Основные методы обнаружения и глушения дронов (БПЛА)

    В современном мире использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) становится все более распространенным. Однако, при этом вместе с многочисленными преимуществами при их применении возникают и определенные проблемы, связанные с безопасностью и охраной объектов. Поэтому  защита объектов от БПЛА путём глушения сигнала становится все более востребованным и эффективным решением.

     Для начала остановимся на наиболее распространенных видах беспилотников.

     Виды беспилотников:

• Мультироторные беспилотные летательные аппараты (МБЛА) - это небольшие беспилотники с несколькими роторами (квадрокоптеры, гексакоптеры, октокоптеры и трикоптеры), которые обычно используются для выполнения задач наблюдения,  личных развлечений, также  для разведки, минирования, совершения диверсий и террористических актов. (рис. 1).

Рис. 1 Мультироторный дрон

• Беспилотные самолеты (дроны самолетного типа) - это беспилотные летательные аппараты, имеющие форму и конструкцию обычных самолетов. Они могут быть использованы для различных задач, включая мониторинг земли, выполнение аэрофотосъемки, контроль лесных пожаров и других зачастую не самых мирных целей, таких как разведка, ретрансляция сигналов и несение ракет и взрывчатки для уничтожения заданной цели (рис. 2).

Рис. 2 Дрон самолетного типа

Средства обнаружения беспилотников

     Средства обнаружения беспилотников играют важную роль в системах защиты от нежелательных воздушных аппаратов. В условиях, когда беспилотные летательные аппараты становятся все более доступными и распространенными, необходимо иметь эффективные средства их обнаружения для предотвращения возможных угроз.

     Основные средства обнаружения беспилотников:

1. Радары (РЛС)- используются для обнаружения летящих объектов по отраженному радиосигналу. Радиолокационные системы могут быть как активными (излучение происходит от самой системы), так и пассивными (система принимает отраженные сигналы). Эти системы способны обнаруживать беспилотники на больших расстояниях и определять их координаты с высокой точностью.

Рис. 4 Общий вид РЛС

     К недостаткам РЛС для гражданского пользователя следует отнести:

• требования к согласованию частот в месте установки;
• уязвимость к помехам от других систем, таких как радиомосты и прочие системы, работающие на частоте радара;
• дороговизна приобретения и потребность в обслуживании;
• требование к дополнительному каналу для визуальной идентификации цели;
• требование к наличию хорошей аналитики для отсечения стай птиц, автоматического регулирования чувствительности при осадках и т.д.;
• необходимость в наличии подготовленного оператора;
• погодозависимость при использовании сантиметрового и миллиметрового диапазона для обнаружения небольших БПЛА с эффективной площадью отражения в 0,01-0,03 м².
• ограничение по скорости цели в случае использования сканирующей РЛС на крутящемся основании;
• снижение вероятности обнаружения цели при небольших высотах (<300-500 м).

     Для компенсации части этих недостатков следует использовать радиолокационную станцию в качестве основной, но не единственной меры обнаружения дронов и беспилотников.

2. Оптико-электронные системы (ОЭС) - включают в себя камеры, тепловизоры и другие оптические датчики, которые могут обнаруживать беспилотники по их видимому или тепловому излучению. Это позволяет оперативно реагировать на угрозу и принять соответствующие меры для ее предотвращения. Оптическое наблюдение также может быть использовано для идентификации беспилотников, определения их типа и характеристик в случае наличия нейросетей или опытного оператора.

Рис. 5 ОЭС на поворотной платформе

     К недостаткам, если мы говорим об ОЭС на поворотной платформе, следует отнести:

• узкий угол обзора, который не охватывает всю панораму в 360 градусов;
• сильную погодозависимость, которая приводит к снижению дальности обнаружения в десятки раз в случае наличия тумана, снега или дождя;
•  возможность ведения только одной цели.

     Для борьбы с указанными проблемами следует установить либо несколько независимых ОЭС либо использовать системы кругового сканирования типа охлаждаемого или неохлаждаемого тепловизора кругового обзора, которые вращаются 1 раз в секунду на 360 градусов и генерируют и анализируют панорамные изображения.

Рис 6. Общий вид ОТКО

3. Системы радиоперехвата – это пассивные системы, которые могут обнаруживать дроны и оператора по каналу управления и передачи управляющего и видеосигналов. Их принцип работы заключается в наличии приёмных антенн, установленных по кругу и улавливающих частоты, на которых работают БПЛА. Указанный принцип радиопеленгации позволяет обнаруживать сектора работы нескольких целей, включая сам беспилотник и оператора.

     В продвинутых системах помимо обнаружения и указания спектра присутствует база данных известных БПЛА и спектр их работы, позволяющий системе не только определять частоты работы, но и классифицировать известные не модифицированные БПЛА по спектру их частот работы.

     Такие системы, как правило недорогие и быстроразвёртываемые. Из недостатков ко всем системам этого типа следует отнести возможность обнаружения пилотируемых оператором БПЛА, т.е. БПЛА, принимающие и излучающие радиосигнал, и не самую высокую помехозащищённость за счёт приёма, как правило, очень широкого спектра частот, например от 300МГц до 6 ГГц, в которых работают точки WiFi 2,4 и 5ГГц, спутниковые системы позиционирования и пр.

Рис 7. Общий вид системы радиоперехвата

4. Акустические системы - используются для обнаружения звуковых сигналов, создаваемых беспилотником или его моторами.

     Данные системы состоят из микрофонов, установленных по кругу и в основном не применяются в гражданских системах борьбы с беспилотниками, поскольку нацелены на выявление крупных БПЛА с шумными моторами внутреннего сгорания.

     К недостаткам данных систем, относится тот факт, что шумопеленгация в местах, где используются мопеды, мотоциклы и машины даёт существенную вероятность ложного срабатывания, а накопление данных об акустическом излучении дронов противника способен побороть небольшой глушитель на выходе из мотора беспилотника.

Рис 8. Акустические системы

5. Разведывательные дроны - специальные беспилотные летательные аппараты, предназначенные для обнаружения и сбора информации о других беспилотных аппаратах.

     Эти аппараты почти не используются в гражданском секторе, поскольку на значительной территории Российской Федерации на момент написания данной статьи полёты сильно ограничены или запрещены.

     Также выявление БПЛА разведывательными дронами применяется в основном для обнаружения крупных дронов самолётного типа, используемых противником на средних высотах.

Рис 9. Разведывательные дроны

6. Оптические комплексы пассивного обнаружения и пеленгации – это системы, разработанные совместно с АО «ТРАНЗАС Консалтинг», для пассивного обнаружения и пеленгации любых БПЛА на любой высоте полёта.

     Системы состоят из охлаждаемогого (ОТКО) или неохлаждаемого тепловизора кругового обзора (НТКО), и управляемых камер/тепловизоров, расставленных по тригонометрическим законам.

     При этом тепловизоры кругового обзора выявляют цель, а поворотные камеры и тепловизоры производят обнаружение дальности без излучения сигнала, что способствует скрытой работе системы. Трек цели прорисовывается одновременно обеими системами и сшивается в единый.

Выводы по системам обнаружения

     Наиболее эффективной защитой от БПЛА для гражданского применения является комплексное применение нескольких, работающих по разному принципу, средств обнаружения, например:

1. Радиолокационная станция и оптико-электронная система позволяют эффективно обнаруживать и идентифицировать цель, но имеют все недостатки, описанные выше. Из самых существенных следует отметить возможность ведения, записи действий и идентификации только 1 цели ОЭС, выход из строя всей системы при выходе из строя РЛС (из-за поломки, помех в работе от другого оборудования, слепых зон, низкого полёта, дождя, снега и пр.), плохая работа при низколетящих целях;
2. Радиолокационная станция и ОТКО/НТКО представляют собой два радара, один из которых классический, а второй оптический. Системы полностью дублируют работу друг друга и обнаруживают цель в 2 диапазонах.
3. Система радиоперехвата с оптико-электронная система это самый бюджетный вариант обнаружения БПЛА, однако он не способен обнаружить не излучающие радиосигнал цели и вести всего одну цель в оптическом спектре.
4. Система радиоперехвата и ОТКО/НТКО по сути представляют собой два радара, один из которых пассивный, а второй оптический. Системы дублируют работу друг друга и обнаруживают цель в 2 диапазонах, однако если БПЛА не имеет активного излучения (передача видео и команд управления), то системой радиоперехвата цель обнаружена не будет.
5. Чем больше систем, тем эффективнее их работа, однако следует помнить, что даже самые передовые средства обнаружения не являются гарантией полной защиты от беспилотников. Поэтому важно использовать комплексный подход к обеспечению безопасности, включающий не только обнаружение, но и предотвращение возможных актов незаконного вмешательства. Это может включать в себя использование средств активной защиты, таких как системы противодействия или перехвата БПЛА.

Глушение сигнала беспилотника 

     Глушение сигнала беспилотника является одним из наиболее эффективных методов защиты от потенциально опасного использования управляемых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Эта технология позволяет нейтрализовать действие беспилотников, блокируя их связь с оператором и препятствуя выполнению задач.

Для этого используют:

1. Систему радиочастотных помех для глушения канала управления и передачи видеоинформации;
2. Систему перехвата управления дрона;
3. Систему подмены спутниковых координат;
4. Систему глушения системы спутникового позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Beidou, Galileo и пр.).

Использование радиочастотных помех или средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ)

     Принцип глушения управляемого дрона построен на создания мощного радиопередатчика, который работает на частотах, используемых беспилотником для приёма команд управления, передачи данных о телеметрии и видеопотока и препятствует передачи и получению этих команд.

     Как правило, спектр работы таких систем находится в диапазоне 200-6000МГц, поскольку на этих частотах работают большинство известных гражданских дронов и часть военных БПЛА.

     Мощность сигнала, излучаемого гражданскими дронами, составляет до 400 мВ, а перешитыми дронами 2 Вт и более.

     Излучаемая помеха может иметь чёткую полосу излучения, быть направленной или распространяться в широком диапазоне и во всех направлениях (круговая помеха):

1. Направленная помеха, как правило, генерируется системой глушения на поворотно-наклонном основание и имеет в гражданском исполнении мощность излучения в 10-150Вт при усилении антенн в 4-20дБ и всего несколько каналов глушения из-за ограниченного веса и габаритов, которые можно разместить на поворотно-наклонной платформе. Из плюсов такого решения следует отметить, что оно глушит только цель, на которую наводится. Из минусов, как правило, следует иметь в виду, что такое решение неспособно работать на защиту от роя беспилотников и мощность глушения, как правило, не позволяет выходить на дальности глушения более 10 км от места излучения;

Рис. 10- Общий вид системы направленного глушения

2. Круговая постановка помех позволяет глушить все дроны/БПЛА в круговом диапазона и как на фиксированных выбранных каналах (например, канал 1 от 400 до 800 МГц, канал 2- 1200-1600МГц и пр.), так и на всех имеющихся. Необходимо помнить, что для определения выбора канала глушения необходима система радиоперехвата которая через программное обеспечение «сообщить» системе глушения какой из имеющихся каналов глушить. К минусам такой системы относится круговое глушение всех сигналов в определенном диапазоне, даже собственных и «полезных». К положительным особенностям – это возможность работы по рою беспилотников, а также высокая мощность глушения (за счет использования больших блоков стационарного исполнения) которые достигают 10-20 км в диаметре для гражданского исполнения.

Рис. 11. Общий вид системы кругового глушения

     Следует помнить, что постановка направленных помех работает всегда с наводящей системой, например, РЛС, который обнаруживает, ведет цель и наводит систему на цель.

     Постановка круговых помех может работать по требованию оператора при выходе из строя системы наведения и работать постоянно до восстановления работы системы наведения, однако, для этого решения желательно иметь связку “РЛС”-> «система радиоперехвата»-> программное обеспечение -> система глушения, поскольку это позволит глушить одну или несколько целей в обнаруженном частотном спектре и при этом сканировать другие цели и частоты.

Система перехвата управления дрона

     На сегодняшний день, большая часть гражданских БПЛА и продаваемых систем управления беспилотников и передачи видеоинформации с них имеют нешифрованные протоколы передачи данных, часть из которых имеют открытый или дешифрованный протокол.

     Эти факты позволяют производителям система глушения реализовать перехват управления БПЛА более мощным излучающим сигналом и обеспечить его посадку или отлёт от заданного места.

По умолчанию для этого задействуется пассивная система радиоперехвата, которая по спектру определяет тип дрона и его протокол управления.

После этого система ждёт либо указания оператора для начала посадки дрона, запрета влёта в определенную зону, отправки «домой» и пр., либо выполняет предписанные ей действия в заданной последовательности, например, попытаться посадить, а если не получится - заглушить.

     Посадка беспилотника - это самый безопасный вариант противодействия ему. Однако, надо понимать, что в большинстве случаев это возможно только на БПЛА со стандартным программным обеспечением, не переделанным под какую-либо определенную задачу и воспринимающему данные команды управления.

Система подмены и глушения спутниковых координат

Рис. 12. Система подмены координат ГНСС

     На практике, некоторые системы обнаружения и глушения дронов имеют функцию по передаче частот работы спутниковых систем позиционирования подменными координатами запрещённых для полёта зон, таких как аэропорты.

     Для этого в программном обеспечение задаются координаты желаемой зоны, определенной заранее и наземная антенна начинает вещание этих координат.

     Способ вещания, а также мощность вещания, завися от типа антенны/системы и по принципу очень похожи на системы глушения, описанные выше.

     Соответственно, вещание «подменных» координат идёт либо секторно с антенны на поворотном основание, либо в круговом секторе.

     Помимо подмены координат, системы с расширенным функционалом способны:

1. Привести дрон к падению, путём подмены высоты полёта;
2. Заставить дрон лететь на определенную точку или по определённой траектории (по кругу, зигзагом, восьмёркой и пр.).
3. Заставлять дрон потерять ориентацию в пространстве и реагировать неправильно на команды оператора, например, при нажатии «вперёд», дрон полетит вниз и назад.

     С целью глушения данные системы используют излучение подавляющего сигнала, например, белого шума для глушения GPS, ГЛОНАСС, Beidou, Galileo и прочих система глобального спутникового позиционирования.

Выводы по системам глушения и борьбы с беспилотниками

1. Для гражданского применения наиболее оправдано приобретение и использование направленной постановки помех, чтобы посадить беспилотник, не представляющий прямой террористической или военной угрозы.
2. Если защищаемый объект относится к критической инфраструктуре, возможен сценарий атак нескольких дронов, а также сброс или попадание дрона приведёт к критическим последствиям для объекта (возгорание резервуарного парка, взрыв особо опасных химических соединений и пр.), то желательно обеспечить установку нескольких направленных систем или одну круговую систему глушения.