Исраил 95REG (israil_95reg) wrote,
Исраил 95REG
israil_95reg

Categories:

По поводу БПЛА. БПЛА, как объект обнаружения и поражения. Часть 5

4. Малые БПЛА, как наиболее сложные объекты для противодействия

Проведенный анализ показал, что наиболее сложными в отношении противодействия являются малые БПЛА – малогабаритные и малоскоростные.

1.jpg

К дополнительными факторами, которые препятствуют эффективному противодействию таким БПЛА относятся:

1. использование высокоманевренных (например, "змейка") и "рванных"
(с периодическим зависанием или резким снижением скорости) режимов полета;
2. использование в конструкции БПЛА пластиковых и композиционных
материалов, слабо отражающих электромагнитное излучение (ЭМИ);
3. использование для управления БПЛА не выделенных КРУ на основе отдельных средств связи, а уже существующей связной инфраструктуры мобильных операторов связи и точек доступа Wi-Fi.

К малым БПЛА можно отнести (таблица 1):
1. нано БПЛА – массой менее 1 кг, продолжительностью полета менее 1 ч, высотой полета до 300 м, радиусом действия до 1 км;
2. микро БПЛА – массой до 10 кг, продолжительностью полета около 1 ч, высотой полета до 3 км, радиусом действия до 10 км;
3. мини БПЛА – массой до 50 кг, продолжительностью полета менее 4 ч, высотой полета до 3 км, радиусом действия до 40 км.

Применение малых БПЛА прочно вошло в тактику действий как воинских подразделений, так и террористических группировок. По своему назначению малые БПЛА подразделяются на разведывательные и ударные (последние только одноразового применения) с массой полезной нагрузки до 20 кг.

Малые тактические БПЛА в воинских подразделениях решают следующие основные задачи:
1. ведение воздушной разведки противника в реальном масштабе времени;
2. слежение за наиболее важными объектами (мобильными пунктами
управления, пусковыми установками ракетных формирований стратегического и оперативного предназначения и др.);
3. "подсветки" целей для средств поражения ВТО;
4. провоцирование расхода огневого ресурса и боеприпасов значимых средств поражения перед их атакой;
5. заброска средств поражения;
6. установка забрасываемых постановщиков помех (ЗПП);
7. корректировка огня артиллерии;
8. доставка экстренных грузов специального и медицинского назначения;
9. ретрансляция данных между бойцами и группами тактических подразделений, при их совместных действиях в городских условиях или в местности со сложным рельефом
9. отвлечение внимания на демонстрационные полеты БПЛА и др.

Террористические группировки и лица, ведущие противозаконную деятельность, применяют малые БПЛА для решения следующих задач:
1. доступа за периметр охраняемых объектов и ведение там наблюдения;
2. точечное уничтожение отдельных важных лиц;
3. заброска самодельных средств поражения;
4. нанесение повреждений объектам инфраструктуры и транспортным
средствам, зданиям, памятникам культуры и т.д.;
5. транспортировка запрещенных средств или их заброска на охраняемую территорию;
6. препятствование воздушному движению в аэропортах;
7. обмен сообщениями в условиях сохранения режима радиомолчания.

Образцы малоразмерных разведывательных БПЛА имеют взлетную массу от 2-3 кг (БПЛА "Пума", "Драгон Ай", "Скайлайт" и др.), до 15-30 кг ("Интегратор", "Луна Х-2000"). При этом полезная нагрузка этих БПЛА составляет от 0,2-0,4 до 2-3 кг, а радиус действия до 10-20 км. Эти БПЛА ведут оптикоэлектронную разведку (ОЭР) и находятся на вооружении штабных, мотопехотных (пехотных или танковых) батальонов, а также артиллерийских дивизионов механизированных (танковых, пехотных, воздушно-десантных или воздушно-штурмовых) бригад, дивизий и армейских корпусов. Они также применяются в составе армейской авиации и в силах специальных операций.

4.2. Краткая характеристика бортового оборудования малых БПЛА

В состав БПЛА входят следующие основные системы:
1. двигательная установка;
2. система управления;
3. система радиосвязи;
4. навигационная система.

В зависимости от перечня решаемых задач на борту БПЛА могут дополнительно устанавливаться следующие системы и устройства:
1. системы оптико-электронной, тепловизионной, радиолокационной, радио - и радиотехнической, радиационной, химической, бактериологической и других видов разведки с малогабаритным накопителем разведанных;
2. средства постановки активных радиоэлектронных помех;
3. устройства наведения и коррекции управляемого оружия ("подсветки" целей);
4. средства поражения, различных типов;
5. средства управления и связи с наземным пунктом управления;
6. ответчик системы госопознавания;
7. аппаратура автономного полета и автоматической посадки;
8. транспортные кассеты, отсеки, крепления и т.д.

4.2.1. Система управления

Система управления малыми БПЛА формируется на базе бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ), которые, как правило, управляются либо открытыми операционными системами (ОС), такими как Linux, Android и т.д., либо специализированными ОС реального времени, такими как QNX, VME, VxWorks, XOberon и т.д. В настоящее время получили широкое распространение схемотехнические решения, в которых БЦВМ, а также основные контролеры устройств выполнены на единой плате и упакованы в защитный корпус. При этом БЦВМ, представляет собой RISC микропроцессор, как правило, ARM архитектуры, а отдельные контролеры – микросхемы ПЛИС, которые могут запрограммированы с учетом особенностей функционирования конкретных образцов бортового РЭО.

4.2.2. Система радиосвязи

Для связи с БПЛА и высокоскоростной передачи с него телеметрии и данных на наземный пункт управления (ПУ) используется командная радиолиния управления (КРУ). Как правило, КРУ организуется в УКВ (220-400 МГц), L (1-2 ГГц), S (2-4 ГГц), C (3,4-8 ГГц) и X (7-10,7 МГц) диапазонах в пределах прямой видимости. Для связи на дальние расстояние могут использоваться БПЛА-ретрансляторы, а также средства спутниковой связи. У простых малых БПЛА в качестве каналообразующей аппаратуры КРУ могут использоваться средства доступа в сети мобильных операторов связи поколений 2G...4G (на частотах: 780-960, 925-960 МГц; 1,7-2,2, 2,5-2,7 ГГц), а также к сетям Wi-Fi (2,4-2,5, 5,15-5,35, 5,65-6,425 ГГц), WiMAX Mobile (2,3-13,5 ГГц) и LTE (0,79-0,87, 1,7-1,8, 2,5-2,7 ГГц).

Если команды управления по КРУ не поступают, то БПЛА переходит в режим автономного полета. В данном режиме БПЛА могут реализовывать как простые программы, типа «возвращение», "прямолинейный полет", "барражирование", так и более сложные программы автономного полета, основанные на заранее заложенных электронных картах местности и данных от навигационной системы.

Необходимость передачи больших объемов данных (прежде всего – видеоданных) в направлении БПЛА – ПУ, ограниченные возможности вычислительных средств на борту БПЛА, а также низкое быстродействие аппаратных средств криптографической защиты приводят к тому, что часть данных, передаваемых по КРУ, не шифруются. Довольно распространенным случаем является вариант, когда управляющие команды и телеметрия – шифруются, а передаваемые видеоданные, предназначенные оператору для визуального управления, и данные с бортовых средств разведки – передаются в открытом виде. Для БПЛА, в которых КРУ реализуется на основе коммерческих технологий Wi-Fi, WiMAX Mobile и LTE, характерным является использование следующих уязвимостей:

1. использование в Wi-Fi для шифрования передаваемых данных протоколов WEP (Wired Equivalent Privacy) и WPA (Wi-Fi Protected Access), которые имеют низкую криптографическую стойкость, при этом известны способы, позволяющие вскрыть ключевую информацию за считаное число минут [52, 53];
2. использование в WiMAX Mobile для шифрования алгоритма DES (Data Encryption Standard) с ключами TEK (Traffic Encryption Key), имеющих ограниченных срок активного существования, а также использование ложных сертификатов идентификации абонентских станций X.509;
3. уязвимости процедур "attach", "detach" и "paging" для сетей LTE.

В случае эксплуатации этих уязвимостей КРУ может быть "взломана", что позволит вскрыть формат передаваемых команд управления, и в дальнейшем – полностью перехватить управление БПЛА.

4.2.3. Навигационная система

Систему навигации, на подавляющем числе малых БПЛА, составляет приемник сигналов одной или нескольких спутниковых радионавигационных систем (СРНС). К наиболее распространенным СРНС относятся системы: ГЛОНАСС (РФ), GPS/NAVSTAR (США), Beidou (Китай), Galileo (ЕС). Сигналы СРНС формируются на литерных частотах в диапазоне 1,1-1,6 ГГц. Как правило, простые навигационные системы, устанавливаемые на малые БПЛА, используют интегрированный режим обработки сигналов от нескольких СРНС, что обеспечивает точность навигации 1-2,5 м как в горизонтальной плоскости, так и по высоте. На более сложных БПЛА устанавливаются элементы автономной навигационной системы – акселерометры, гироскопы, барометры, лазерные высотомеры и т.д. Общепринятой нормой точности авиационных инерциальных навигационных систем (ИНС) "средней точности" является ошибка счисления пути в 1,85 км за 1 ч полета. Такая точность достигается авиационными ИНС на основе лазерных или волоконно-оптических гироскопов. Однако масса таких ИНС составляет от 8 кг, что делает проблематичным их использование на малых (и даже на средних) БПЛА. В результате на малых БПЛА устанавливаются более простая ИНС оснащённых микромеханическими датчиками движения – акселерометрами и гироскопами. Такая ИНС, без ее коррекции по сигналам СРНС, не в состоянии осуществлять автономное счисление пройденного пути ввиду высоких скоростей дрейфа гироскопических датчиков. Накапливаемая ошибка микромеханических ИНС, в условиях отсутствия корректирующих сигналов СРНС, за 1 мин составляет до 3 м по горизонтали и 2 м по вертикали. Таким образом эти ИНС способны без сигналов СРНС поддерживать приемлемую точность полета на уровне 100-150 м в течении не более 10 мин. При этом, как правило, имеется ввиду поддержание режима прямолинейного полета без ускорений и маневров. Примерами таких образцов микромеханических ИНС могут являться устройства Geo-iNAV (масса порядка 3 кг). Таким образом на современном этапе развития навигационных систем малых БПЛА для счисления пути с приемлемой точностью требуется использование сигналов СРНС. Дополнительными способами повышения автономности и точности навигационных систем БПЛА является установка барометра и лазерного высотомера. Это оборудование позволяет повысить точность определения координат за счет использования дополнительных каналов комплексирования навигационных данных, а также формировать профили автономного полета БПЛА по электронным картам местности содержащим барометрические данные или высотные профили

4.3. Характеристика малого БПЛА как объекта разведки

Достаточно полный анализ демаскирующих признаков малого БПЛА представлен в работе. Средствами обнаружения БПЛА, которые используют соответствующие демаскирующие признаки могут:
1. средства радиолокационной разведки (РЛР) – различные РЛС;
2. средства радио- и радиотехнической разведки (РРТР) разведки – станции контроля радиоизлучений, пеленгаторные посты;
3. средства оптико-электронной разведки (ОЭР) – средства теле- и фотонаблюдения в видимом и инфракрасном (ИК) диапазоне;
4. средства акустической разведки (АР) – микрофоны и звукоулавлеватели.

Данные средства, как правило используются комплексно, взаимно дополняя друг друга, при этом основными средствами целеуказания для комплексов ПВО являются средства РЛР – РЛС, а для комплексов РЭП – средства РРТР.

В таблице 2 приведены для сравнительные возможности вышеуказанных средств обнаружения БПЛА.

4.3.1. БПЛА как объект радиолокационной разведки

Контроль и ведение РЛР воздушного пространства с помощью РЛС является достаточно широко распространённым и традиционным способом обнаружения воздушных целей комплексами ПВО. Обнаружение средствами РЛР является эффективным в том случае, когда радиолокационная заметность цели соответствует разрешающей способности РЛС. Показателем радиолокационной заметности цели является ее эффективная площадь рассеяния (ЭПР)



где: ξ – коэффициент деполяризации вторичного поля (0≤ξ≤1); Pотр – мощность отражённого от цели сигнала; E1 – плотность потока энергии радиолокационного сигнала на сфере радиусом равным дальности до цели; D0 – значение диаграммы обратного рассеяния в направлении на РЛС; S – полная площадь рассеяния цели.

Несмотря на то, что показатель ЭПР имеет размерность м2 он не является геометрической площадью, а является энергетической характеристикой, то есть представляет собой коэффициент, который учитывает отражающие свойства цели и зависит от пространственной конфигурации цели, электрических свойств её материала и отношения линейных размеров цели к длине волны. В радиолокационных задачах распознавания и классификации целей обычно пользуются радиолокационным портретом воздушной цели (так называемой сигнатурой), который связан с геометрическими, физическими и кинематическими свойствами цели



Как объекты РЛР малые БПЛА характеризуются значением ЭПР порядка 0,05-0,5 м 2 . При этом, в большинстве работ для таких БПЛА принимается значение ЭПР равное 0,1 м 2 , которое, как показано, является вполне достаточным значением, характеризующим сигнатуры БПЛА, на которых не используются специальные средства снижения заметности, в том числе – коммерческих БПЛА типа "квадрокоптер".

Указывается, что расчетные дальности для обнаружения малоразмерных БПЛА со стороны РЛС, находящимися на вооружении формирований ПВО, при различных значениях ЭПР БПЛА составляют:


При этом в войсках помимо РЛС комплексов ПВО имеются другие РЛС, предназначенные для ведения разведки местности, наблюдения за передвижением солдат и техники, наведения автоматического оружия на цель в условиях ограниченной видимости, разведки артиллерийских позиций противника, корректировки огня собственной артиллерии (в том числе по координатам разрывов артиллерийских снарядов). Предполагаемые возможности таких РЛС по обнаружению малоразмерных БПЛА с ЭПР 0,01 м 2 могут составить от 3,5 до 12 км.

Однако, если для БПЛА с ЭПР 0,1 м2 расчетные данные и фактические результаты полигонных испытаний по дальности обнаружения практически совпадают, то для БПЛА с ЭПР 0,01 м2 фактические дальности обнаружения приближаются к нулевым значениям.

К дополнительным факторам, снижающим уровень ЭПР БПЛА, нужно отнести возможности быстрого изменения скоростного режима, вплоть до "зависания", что приводит с срыву сопровождения БПЛА в связи с выходом значения скорости за границы стробирования по Доплеровскому сдвигу в алгоритмах селекции движущихся целей (СДЦ) РЛС, а также использование в конструкции большого количества радиопрозрачных пластиковых и композитных материалов.

На рисунке показаны типовые рубежи обнаружения гипотетического БПЛА (массогабаритные характеристики БПЛА построены на основе результатов обработки статистических данных о них) для РЛС с длиной волны λ=3 см. При этом расчётные сигнатуры БПЛА под различными относительными углами пересчитаны на ЭПР плоской фигуры близкой к прямоугольной с учётом рекомендаций. Диапазон ЭПР для используемых БПЛА составил 0,05-0,5 м2.

Рубежи обнаружения БПЛА с различными массогабаритными параметрами для РЛС с λ=3 см


Как показано на рисунке, уменьшение массогабаритных параметров БПЛА до значений менее 5 кг приводит к существенному уменьшению рубежа их обнаружения, а при использовании высокой доли радиопрозрачных (пластиковых и композиционных) материалов в конструкции БПЛА делает их обнаружение с помощью РЛС фактически невозможным. Таким образом, несмотря на то, что РЛС является достаточно надёжным средством контроля воздушного пространства, задача обнаружения и идентификации малоразмерных малоскоростных БПЛА с малыми ЭПР остаётся для них до сих пор нерешённой.

Обобщая вышеуказанное, можно сделать следующий вывод. Имеющиеся сегодня на вооружении традиционные РЛС разведки воздушного пространства практически неспособны проводить эффективное обнаружение малоразмерных малоскоростных воздушных целей типа БПЛА даже в беспомеховой обстановке. В подавляющем большинстве РЛС ЗРК не будут обнаруживать БПЛА с ЭПР порядка 0,01 м2 и меньше. Более того, в условиях применения противником различных помех средствам РЛР, окажется, что даже имеющиеся возможности РЛС значительно уменьшатся. Фактические эти дальности обнаружения не позволяют обеспечить участие ПУ в управлении огнем группировок ПВО при организации и ведении обстрела малоразмерных БПЛА. Разрабатываемые перспективные РЛС, предназначенные для решения задачи обнаружения малоразмерных БПЛА, предположительно будут способны обнаруживать их на дальностях не превышающих 3-8 км на высотах полета 100-300 м, и на дальностях 10-20 км на высотах до 1000 м. Эти дальности обнаружения перспективных РЛС могут быть удовлетворительными для обеспечения своевременного открытия огня и ведения эффективной стрельбы по БПЛА только в случае если время реакции ЗРК, не превышает нескольких секунд

4.3.2. БПЛА как объект радио - и радиотехнической разведки

БПЛА могут быть обнаруженными средствами РРТР путем приема и анализа как радиосигналов КРУ, так и бортового РЭО – радиолокационных высотомеров, РЛС, излучателей помех и т.д. Применительно к БПЛА, основным объектом радиоразведки (РР) является параметры КРУ БПЛА, а также параметры и предаваемые по ней данные, а объектом радиотехнической разведки (РТР) – излучение бортовых РЛС, бортового РЭО, РЭС полезной нагрузки. Преимуществом средств РРТР является то, что они позволяют однозначно идентифицировать БПЛА среди естественных объектов, со схожими характеристиками, прежде всего, птиц. Недостатком – то, что средства РРТР могут с достаточной точностью установить лишь общее направление (пеленг) на БПЛА, причем точность его определения повышается при увеличении времени наблюдения, а вот дальность и высоту до цели средства РРТР определяют со существенными погрешностями.

Анализ имеющихся наземных средств РРТР позволяет сделать вывод, что они обладают следующими типовыми тактико-техническими характеристиками (ТТХ):

1. функциональность: обнаружение источников радиоизлучения (ИРИ), распознавание типов функционирующих ИРИ, определение параметров средств радиосвязи и перехват передаваемых сообщений, высокоточное определения местоположения РЛС, радиостанций и постановщиков помех;
2. диапазон частот ведения РР: с 3 МГц до 18 ГГц;
3. диапазон частот ведения РТР: 0,5-40 ГГц;
4. мгновенная полоса обзора спектра: до 2,5 ГГц;
5. разрешающая способность: не хуже 1 кГц;
6. скорость поиска в разведываемом диапазоне: порядка 3000 ГГц/с;
7. обнаружение и пеленгование радиосвязных РЭС, излучающих в режиме ППРЧ до 1000 скачков/с;
8. чувствительность радиоприемников: не хуже 5 мкВ/м;
9. точность пеленгования направления на ИРИ: 0,5o -1o;
10. точность определения местоположения ИРИ: на расстоянии до 150 км - 50-150 м

Дальность обнаружения малых БПЛА средствами РРТР существенно зависят от мощности средств радиосвязи БПЛА, утечки сигналов бортового РЭО, значений коэффициента усиления антенны БПЛА и чувствительности приемника средства РРТР

Необходимость ведения постоянного интенсивного обмена данными БПЛА с ПУ требует наличия одного или даже нескольких широкополосных каналов радиосвязи, для которых очень сложно (в современных условиях практически невозможно) обеспечить требуемую скрытность функционирования. В связи с этим, высокоинтенсивное излучение средств радиосвязи является основным демаскирующим признаком БПЛА, в том числе и малых БПЛА, относительно средств РР. Например БПЛА RQ-1 Predator, не являющейся малым БПЛА, при функционировании формирует 3-и линии радиосвязи: широкополосную УКВ-радиолинию прямой видимости (3,9-6,2 ГГц) для прямой передачи данных на наземный ПУ с пропускной способностью 4-4,5 Мбит/с; спутниковую радиолинию УВЧ-диапазона (шириной 25 кГц с пропускной способностью 16,6 кбит/с) для передачи команд управления, программ автономного полета и телеметрии; широкополосную спутниковую радиолинию Ku-диапазона для передачи полезных данных со скоростью 1,54 Мбит/с

По сравнению с излучением средств радиосвязи БПЛА, излучение другого бортового РЭО БПЛА имеет более низкую интенсивность. К сопоставимому, по своему демаскирующему значению, можно отнести излучение бортовой РЛС, если она установлена на БПЛА. Утечка же паразитных излучений другого РЭО БПЛА, по сравнению с интенсивность излучения средств радиосвязи и бортовой РЛС – несопоставимо мала. Все это делает обнаружение малых БПЛА для РТР сложной в техническом отношении задачей.

Также представлены расчетные значения обнаружения для малоразмерных БПЛА. Указанно, что в зависимости от применяемых типов бортовых средств радиосвязи, РЛС и другого РЭО дальности обнаружения БПЛА средствами РРТР могут иметь значения от 4 до 50 км. Эти значения получены, при допущении о наличии на борту БПЛА активно работающей РЛС бокового обзора или непрерывно работающей КРУ. Однако, как указывается на практике эти значения для малоразмерных БПЛА будут еще более низкими, ввиду отсутствия режимов длительного непрерывного излучения, а полученные значения дальностей обнаружения на практике будут более соответствовать БПЛА среднего и крупного класса.

Также показывается, что многопозиционными системами РРТР может производиться обнаружение БПЛА на дальностях порядка 250-400 км. Однако для достижения таких дальностей обнаружения требуется существенное разнесение постов РРТР – на расстояние базы 20-40 км, что в реальных условиях может оказаться затруднительным. При этом погрешность определения координат БПЛА такой многопозиционной системы РРТР составляет порядка 8-32% от измеряемого значения дальности (в зависимости от базы разнесения постов).
Tags: БПЛА
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment