Способ выявления факта передачи данных с летательного аппарата через спутниковый ретранслятор Российский патент 2024 года по МПК G01S7/38 H04K3/00 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для противодействия летательным, в том числе беспилотным летательным аппаратам, управляемых и/или сбрасываемых информация и/или др. через спутниковый канал связи (далее в основном речь пойдет о противодействии БПЛА, как наиболее вероятном транспортном средстве, которому предстоит противодействовать, но это не исключает возможность противодействия и другим видам летательным аппаратам).

Далее будут использованы следующие термины и сокращения:

БПЛА, беспилотник, дрон - беспилотный летательный аппарат,

ГНСС - глобальная навигационная спутниковая система,

ЛА - летательный аппарат,

пункт управления БПЛА - место нахождения сил и средств, обеспечивающих выполнение программы полета БПЛА, а также место нахождения приемников информации, передаваемой с борта БПЛА.

РЭБ - радиоэлектронная борьба,

целевая зона - область нахождения объектов (целей) подавления в рамках РЭБ.

В контексте настоящей заявки, как синонимы, будут использованы термины «аппаратный комплекс РЭБ» и «источник помех».

Известно, что БПЛА широко применяются не только в гражданских целях -например, для контроля дорожной ситуации, в пожарной охране, для аэрофотосъемки. Результаты традиционных наземных наблюдений по многим параметрам уступают данным аэрофотосъемки, полученным с беспилотника: скорость получения, точность, стоимость (URL: https://docs.geoscan.aero/ru/master/database/base-module/sphere/sphere.html (опубл.: 28.08.2020)). Дроны могут использоваться для слежки за определенными объектами; они полезны для сбора и передачи информации в реальном времени об объекте. (URL: https.//cyberleninka.ru/article/n/metody-protivodeystviya-razvedke-s-ispolzovaniem-malogabaritnyh-bespilotnyh-letatelnyh-apparatov (дата опубл.: 21.04.2022)).

Особенно опасны БПЛА, управляемые и/или передающие информацию (в т.ч. изображение и/или видео и/или телеметрию и др.) через спутниковый канал. Такие БПЛА практически неограниченны по высоте полета, месту и др. При этом по прогнозам аналитиков количество таких БПЛА будет увеличиваться с каждым годом (URL: https://dzen.ru/a/ZlndHWlBgnT5N-Ne).

Известно, что одним из наиболее эффективных и скрытных методов противодействия БПЛА является применение средств РЭБ с целью перехвата управления БПЛА, постановки помех в работе бортовой электроники и манипулирование протоколами связи БПЛА. Особенность состоит в том, что оператор должен проводить семантический многофакторный анализ условий обстановки и иметь широкий спектр программных инструментов по длительному противоборству БПЛА. Манипулирование протоколами связи БПЛА (так называемый, спуфинг) представляет собой разновидность РЭБ и подразумевает ряд способов воздействия на систему управления БПЛА. К ним относится получение доступа к управлению за счет взлома канала связи или подмены данных авторизации, переполнение интерфейса и канала данных для внедрения в тракт управления стороннего кода. Эксплуатация систем РЭБ подразумевает наличие сложного программно-аппаратного комплекса, что обусловлено высокими затратами. (Скиба В., Кузьмин А. Методы противодействия БПЛА // Арсенал Отечества. - 2021. - №6 (56)).

Известен способ противодействия выполнению задач БПЛА, включающий выстраивание вдоль границы контролируемой территории линии из множества поднятых в воздух аэростатов, прикрепленных тросами к земной поверхности (пат. RU 2497063, опубл. 27.10.2013. Бюл. №30). По известному решению, под аэростатами закрепляют специальные каркасы, между которыми натягивают проволочные заграждения из тонкой стальной прочной упругой запутанной проволоки, именуемые путанками, занимающими по высоте область порядка 10-20 метров. Тросы аэростатов закрепляют на земле с помощью контейнеров с редукторами, позволяющими по сигналам из пункта обработки информации и управления изменять высоту подъема аэростата путем наматывания-разматывания троса, заблаговременно располагают в подвесных контейнерах аэростатов средства радиолокационного и оптического обзора пространства. Высоту подъема аэростатов устанавливают таким образом, чтобы проволочные заграждения перекрывали высоту полета БПЛА-нарушителя, с периодичностью порядка суток или по команде оператора системы противодействия выполнению задач беспилотного летательного аппарата опускают аэростаты на землю и проверяют заграждения для изъятия захваченных запутавшихся БПЛА-нарушителей. Очевидно, что таким способом может происходить выявление БПЛА.

К недостаткам известного решения относится его низкая эффективность в отношении противодействия разведывательным БПЛА: известно, что дрон, летящий на высоте 500 м, имеет радиус видимости около 80 км (URL: https://cyberleninka.ru/article/n/metody-protivodeystviya-razvedke-s-ispolzovaniem-malogabaritnyh-bespilotnyh-letatelnyh-apparatov (дата опубл.: 21.04.2022)). Это означает, что БПЛА не обязательно преодолевать искусственный заградительный барьер, созданный, по известному решению, с использованием аэростатов для того, чтобы выполнить, например, аэрофотосъемку территории, по границе которой этот барьер установлен. Кроме того, в случае, если дрон управляется или передает информацию и др. с использованием спутникового канала, то он может быть практически неограничен по высоте и поэтому против него вышеприведенный способ с большой долей вероятности будет бесполезен.

Известен способ противодействия БПЛА, осуществляемый с помощью комплекса радиоэлектронной борьбы с беспилотными летательными аппаратами и включающий измерение пространственных координат БПЛА и направленное излучение помех в целевой зоне (пат. RU 2685509, опубл. 19.04.2019. Бюл. №11). По известному решению, целевой зоной является область пространства, в которой находится группа (в терминологии авторов известного решения - рой) малогабаритных беспилотных летательных аппаратов, то есть РЭБ ведут непосредственно с БПЛА. Формирование пространственных диаграмм излучения помех выполняют в соответствии с размером целевой зоны. Передающая антенна для осуществления известного способа выполнена многолучевой, состоящей из излучающей части и диаграммообразующего устройства с N входами, при этом N=A/Δβ где А - телесный угол, перекрывающий целевую зону на минимальной дальности радиоэлектронного подавления, Δβ - ширина луча, перекрывающего целевую зон на максимальной дальности радиоэлектронного подавления.

К недостаткам известного решения относится его неэффективность, связанная с существующими рисками несвоевременного обнаружения всех дронов, находящихся в заданном воздушном пространстве, управляемых с общего пункта управления и выполняющих различные маневры в рамках общей боевой задачи. На практике весьма вероятна ситуация, когда над охраняемым объектом будут запущены несколько групп (роев) БПЛА, из которых одна или несколько групп будут выполнять отвлекающий маневр в отношении комплекса РЭБ, а другие беспрепятственно выполнять боевую, в частности, разведывательную задачу. Кроме того, эффективное осуществление помех с земной поверхности против дронов, управляемых с помощью спутника будет весьма неэффективно, ведь вероятнее всего у таких БПЛА антенна для осуществления приема/передачи будет направлена вверх.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ по обнаружению объектов (патент на изобретение № 2331084), заключающийся в селекции объекта на удаленном фоне, заключающийся в приеме и формировании двух изображений в двух пространственно-разнесенных точках, а также одновременной регистрации сформированных цифровых изображений, отличающийся тем, что опорное и сравниваемое цифровое изображение регистрируют одномоментно для каждого пикселя изображения двумя идентичными видеосистемами на основе многоэлементных фотоприемников, которые предварительно фиксируют на небольшом по сравнению с удалением от предполагаемого места появления объекта расстоянии между собой параллельно друг другу в направлении на контролируемое пространство, а анализ изображений проводят при помощи определения величин смещения характерных фрагментов сравниваемого изображения с аналогичными фрагментами опорного при максимально возможном их совпадении в направлении параллактического смещения и последующего выявления селектируемых и фоновых объектов из полученных смещений.

К недостаткам известного решения относится повышенные требования к оптической системе, данная система не будет выявлять БПЛА на высоких эшелонах (в которых могут перемещаться БПЛА, управляемые со спутника), кроме того такая система не будет работать в условиях плохой видимости.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ФАКТА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С ЛЕТАЛЬНОГО АППАРАТА ЧЕРЕЗ СПУТНИКОВЫЙ РЕТРАНСЛЯТОР.

Техническим результатом осуществления предлагаемого изобретения является выявление факта появления летательного аппарата, передающего информацию с использованием спутникового ретранслятора в локальном районе, как следствие, повышение защищенности охраняемых объектов от летательных аппаратов, в том числе и от БПЛА (возможность предупредить о наличии опасности, для последующего = блокирования таких БПЛА посредствам РЭБ).

Достижение заявленного технического результата достигается за счет:

1) Размещения двух приемников для выявления радиосигнала в диапазоне возможной работы передачи БПЛА через спутниковый ретранслятор:

- один на земной поверхности;

- второй «над» (вертикальная проекция) первым приемником (с какой-то погрешностью, допускается отклонение от вертикали на несколько сотен метров).

При этом второй приемник размещается на летательном аппарате на высоте между наиболее вероятным эшелоном полета ЛА (БПЛА) и спутниковым ретранслятором.

2) Приемники производят обнаружение радиосигналов в диапазонах наиболее вероятных для передачи информации (управления и/или телеметрии и/или навигации и/или видеоинформации и др.) с БПЛА на спутниковый ретранслятор. Если такой информации о возможных диапазонах нет, то можно осуществлять выявление во всех возможных диапазонах (которые доступны приемникам по техническим характеристикам). Например, от 100 МГц до 8 ГГц. Например, подойдет приемник PR200 - Портативный приемник реального времени.

Обнаружение, анализ и локализация радиосигналов в диапазоне частот от 8 кГц до 8 ГГц.

Возможность измерений в диапазоне до 18 ГГц с помощью направленной СВЧ- антенны HF907DC с понижающим преобразователем.

Широкий набор инструментов для анализа в частотной и временной областях с полосой пропускания реального времени до 40 МГц.

Высокие радиотехнические характеристики оптимизированы для использования в условиях загруженного спектра за счет субоктавной преселекции и автоматической защиты от перегрузки.

Прибор оптимизирован для сложных полевых работ за счет минимизации размера, веса и энергопотребления.

Удобное, простое, интуитивно понятное управление с помощью предметно- ориентированного пользовательского интерфейса).

3) Полученная информация (время выявление, уровень принятого сигнала, частота, опционально др. техническая характеристика - например, вид модуляции (манипуляции) сравнивается на устройстве сравнения (может представлять собой персональный компьютер, ПЛИСе).

Предпочтительно проведение калибровки обоих приемников, то есть чувствительность приемников должна быть одинакова (уровень сигнала).

Сравнение может происходить следующим образом:

- полученная информация сразу поступает от 2 приемников на устройство сравнение;

- информация поступает от какого-то одного приемника на устройство сравнение, устройство сравнение дает команду выполнить замеры второму приемнику, а уже потом производит сравнение полученной информации (полученных в одно время).

Для более точной синхронизации по времени обоих приемников могут использоваться навигационные системы (например, GPS).

4) Полученная информация обрабатывается устройством сравнение по следующему алгоритму:

в случае отсутствия сигнала на первом (наземном) приемнике и присутствии сигнала на втором (который находится на летательном аппарате), делается вывод о возможной работе БПЛА, передающей информацию на спутниковый ретранслятор (очевидно, что у таких БПЛА антенна будет направлена вверх). При этом, несмотря на то, что антенна у таких БПЛА будет направлена вверх, существует вероятность, что радиосигнал с затуханием (из-за «заднего лепестка» антенны БПЛА) попадет на земную поверхность и будет принята приемником, находящемся на земле.

Очевидно, что уровень (от «заднего лепестка») сигнала, принятого приемником на земной поверхности, будет на порядок или даже несколько порядков меньше, чем уровень приемника, находящего на летательном аппарате.

Это должно учитываться при обработке принятой информации в устройстве сравнении.

При этом предпочтительнее нахождения летательного аппарата, на котором находится второй приемник на высоте от 1000 м. над уровнем моря (для наиболее эффективного противодействия таким БПЛА, приемник должен находиться между наиболее вероятной высотой (эшелоном) действия беспилотных летательных аппаратов (летальных аппаратов) и высотой орбиты искусственного спутника Земли, несущего упомянутый ретранслятор). Предпочтительным является размещение аппаратного приемника на дирижабле, аэростате или воздушном шаре (так как они недорогие, могут находиться в одном месте, могут находиться в воздухе сутками).

Приемник размещается на высоту более 1000 м, так как большинство бытовых БПЛА летают на высоте менее 1000 м (URL:// camera.ru/blogs/blog/vse-vyshe-i-vyshe-sravnenie-kvadrokopterov), при этом для противодействия большим БПЛА, высоты полета которых существенно выше, высота комплекса РЭБ должна быть увеличена, вплоть до 10 км).

Кроме того, для повышения эффективности предпочтительнее использовать направленные антенны, так, например, было бы оправдано использовать для антенны на ЛА, антенну направленную вниз, а для приемника на земной поверхности антенну, направленную вверх.

Осуществление изобретения

Над объектом, над которым возможно появление БПЛА, управляемого с использованием спутникового канала связи, размещают аэростат на высоте 1 км (предполагают, что БПЛА, которые будут использоваться в отношении данного объекта имеют высоту не более 1 км).

Второй приемник находится на земной поверхности примерно в вертикальной проекции от первого приемника (с некоторой погрешностью, так как аэростат, например, имеет отклонение в горизонтальной и вертикальной плоскости).

Оба приемника подсоединяются к устройству сравнения (может находиться как на ЛА, так и на земной поверхности).

Задается возможный диапазон работы (в случае если известна такая информация).

При выявлении в данном диапазоне работы приемником 1 и/или приемником 2 и/или обоими приемниками информации о радиосигнале, данная информация поступает на устройство сравнение.

Если приемник 1 (наземный) не выявил сигнал, а приемник 2 (размещен на ЛА) принял сигнал (или уровень сигнала на приемнике 2 на порядок или несколько порядков больше, чем на приемнике 1), то делается вывод о том, что возможно выявлена работа БПЛА (ЛА) передающего информацию через спутниковый канал связи.

Кроме того, для уменьшения вероятности «ложных срабатываний» устройство сравнение может давать команду для обнаружения радиосигнала на определенной частоте (например, приемник 1 выявил, а приемник 2 не выявил и тогда устройство сравнение дает команду приемнику 2 осуществить выявление сигнала на частоте, выявленной приемником 1, аналогичная ситуация в случае, когда приемник 2 выявил, а приемник 1 нет).

Изобретение относится к области радиотехники для противодействия беспилотным летательным аппаратам (БПЛА). Техническим результатом является выявление факта появления БПЛА в локальном районе, передающих информацию с использованием спутникового ретранслятора. Для этого предусмотрен способ противодействия БПЛА, использующим спутниковый канал для передачи информации, осуществляемый с помощью двух приемников, в котором один приемник размещается на летательном аппарате на высоте от 100 метров, а второй приемник размещается на земной поверхности, при этом приемники производят обнаружение радиосигналов в диапазонах, доступных по техническим характеристикам приемников, затем полученная от них информация сравнивается на устройстве сравнения и в случае, если сигнал на наземном приемнике отсутствует, а на втором приемнике, расположенном на летательном аппарате, присутствует или уровень сигнала на наземном приемнике меньше чем в 10 раз, чем на приемнике, расположенном на летательном аппарате, делается вывод о возможной работе БПЛА, передающих информацию на спутниковый ретранслятор. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ выявления факта передачи данных с летательного аппарата через спутниковый ретранслятор, осуществляемый с помощью двух приемников, при этом один приемник размещается на летательном аппарате на высоте от 1000 метров, а второй приемник размещается на земной поверхности, отличающийся тем, что приемники производят обнаружение радиосигналов в диапазонах, которые доступны по техническим характеристикам приемников, полученная информация сравнивается на устройстве сравнения и в случае, если сигнал на наземном приемнике отсутствует, а на втором приемнике, расположенном на летательном аппарате, присутствует или уровень сигнала на наземном приемнике меньше чем в 10 раз, чем на приемнике, расположенном на летательном аппарате, делается вывод о возможной работе БПЛА, передающего информацию на спутниковый ретранслятор.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве летательного аппарата используется дирижабль.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве летательного аппарата используется аэростат.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве летательного аппарата используется воздушный шар.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в наземном приемнике используется направленная вверх антенна.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приемник, расположенный на летательном аппарате, имеет антенну, направленную вниз.