СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ ОБНАРУЖЕНИЯ КАНАЛА УПРАВЛЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ НА ОХРАНЯЕМЫХ ОБЪЕКТАХ Российский патент 2024 года по МПК F41H11/02 

Изобретение относится к проверке и испытаниям радиолокационных средств противовоздушной обороны ближнего действия, малой и средней дальности и может быть использовано при создании и отработке систем обнаружения воздушных целей, в частности, беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Известно, что любой БПЛА имеет ряд демаскирующих его признаков, к которым относятся инфракрасные, акустические и радиочастотные сигнатуры (URL: https://uav-bpla.com/obnaruzhenie_bpla/: дата опубл.: 12.01.2023).

Известно, что Госкомиссия по радиочастотам выделила частоты в диапазоне 5,85-6,425 ГГц для беспилотных летательных устройств (URL: https://russiandrone.ru/news/v_rossii_vydelili_spetschastoty_dlya_bespilotnikov/; дата опубл.: 16.12.2021). В БПЛА по радиоканалу может осуществляться как управление БПЛА, так и сброс собранной информации.

Фактические диапазоны радиочастот могут отличаться от разрешенных, особенно, когда речь идет об использовании БПЛА в противозаконных целях, например, для совершения террористических актов. По данным (URL: https://www.podavitel.ru/na-kakikh-chastotakh-rabotayut-kvadrokoptery-i-drony.html; дата опубл.: 16.11.2017), БПЛА могут использовать для различных целей следующие частоты: Wi-Fi - от 2400 до 2500 МГц; GPS L1/Глонасс L1 - от 1570 до 1616 МГц; GPS L2 - от 1170 до 1280 МГц; 3G - 2110 до 2170 МГц; 5,2G - от 4900 до 5500 МГц; 5,8G - от 4900 до 6100 МГц; RC433 - 433 МГц. Теоретически могут использоваться любые диапазоны частот.

Для своевременного обнаружения БПЛА существуют многочисленные радиолокационные системы, системы выявления радиосигнала управления и перехвата акустичесих составляющих при полете БПЛА, например, Aaronia, RD1000, RD3000 и др. Постоянно происходит модернизация имеющихся и создание новых систем. Однако общей проблемой и неотъемлемым этапом создания новой техники были и остаются ее испытания для проверки и подтверждения соответствия техническим требованиям заказчика. Особенно это актуально на различных режимных объектах, объектах транспортной инфраструктуры и.т.д.

В качестве объекта могут выступать отдельно-стоящее здание, комплекс зданий, различные объекты инфраструктуры, определенная территория (обычно загороженная и охраняемая) и.т.д.

Известно, что возможно оцифровать все комплексные сигнатуры основных моделей аппаратов и создать единую базу данных. С ее помощью при осуществлении комплекса противодронных мероприятий можно быстро идентифицировать цели (URL: https://uav-bpla.com/obnaruzhenie_bpla/; дата опубл.: 12.01.2023). Использование единой базы данных по комплексным сигнатурам не только не исключает, но даже целесообразно при проведении натурных испытаний систем обнаружения воздушных целей.

Известен способ имитации беспилотного летательного аппарата для отработки системы наведения при проведении летных испытаний, при котором размещают имитатор беспилотного летательного аппарата на авиационном носителе, подключают бортовой разъем имитатора беспилотного летательного аппарата к аппаратуре носителя, подают питание на бортовой разъем имитатора беспилотного летательного аппарата, в момент начала эксперимента производят имитацию пуска, имитируют функционирование и токопотребление беспилотного летательного аппарата, записывают информационный обмен на внутреннее запоминающее устройство (пат. RU 2636430, опубл. 23.11.2017. Бюл № 33). По известному решению, полет авиационного носителя осуществляют по траектории, приближенной к заданной для беспилотного летательного аппарата с штатной работой системы самонаведения и инерциальной системы управления.

К недостаткам известного решения относится необходимость использования полетного носителя, что создает дополнительные помехи для обнаружения БПЛА по инфракрасным, акустическим и радиочастотным сигнатурам.

Известен способ, применяемый проверки и испытаний средств противовоздушной обороны, осуществляемый с помощью системы, содержащей воздушную цель в виде БПЛА, имеющего изменяемый характерный параметр и устройство управления, радиолокационную станцию обнаружения и станцию захвата и сопровождения цели, устройство регистрации параметров обнаружения и сопровождения цели (пат.RU 109870, опубл. 27.10.2011 Бюл. № 30). По известному решению, изменяемым характерным параметром БПЛА является эффективная площадь рассеивания.

К недостаткам известного решения относится невозможность изменения характерного параметра БПЛА в воздухе: по известному решению, изменение эффективной площади рассеивания достигается только перед очередным полетом (испытаниями) поочередной установкой сменных аттестованных уголковых отражателей требуемого значения.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ имитации эхосигналов движущейся цели в зоне обнаружения тестируемой радиолокаторной станции (РЛС), включающий использование имитатора воздушной цели, установленного на БПЛА (пат.RU 2776663, опубл. 22.07.2022. Бюл. № 21). По известному решению, имитатор воздушной цели принимает зондирующие сигналы тестируемой РЛС, обрабатывает их по заданному алгоритму и излучает с поляризацией, соответствующей поляризации эхосигнала имитируемой цели, оснащенном пилотажно-навигационной системой, обеспечивающей его полет в дальней зоне антенны тестируемой РЛС с перемещениями за время полета в азимутально-угломестной плоскости, аналогичными перемещениям имитируемой цели, а по дальности и со скоростью - с уменьшенными в К раз значениями дальности и скорости полета имитируемой цели, где значение К выбирается, исходя из возможностей БПЛА по высоте и скорости его полета.

К недостаткам известного решения относится обработка тестирующих сигналов аппаратурой, установленной на борту БПЛА, имеющая неоправданную, по мнению заявителя, сложность в тех случаях, когда целью испытаний систем обнаружения воздушных целей является проверка собственно события обнаружения цели. Недостатком всех заявленных прототипов является то, что представленные системы не могут испытать возможность выявления канала управления БПЛА/канала сброса данных, если он осуществляется по радиоканалу.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание способа испытания систем обнаружения канала управления и/или канала сброса данных беспилотных летательных аппаратов на охраняемых объектах, не требующего какой-либо обработки зондирующих сигналов РЛС.

Техническим результатом осуществления предлагаемого изобретения является создание эффективного способа испытания (проверки) систем обнаружения беспилотных летательных аппаратов по излучению радиоканала на охраняемых объектах. Способ может быть использован как для испытания вновь разворачиваемых систем противодействия БПЛА, так и проверки эффективности уже развернутых систем.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет использования при испытаниях систем обнаружения беспилотных летательных аппаратов в качестве имитатора воздушной цели широкополосного излучателя радиочастот, установленного на авиационном носителе, функции которого выполняет БПЛА, управляемого устройством управления БПЛА и при чем параметры излучаемых сигналов задаются устройством управления БПЛА перед или во время полета БПЛА, БПЛА производит полет по различным направлениям на различных высотах по отношению к охраняемому объекту, иммитируя выполнение различных задач, и сравнивая данные, полученные от систем обнаружения БПЛА о выявленном сигнале - уровне, частоте, временном интервале, а также уровень сигнала, частоте и местоположения БПЛА в выявленные временные промежутки, делается вывод о возможностях системы обнаружения БПЛА (смог/не смог выявить определенные частоты, на каком расстоянии от объекта выявляется БПЛА, в каких направлениях и. т.д).

При этом диапазон выбирается соответствующий диапазону управления БПЛА и/или сброса собранной информации с борта БПЛА по радиоканалу.

Исходя из открытых источников обычно для таких целей выбирают частоты в диапазоне от 433 до 6100 МГц.

Кроме этого, для большей эффективности проверки систем обнаружения канала управления и/или сброса информации по радиоканалу БПЛА:

передача радиосигнала может осуществляться с такой же мощностью как передача по каналу управления реальной модели БПЛА, для этих целей на определенных диапазонах (частотах) может быть осуществлена передача с мощностью соответствующей, выбираемой для конкретных моделей БПЛА (информация о таких мощностях может быть выяснена при испытаниях конкретных моделей).

Необходимо отметить, что радиоканал в БПЛА может использоваться в 2 случаях:

- Для осуществления канала управления (например, обратная связь для пульта управления);

- Для сброса на землю полученной информации (в основном, для видеоданных).

В качестве широкополосного излучателя может использоваться генератор радио шума. Такого как, например, генератор радиошума «Штора-4»¹.

- Штора -4 имеет следующие характеристики:

- Диапазон от 100 МГц до 2500 МГц

- Интегральная мощность 35 Вт (до 55 Дб в различных диапазонах)

- Вес 4 кг

- Габариты 220+135+35 мм

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Подготовительный этап испытаний включает:

1 Difcom.ru/component/k2/item/21/21.html

1) Выяснение частот и мощности различных реальных моделей БПЛА. Такие данные могут быть получены с помощью испытаний реальных моделей или из открытых источников (автора, проведя анализ данных из открытых источников, пришел к выводу, что чаще всего используется 8-9 наиболее популярных моделей).

Кроме того, такая информация может быть получена от производителей, служб безопасности объектов, которые ранее уже подвергались атакам. Для повышение эффективности противодействия подобным угрозам, желательно вести одну общую базу данных, в которой содержалась бы подобная информация.

При этом этот этап необязателен, так как на генераторе шума может задаваться усредненное значение (обычно мощность сигнала на пульте управления БПЛА не превышает 5-8 Вт).

При имитации с помощью генератора шума будет возможна проверка всех возможных каналов управления и сброса, ведь злоумышленник может использовать те частоты, которые не заявлялись производителем и не выявлялись ранее!

2) установку широкополосного излучателя радиочастот на БПЛА, выполняющий роль авиационного носителя. При этом информация о каких частотах, сигналах и мощности может задаваться как заранее, так и во время полета, тогда такое устройство подключается к устройству управления летательным аппаратом.

Кроме того, полет БПЛА может происходить по различным заданиям, имитируя основные угрозы от БПЛА для объекта:

1) Полет для совершения съемки территории объекта (может производиться на достаточно больших высотах в зависимости от технических возможностей моделей БПЛА и разрешения камеры, вплоть до 800-1000 метров на некоторых моделей.

2) Полет для сброса различных предметов на территории объекта (обычно проводится на меньших высотах чем в первом случае)

3) Врезание в какой-то предмет на территории объекта (подразумевает снижение до предельно-низких высот на конечном этапе)

Также полет БПЛА должен происходить по различным направлениям от охраняемого объекта.

Очевидно, что, например, с одной из сторон выявление БПЛА может быть намного эффективнее, чем с других.

Предлагаемый способ включает последовательное выполнение следующих этапов:

1. Запуск БПЛА

2. Выведение БПЛА в исходную точку. Исходная точка имеет заданные параметры, например, удаленность и высота.

3. Наведение БПЛА на требуемый полетный курс.

4. Подача имитатором сигналов с заданными параметрами

5. Обнаружение воздушной цели испытуемой системой.

6. Прекращение излучения сигнала имитатором воздушной цели.

7. Изменение курса БПЛА для вывода воздушного носителя в новую исходную точку.

8. Проверка полноты выполнения программы. При необходимости, повторение этапов 2, 3, 4, 5, 6, 7.

9. Посадка БПЛА с помощью устройства управления по окончании работ.

Под точкой, условно названной выше исходной, понимается точка, откуда, в соответствии с программой испытаний, БПЛА должен начать свое движение в заданной зоне работы системы обнаружения.

При этом, может быть выполнено осуществление сближение с объектом по определенной программе.

Так, например, при проведения испытания противодействию разведывательных дронов, будет осуществляться пролет на различных высотах. Необходимая проверка может осуществляться на различных эшелонах с подлетом с разных сторон объекта.

При проверке дрона-камикадзе пролет будет осуществляться с максимальным сближением с объектом в конечной точке (с разных сторон от объекта).

При этом скорости также могут регулироваться оператором.

Кроме того, БПЛА может осуществлять полет по определенному заданию, заложенному заранее. Для этих целей БПЛА снабжается модулем определения местоположения или для этих целей может использоваться системы инерциальной навигации на борту БПЛА.

Очевидно, что для эффективной проверки систем безопасности объекта, БПЛА с излучающей аппаратурой должен произвести облет объекта со всех сторон.

Схематично алгоритм одного из вариантов предлагаемого способа показан на фиг. 1.

Этапы 2, 3, 4, 5, 6, 7 могут иметь столько повторений, сколько предусмотрено конкретной программой испытаний, или не иметь их вовсе, если так предусмотрено программой.

В соответствии с программой испытаний, воздушная цель выполняет комплекс маневров, например, заходы на цель с разных курсов, на различной высоте, с имитацией различных радиошумов.

После завершения испытаний (или в режиме «реал тайм», тогда необходимо обеспечить постоянный обмен данными между системами выявления и БПЛА) делается вывод об эффективности работы проверяемой системы для обнаружения различных воздушных целей, например, БПЛА различных классов.

Для целей проверки может быть подготовлена карта пролета БПЛА (может создаваться с помощью программного обеспечения):

1) с указанием местоположения БПЛА в определенный временной интервал, уровня сигнала (мощности сигнала), излучаемых частот

2) такие же данные для сравнения могут получаться с систем противодействия БПЛА, которые разворачивают для защиты объекта, в которых также указывают временной интервал выявления, уровни и частоты сигналов, дополнительно, в случае тех. Возможностей, указываются возможные модели БПЛА и его местоположение (местоположение может определяться в случае наличия таких дополнительных средств как пеленгатор).

Данные с 1) и 2) пунктов сравнивается и делается вывод об эффективности работы систем выявления БПЛА (при этом сравнение данных может быть осуществлено и в режиме реального времени, в случае, если БПЛА совершает облет и излучение по известной заранее программе, закладываемой перед полетом):

- Возможности выявления (на каких дальностях, какие частоты, по каким направлениям);

- местоположения БПЛА, точности определения местоположения БПЛА (в случае технических возможностей системы)

При разработке единого ПО на имитаторе, размещенном на БПЛА и систем выявления, такие сравнения могут проходить в автоматическом режиме - на выходе может быть представлена, например, карта объекта с направлениями и эшелонами с указанием частот, которые наиболее уязвимы (не выявляются/выявляются на малых расстояниях и/или на определенных высотах) и/или наоборот выявляются с эффективно.

Эта информация может быть использована для совершенствования систем защиты от БПЛА на конкретном объекте (аудит объекта).

Применение относительно простого имитатора воздушных целей позволяет упростить процесс испытаний.

Технический результат по предложенному изобретению состоит в повышении безопасности населения.

Изобретение относится к способу испытания систем обнаружения канала управления беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) на охраняемых объектах. Для обнаружения канала управления устанавливают на беспилотный летательный аппарат, используемый в качестве имитатора воздушной цели, широкополосный излучатель радиочастот. Производят полет по различным направлениям и на разных высотах по отношению к охраняемому объекту, излучая частоты с различным диапазоном и уровнем сигналов, которые задаются или перед вылетом или во время полета. Сравнивают данные, полученные от систем обнаружения каналов управления беспилотных летательных аппаратов. Делают вывод о возможностях системы обнаружения БПЛА. Обеспечивается повышение эффективности и упрощение процесса испытания систем противодействия БПЛА. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ испытания систем обнаружения канала управления беспилотных летательных аппаратов на охраняемых объектах, включающий использование при испытаниях систем обнаружения беспилотных летательных аппаратов в качестве имитатора воздушной цели широкополосного излучателя радиочастот, установленного на авиационном носителе, функции которого выполняет беспилотный летательный аппарат, причем параметры для излучения - диапазоны частот, уровни излучаемых сигналов задаются перед и/или во время полета беспилотного летательного аппарата, а беспилотный летательный аппарат производит полет по различным направлениям на различных высотах по отношению к охраняемому объекту, имитируя выполнение различных задач, и сравнивая данные, полученные от систем обнаружения каналов управления беспилотных летательных аппаратов о выявленном сигнале - уровне, частоте, временном интервале, а также уровне сигнала, частоте и местоположении БПЛА в выявленные временные промежутки, делается вывод о возможностях системы обнаружения БПЛА.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мощность излучаемого радиосигнала на различных частотах может отличаться.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве широкополосного излучателя радиочастот используется генератор шума.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что БПЛА производит полет по заранее заложенной программе.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частоты излучения и мощность, излучаемые имитатором воздушной цели, задаются перед полетом.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что имитация осуществляется с такой же мощностью, что и при передаче по каналу управления реальных моделей БПЛА.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что имитируют сигнал сброса информации с борта БПЛА.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что широкополосный излучатель передает радиосигнал во всем выбранном диапазоне постоянно.