответствующая сигналу телеметрии;

S(f_п) - огибающая спектра сигнала прямого канала управления;

≡ - символ эквивалентности.

Зондирование прямого канала управления копией сигнала обратного канала управления обосновывается их согласованностью, что энергетически важно для средств РЭП. Полоса зондирования прямого канала управления копией сигнала с линейным изменением несущей частоты определяется частотными ограничениями антенной системы БЛА - не более 10% [А.С. Лавров, Г.Б. Резников, Антенно-фидерные устройства, М., «Сов. Радио», 1974 г., стр. 33, 34]:

Скорость линейного частотного зондирования копией сигнала обратного канала управления в полосе частот Δf_з определяется периодом зондирования T_i, который соизмерим с временем реакции системы управления БЛА на потерю управления с учетом принятых технических мер помехозащищенности. Из опыта эксплуатации БЛА в диапазоне частот 4 ГГц время реакции системы управления БЛА на потерю управления с учетом принятых мер помехозащищенности составляет до 1 мин, при этом скорость линейного частотного зондирования должна составлять до 13 МГц/с.

Допускается симметричное линейное изменение частоты зондирования, начиная от первоначального значения частоты принятого сигнала обратного канала управления.

Организационно-технические мероприятия помехозащищенности системы управления БЛА предусматривают: переход на запасные частоты; использование сигналов с расширенным спектром (SPSP) до F_п=30 МГц; переход с медленной на быструю ППРЧ; набор высоты для установления связи; программный полет в исходную точку.

Зондирование прямого канала управления копией сигнала с линейным изменением несущей частоты (дискретно при наличии временных интервалов доступа) в предполагаемой полосе Δf_з выполняется периодически, до момента изменения несущей частоты f_зi-f_з(i+1)=Δf_i сигнала обратного канала управления, при этом фиксируется и вычисляется разность между несущими частотами зондирующего сигнала и сигнала обратного канала управления f_оi-f_зi=Δf_п, которая соответствует частотному разносу между прямым и обратным каналами управления, фиг. 2.

Порядок (режим) работы каналов управления БЛА определяется по совокупности признаков, полученных за период T_i зондирования прямого канала управления БЛА:

где i=1, 2, 3, … - порядковый номер цикла зондирования прямого канала управления БЛА;

f_oi-f_о(i+1)=Δf_i - изменение несущей частоты сигнала обратного канала управления, соответствующее шагу перестройки по частоте в условиях помех;

f_oi-f_зi=Δf_п - частотный разнос (подставка) между дуплексными каналами управления БЛА;

{Т_д}∈T_i - множество временных интервалов полудуплексного доступа к каналам управления БЛА, наблюдаемых за период T_i зондирования.

Вскрытие порядка обмена информацией по каналам управления БЛА, временной и частотной структуры сигнала достаточны для организации их эффективного РЭП.

Изобретение относится к технике радиоэлектронной борьбы и может быть использовано в аппаратуре радиоразведки техники радиоэлектронного подавления (РЭП) системы управления летательными аппаратами (БЛА). Эффективное РЭП БЛА, включающее постановку помех или перехват управления БЛА, возможно по прямому каналу управления, скрытность которого обеспечивается ограниченной прямой видимостью между наземным пунктом управления (НПУ) БЛА и средством РЭП, узкой направленностью передающей антенны НПУ в обеих плоскостях, а также мерами помехозащищенности системы управления. Радиоэлектронному подавлению предшествует поисковая радиоразведка, а в процессе радиоэлектронного подавления - контрольная радиоразведка с циклом алгоритма работы средства РЭП, в ходе которой определяется несущая частота, временная и частотная структура сигнала обратного канала управления, формируется копия телеметрического сигнала, соответствующая узкополосной части спектра сигнала обратного канала управления, выполняется зондирование копией сигнала с линейным изменением частоты в предполагаемой полосе до момента изменения частоты сигнала в обратном канале управления, при этом фиксируется значение частоты зондирующего сигнала, вычисляется разнос по частоте обратного и зондируемого сигналов и определяется порядок обмена информацией по каналам передачи данных. Технический результат – расширение класса подавляемых радиоэлектронных средств по результатам обнаружения и вскрытия порядка обмена информацией в каналах управления. 2 ил.

Способ обнаружения работы каналов управления беспилотным летательным аппаратом, включающий многократный прием сигнала источника излучения, отличающийся тем, что принимают сигнал обратного канала управления беспилотным летательным аппаратом, определяют его несущие частоты, огибающую спектра и временной интервал доступа, формируют копию узкополосной части спектра сигнала, задержанную на временной интервал доступа, выполняют периодическое зондирование прямого канала управления копией сигнала с линейным изменением несущих частот в предполагаемой полосе, вычисляют разность между несущими частотами зондирующего сигнала и сигнала обратного канала управления в момент их изменения, которая соответствует частотному разносу между прямым и обратным каналами управления, а изменения несущих частот сигнала обратного канала управления соответствуют шагу перестройки по частоте в условиях помех, по совокупности признаков, полученных за период зондирования, определяют порядок работы каналов управления: при наличии перестройки несущих частот сигнала обратного канала, частотного разноса между каналами управления и неограниченном времени доступа - дуплексный; при наличии перестройки несущих частот сигнала обратного канала, временных интервалов доступа и отсутствии частотного разноса между каналами управления - полудуплексный; при отсутствии перестройки несущих частот сигнала обратного канала - защищенный.