Устройство обнаружения и определения азимутального положения БПЛА Российский патент 2025 года по МПК G01S13/88 G01S5/02 G01S7/38 G08G5/00 

Изобретение относится к средствам противодействия БПЛА, в частности к системам радиочастотного обнаружения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) любого размера и конфигурации и определения азимутального положения относительно устройства в независимости от времени суток и погодных условий, предназначается для своевременного предупреждения о появлении БПЛА или блоков управления ими с целью предотвращения несанкционированного их применения в зоне установки устройства.

К системам радиочастотного обнаружения предъявляются специальные требования: наличие возможности раннего обнаружения и минимизация ложного срабатывания.

Принцип действия систем радиочастотного обнаружения БПЛА основан на анализе диапазонов спектра частот, в которых обычно осуществляется их радиоуправление.

В качестве аналогов заявленного устройства можно выделить следующие устройства радиочастотного обнаружения БПЛА российского и зарубежного производства, отличающиеся техническими и эксплуатационными характеристиками.

Модуль обнаружения сигналов каналов управления и передачи данных БПЛА "Контур 02М" производства компании «Антидронтех» г. Санкт-Петербург [1]. Предназначен для обнаружения сигналов бортовых передатчиков канала управления и передачи данных БПЛА и передачи его координат и параметров движения другим системам, выполняющим задачи радиоподавления. Модуль обладает следующими недостатками: отсутствие режима противодействия БПЛА; не является портативным (требуется установка на опоре, габариты более 1 метра, вес более 10 кг, питание от стационарной сети 220 В).

Автоматическая система обнаружения и нейтрализации каналов управления и навигации БПЛА «Стриж-3» производства «НПФ Видар» г. Москва [2]. Предназначена для обнаружения БПЛА, передачи сигнала тревоги на пульт управления и сигнализации, блокирования каналов управления и навигации БПЛА. Система имеет следующие недостатки: питание от стационарной сети 220 В; не является портативной (требуется установка на опоре, габариты более 2 метров, вес более 60 кг); высокая стоимость.

Устройство обнаружения «Барьер РИ РЧД 1.0» производства ООО «Рубеж-Инжиниринг» г. Москва [3]. Представляет собой приемник радиосигналов БПЛА и состоит из антенны, непосредственно приемника, микроконтроллера и формирователя сигнала управления встроенными и внешними индикаторами. Устройство идентифицирует информационный сигнал обмена между БПЛА и пультом управления и формирует сигнал управления индикаторами, оповещающих о появлении в зоне обнаружения БПЛА, в ручном режиме формирует сигнал системе подавления БПЛА. Недостатками устройства являются: не идентифицирование информационного сигнала диапазона 5,8 ГГц; отсутствие режима противодействия БПЛА; выносные всенаправленная и направленная (пеленгационная) антенны; требует участия оператора в определении азимутального положения; ручное управление.

Ручной детектор обнаружения БПЛА «DroneDetect 1200» производства GloryAIR Китай [4]. Устройство предназначено для обнаружения, идентификации и заблаговременного оповещения с помощью звуковых и световых сигналов оператора о приближении БПЛА. Недостатками устройства являются: отсутствие режима противодействия БПЛА; выносные всенаправленная и направленная (пеленгационная) антенны; требует участия оператора в определении азимутального положения; ручное управление.

Портативный детектор БПЛА производства ООО «СпецТехКонсалтинг» г. Москва [5]. Устройство предназначено для обнаружения, идентификации и заблаговременного оповещения оператора с помощью звукового сигнала, и отображения информации на экране устройства о приближении БПЛА. Недостатками устройства являются: отсутствие режима противодействия БПЛА; требует участия оператора в определении азимутального положения; ручное управление.

Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является стационарный обнаружитель БПЛА без функции позиционирования ОД-711 «Око» производства ПК «Системы защиты» г. Екатеринбург [6]. Представляет собой радиочастотный сканер, предназначен для обнаружения каналов передачи видеосигнала и каналов управления любых БПЛА в диапазоне частот от 30 МГц до 6000 МГц и их точной идентификации, для этого в составе имеет 4 всенаправленные широкополосные приемные антенны, в совокупности перекрывающие данный диапазон частот. Может использоваться как в условиях плотной городской застройки, так и на пересеченной местности. Благодаря своему принципу работы не зависит от освещенности и погодных условий в отличие от акустических обнаружителей или обнаружителей, построенных на базе видеокамер или телевизионных систем. По эффективности обнаружения практически не уступает радарному комплексу, но при этом не создает какого-либо дополнительного излучения при работе. Имеет возможность: удаленного управления комплексом противодействия БПЛА посредством сети Internet; передавать сигнал тревоги на пульт управления и сигнализации о появлении в контролируемом радиусе БПЛА. Анализ принятого сигнала, принятие решения о наличии БПЛА, удаленное управление комплексом противодействия и системой оповещения (передача сигнала тревоги) осуществляется микроконтроллером.

Недостатками обнаружителя являются: отсутствие определения азимутального положения; отсутствие режима противодействия БПЛА; отсутствие встроенной системы оповещения о приближении БПЛА; отсутствие настройки и просмотра параметров с помощью смартфона; питание от стационарной сети 220 В; установка на опоре; вес более 15 кг; высокая стоимость.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание полностью автономного устройства обнаружения и оценки азимутального положения БПЛА относительно, компактного размера и небольшого веса, способного оповестить о критическом приближении БПЛА с помощью звуковой и индикаторной встроенной системы оповещения, с интуитивно понятным интерфейсом, возможностью подключения дополнительного автономного источника питания, возможностью настройки и просмотра параметров с помощью смартфона.

Технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве, выбранном в качестве ближайшего аналога, состоящем из приемных антенн и микроконтроллера, применены 7 широкополосных антенн с шириной диаграммы направленности (ДН) 60°, 6 из которых являются приемными, расположены по периметру устройства под углом 60° друг к другу и под углом 45° к плоскости основания устройства, позволяют определить азимутальное положение БПЛА относительно устройства, одна антенна расположена в верхней части устройства, излучение которой направлено вертикально вверх, позволяет реализовать «Режим противодействия БПЛА» при критическом приближении БПЛА; в качестве источника питания применен встроенный автономный источник питания - аккумулятор, предусмотрено подключение дополнительного внешнего источника питания через USB type-C разъем, который необходим так же для подключения смартфона, с помощью которого осуществляется настройка и просмотр параметров устройства; в качестве системы оповещения применены звуковой оповещатель, индикатор азимутального положения БПЛА относительно устройства и индикаторы уровня сигнала радиоуправления БПЛА в диапазонах частот 2,4 ГГц и 5,8 ГГц.

Дополнительно применены: ручка для переноски и съемные ножки для установки устройства. Все составные части оборудования устройства размещены в едином корпусе.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурами:

- фиг. 1 - структурная схема устройства обнаружения и определения азимутального расположения БПЛА относительно устройства.

- фиг. 2 - внешний вид устройства в «Рабочем режиме».

- фиг. 3 - внешний вид устройства в «Рабочем режиме», расположение модулей внутри устройства.

- фиг. 4 - внешний вид устройства в «Рабочем режиме», вид снизу.

Обозначение составных элементов устройства:

1…6 - широкополосные приемные антенны (фиг. 1, фиг. 2),

7 - антенный комутатор (фиг. 1, фиг. 3),

8 - диплексер (фиг. 1),

9 - приемник прямого усиления диапазона 2,4 ГГц (фиг. 1),

10 - приемник прямого усиления диапазона 5,8 ГГц (фиг. 1),

11, 12 - логарифмические детекторы (фиг. 1),

13 - модуль управления и отображения (фиг. 1),

14 - микроконтроллер (фиг. 1),

15 - блок индикации (фиг. 1, фиг. 4),

16 - индикатор отображения азимутального положения (фиг. 1),

17 - индикатор отображения уровня мощности сигнала в канале 2,4 ГГц (фиг. 1),

18 - индикатор отображения уровня мощности сигнала в канале 5,8 ГГц (фиг. 1),

19 - звуковой оповещатель (фиг.1, фиг. 4),

20 - генератор помеховых радиосигналов канала 2,4 ГГц (фиг. 1),

21 - генератор помеховых радиосигналов канала 5,8 ГГц (фиг. 1),

22 - диплексер (фиг. 1),

23 - широкополосная передающая антенна (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3),

24 - кнопка включения/выключения (фиг. 2, фиг. 4),

25 - ручка для переноски (фиг. 2),

26 - съемные ножки (фиг. 2, фиг. 4),

27 - внутренний источник питания (фиг. 3),

28 - USB type-C разъем для подключения внешнего источника питания и смартфона (фиг. 3, фиг. 4).

Заявленное устройство включает в себя шесть приемных антенн 1..6, выходы которых объединены антенным коммутатором 7; диплексер 8, разделяющий сигнал с выхода антенного коммутатора на два частотных диапазона; два приемника 9 и 10 прямого усиления диапазонов 2,4 ГТц (2,4…2,5 ГГц) и 5,8 ГТц (5,6…5,9 ГТц) соответственно, входы которых соединены с выходами диплексера 8, а выходы - с логарифмическими детекторами 11 и 12; модуль управления и отображения 13, состоящий из микроконтроллера 14 и блока индикации 15, состоящего из индикатора 16 отображения азимутального положения, индикатора 17 отображения уровня мощности сигнала в канале 2,4 ГГц, индикатора 18 отображения уровня мощности сигнала в канале 5,8 ГГц, звукового оповещателя 19; два генератора 20 и 21 помеховых радиосигналов диапаозонов 2,4 ГГц и 5,8 ГГц соответственно, выходы которых объеденены диплексером 22; передающую антенну 23; кнопку включения/выключения устройства 24; ручку для переноски 25; съемные ножки для установки на местности 26; внутренний источник питания 27; разъем 28 для подключения внешнего источника питания и смартфона (USB type-C).

Принцип действия заявленного устройства радиочастотного обнаружения БПЛА основан на анализе частотных диапазонов, в которых осуществляется управление БПЛА. Наиболее часто управление и передача данных БПЛА осуществляется при помощи радиообмена в диапазонах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы необходимо установить устройство на твердую поверхность на открытой местности (по возможности на возвышенности) блоком индикации 15, обращенным к оператору. Относительно данного положения устройства будет происходить определение азимутального положения БПЛА. Включить устройство кнопкой включения/выключения 24.

Настроить параметры устройства (яркость индикатора, громкость оповещения, порог и скважность включения модуля постановки помех) с помощью смартфона путем его подключения через кабель USB type-C и следуя инструкциям на экране.

Далее устройство начинает принимать сигналы радиоуправления «оператор-БПЛА» с шести направлений относительно положения устройства на местности с помощью шести приемных антенн 1…6. Сигналы с приемных антенн поступают на антенный коммутатор 7. Коммутатор поочередно подключает выход каждой приемной антенны к входу диплексера 8, который разделяет сигналы радиоуправления БПЛА на два канала частотных диапазонов 2,4 ГГц и 5,8 ГГц. Для этого выходы диплексера 8 соединены с соответствующими входами приемников 9 и 10 прямого усиления 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, после которых установлены логарифмические детекторы 11 и 12, в каждом частотном канале соответственно.

Продетектированные сигналы с выходов логарифмических детекторов двух каналов поступают в модуль управления и отображения 13 на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) микроконтроллера 14.

Микроконтроллер усредняет данные с каждого из шести направлений и среди них отбирает максимальное значение. Далее, в соответствии с максимальным значением по одному из шести направлений, на индикаторе 16 отображения азимутальных положений отображается стрелка, соответствующая данному направлению. В случае достижения уровня мощности продетектированного сигнала определенного значения, автоматически включается звуковой оповещатель 19, а на индикаторах 17 и 18 отображения уровня мощности сигнала (канал 2,4 ГТц) (канал 5,8 ГГц) отображается уровень мощности продетектированного сигнала в каждом из каналов заполнением соответствующей шкалы индикатора.

В том случае, если уровень мощности продетектированного сигнала в любом из каналов превысил половину шкалы индикатора и, одновременно, различие между уровнями мощности продетектированного сигнала шести приемных антенн составляет не более 15%, это является косвенным признаком расположения БПЛА над устройством или в опасной близости от него, автоматически включается «Режим противодействия БПЛА».

По команде с микроконтроллера 14 включается генератор помеховых радиосигналов в том частотном диапазоне, в котором наступили условия для включения «Режима противодействия БПЛА» 2,4 ГГц 20 и/или 5,8 ГГц 21. Далее сигналы с генераторов 20 и 21 помеховых сигналов объединяются в диплексере 22 и поступают в широкополосную передающую антенну 23, расположенную в верхней части устройства, излучение которой направленно вертикально. Сигнал помехи радиоуправлению БПЛА излучается в диапазоне частот 2,4 ГГц и/или 5,8 ГТц. Излучение сигнала помехи прерывается через определенное время для анализа текущей радиоэлектронной обстановки. В случае если уровни мощности продетектированного сигнала между шестью приемными антеннами существенно различаются, устройство переходит в штатный режим обнаружения сигналов радиоуправления БПЛА. «Режим противодействия БПЛА» может быть включен принудительно.

Для оповещения о критическом приближении БПЛА в состав устройства входят: звуковой оповещатель (громкоговоритель) 19, квадратный индикатор 16 азимутального положения относительно устройства, линейные индикаторы 17 и 18 уровня сигнала диапазонов 2,4 ГГц и 5,8 ГГц соответственно.

На индикаторе 16 отображается стрелка, показывающая шесть азимутальных положений БПЛА относительно устройства. При условии, что устройство расположено индикаторами к наблюдателю (примем данное положение устройства относительно наблюдателя строго на севере), индикатор будет показывать следующие положения:

«↓» - с севера (на наблюдателя);

«↑» - с юга (со спины наблюдателя);

- с северо-востока;

^_ с юго-запада;

- с северо-запада;

- с юго-востока.

На линейном индикаторе, по мере заполнения шкалы, отображается уровень мощности продетектированного радиосигнала управления и передачи данных БПЛА: верхняя линейка - канал 2,4 ГГц, нижняя линейка - канал 5,8 ГГц.

Для излучения сигналов помех радиоуправлению БПЛА в «Режиме противодействия БПЛА», находящемуся в определенном радиусе над устройством, в устройство встроены два генератора 20 и 21 помеховых радиосигналов на частотные диапазоны 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, сигналы с которых объединяются в диплексере 22 и излучаются с помощью широкополосной антенны 23 с шириной ДН 60°, расположенной в верхней части устройства.

Питание устройства осуществляется от внутреннего автономного источника питания 27 - аккумулятора (АКБ). Устройство имеет возможность работы и зарядки АКБ как от источника напряжения постоянного тока номинальным напряжением 12 В, так и от портативного зарядного устройства (powerbank), путем подключения через кабель USB type-C. Среднее время работы без включения «Режима противодействия БПЛА» от встроенной АКБ до 5 часов.

Все составные части устройства размещены в едином корпусе из полимерных материалов. Устройство оснащено ручкой для переноски 25 и съемными ножками 26 для устойчивой установки. Габариты устройства со сложенной ручкой: 394×384×190 мм (ширина/глубина/высота). Конструктивно предусмотрена возможность установки съемных ножек в корпус с помощью резьбового соединения конусного характера по формату бытовых принадлежностей (швабра, щетка и т.д.). Общий вес устройства в сборе составляет не более 6 кг.

Таким образом, устройство способно в автоматическом режиме своевременно обнаружить сигналы радиоуправления БПЛА, оценить его азимутальное положение относительно устройства, оповестить оператора с помощью звукового сигнала и отображения на индикаторе азимутального положения и уровня мощности сигнала о приближении БПЛА, а также прервать передачу сигнала его радиоуправления в определенном радиусе над устройством путем излучения помехового сигнала.

Особенности устройства обнаружения и определения азимутального положения БПЛА относительно устройства:

- надежность и стабильность работы, что обеспечивается использованием высококачественных компонентов и тщательной проверкой каждого устройства после изготовления;

- эффективность, быстрое и эффективное обнаружение БПЛА позволяет принимать своевременные меры по их обезвреживанию, что снижает риск непредсказуемых последствий, связанных с нарушением воздушного пространства, нанесением ущерба объектам инфраструктуры и населению;

- работа в двух частотных диапазонах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, что позволяет обнаруживать наиболее распространенные типы БПЛА;

- определение азимутального положения БПЛА относительно устройства;

- автоматическое включение «Режима противодействия БПЛА» при нахождении БПЛА над устройством;

- простота использования, быстро запускается одной кнопкой и работает в автоматическом режиме, кроме того, оператор может включить «Режим противодействия БПЛА» принудительно;

- настройка и просмотр параметров с помощью смартфона путем подключения его через кабель USB type-C;

- благодаря своей компактности и небольшому весу, устройство является переносным;

- стоимость ниже вышеприведенных аналогов, которая обусловлена простотой разработки.

При изучении известных устройств пассивного обнаружения и противодействия БПЛА, указанная совокупность признаков в одном устройстве, отличающих данное изобретение от аналогов, не была выявлена, что указывает на «новизну» заявленного изобретения.

Макет устройства обнаружения и определения азимутального положения БПЛА изготовлен и прошел тестирование на полигоне в условиях, близким к реальным, и получил подтверждение заявленных преимуществ.

Список литературы:

1. https://antidronetech.ru/contacts/

2. www.nppntt.ru

3. https://www.rub-in.ru/product/obnaruzhenie-bpla/

4. https://aliexpress.ru/item/1005005093385871.html?sku_id=12000031_631429586

5. https://pro-spec.ru/catalog/blokiratory-dronov-i-bla/portativnyi-detektor-bespilotnykh-letatel-nykh-apparatov

6. https://protectionsystem.ru/od711оkо

Изобретение относится к средствам противодействия БПЛА, в частности к системам радиочастотного обнаружения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и определения азимутального положения относительно устройства, предназначается для своевременного предупреждения о появлении БПЛА или блоков управления ими с целью предотвращения несанкционированного их применения в зоне установки устройства. Техническим результатом является создание полностью автономного устройства обнаружения и оценки азимутального положения БПЛА относительно компактного размера и небольшого веса, способного оповестить о критическом приближении БПЛА с помощью звуковой и индикаторной встроенной системы оповещения, с возможностью подключения дополнительного автономного источника питания, возможностью настройки и просмотра параметров с помощью смартфона. В заявленном устройстве, состоящем из приемных антенн и микроконтроллера, установлены 7 широкополосных антенн с шириной диаграммы направленности (ДН) 60°, 6 из которых являются приемными и расположены по периметру устройства под углом 60° друг к другу и под углом 45° к плоскости основания устройства. Приемные антенны позволяют определить азимутальное положение БПЛА относительно устройства. Одна антенна, расположенная в верхней части устройства, излучение которой направлено вертикально вверх, позволяет реализовать «Режим противодействия БПЛА» при критическом приближении БПЛА. В качестве источника питания использован встроенный аккумулятор. Устройство имеет USB type-C разъем, предназначенный для подключения дополнительного внешнего источника питания и для подключения смартфона, с помощью которого осуществляется настройка и просмотр параметров устройства. В качестве системы оповещения применены звуковой оповещатель, индикатор азимутального положения БПЛА относительно устройства и индикаторы уровня сигнала радиоуправления БПЛА в диапазонах частот 2,4 ГГц и 5,8 ГГц. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство обнаружения и определения азимутального положения БПЛА, состоящее из приемных антенн и микроконтроллера, отличающееся тем, что в состав включены 7 широкополосных антенн с шириной диаграммы направленности (ДН) 60°, 6 из которых являются приемными, расположены по периметру устройства под углом 60° друг к другу и под углом 45° к плоскости основания устройства, позволяющие определить азимутальное положение БПЛА относительно устройства, одна антенна расположена в верхней части устройства, излучение которой направлено вертикально вверх, позволяющая реализовать «Режим противодействия БПЛА», в качестве источника питания применен встроенный автономный источник питания - аккумулятор, предусмотрено подключение дополнительного внешнего источника питания через USB type-C разъем, который необходим также для подключения смартфона, с помощью которого осуществляется настройка и просмотр параметров устройства, в качестве системы оповещения применены звуковой оповещатель, индикатор азимутального положения БПЛА относительно устройства и индикаторы уровня сигнала радиоуправления БПЛА в диапазонах частот 2,4 ГГц и 5,8 ГГц.

2. Устройство обнаружения и определения азимутального положения БПЛА по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно применены ручка для переноски и съемные ножки для установки устройства.