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

Categories:

По поводу БПЛА. Радиоэлектронное подавление систем навигации и радиосвязи. Часть 10

3.4. Возможности акустического подавления автономной навигационной системы БПЛА, основанной на микромеханических инерциальных системах

Одним из относительно новых способов нарушения нормального функционирования навигационной системы БПЛА является воздействие на его автономную ИНС акустическими колебаниями. Показано, что для противодействия БПЛА, оснащенных автономными ИНС с микромеханическими датчиками, можно использовать мощные акустические колебания, негативно влияющие на дрейф гироскопических датчиков из-за эффекта резонанса.

1.jpg

Исследования, проведенные учеными из южнокорейского института Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), показали, что будучи механической системой, гироскоп имеет свою резонансную частоту. Следовательно, подобранное по частоте акустическое воздействие может вызвать резонанс в гироскопе, что приведет к его неправильной работе и, как следствие, к выдаче ошибочных показаний о местоположении БПЛА. Эксперименты, проведенные исследователями из KAIST, показали, что 7 моделей гироскопов из 15 наиболее часто используемых в коммерческих малых БПЛА подвержены резонансу. По результатам дальнейших расчетов учеными были сделаны следующие выводы – звукового воздействия мощностью порядка 140 дБ на резонансной частоте гироскопа достаточно, чтобы нарушить работу этого прибора на расстоянии до 40 м от источника звукового сигнала

Важно отметить, что акустическое воздействие на гироскопы, во-первых, будет эффективно только против малых БПЛА, во-вторых, такое воздействие не всегда приводит к значительной дестабилизации БПЛА. Это связано с тем, что в некоторых гироскопах звуковое колебание влияет только на канал ориентации в горизонтальной плоскости, который в ряде моделей БПЛА продублирован магнитометром для лучшей стабилизации полета. В этом случае эффективность технических средств противодействия БПЛА, основанных на способе акустического воздействия, существенно снижаются. Кроме того, само формирование акустических помех на уровне 120-140 дБ, что соответствует болевому порогу или контузии человека, фактически невозможно в населенной местности, а также в составе комплексов, в которые входят люди-операторы. В связи с этим применение данного способа подавления на практике весьма затруднено.

4. Радиоэлектронное подавление радиолиний управления и передачи данных БПЛА

4.1. Проблемные вопросы радиоэлектронного подавления радиолиний управления и передачи данных БПЛА

Вопросы организации управления и связи БПЛА, а также помехозащищенности радиоканалов передачи данных достаточно глубоко рассмотрены в известных работах: В.С. Вербы], В.И. Меркулова, Н.М. Боева, В.И. Слюсаря, А.В. Ананьева, Д.Г. Пантенкова, Р.В. Киричека, Д.В. Самойленко, О.А. Финько, С.В. Дворникова, А.А. Донченко, Д.С. Чирова, В.В. Бородина, А.М. Петракова, В.А. Шевцова, Л.Н. Казакова, а также в отдельных работах других ученых.

Нужно отметить, что в сравнении с задачей радиоэлектронного подавления навигационной системы БПЛА, задача подавления радиолиний "ПУ – БПЛА" не является принципиально новой и фактически сводится к известной задаче формирования на входе подавляемого приемника такого значения ОСШ, которое не позволяет обеспечить прием данных с требуемой степенью достоверности. Данная задача является классической в теории РЭП, а особенностью ее решения, применительно к БПЛА, является учет используемых в радиолиниях типов сигнально-кодовых конструкций, типов передаваемых данных (тип передаваемых данных определяет требуемый уровень достоверности приема), а также сигнальных, энергетических, пространственных и прочих параметров радиолиний

При рассмотрении вопросов подавления КРУ и каналов передачи данных БПЛА необходимо учитывать, что подсистема управления и радиосвязи БПЛА представляет собой совокупность различных линий, в которых предаются данные принципиально различного типа, уровня важности, объема, уровня криптозащиты и т.д

Для управления и обмена данными с БПЛА организуются следующие направления связи:

- направление «вверх» – организуется от ПУ к БПЛА и включает в себя: o направление "вверх" КРУ для передачи команд управления
БПЛА, а также команд управления специальной аппаратурой и техническими средствами полезной нагрузки, размещенными на БПЛА;

- направление "вниз" – организуется от БПЛА к ПУ и включает в себя:
o направление "вниз" КРУ для передачи телеметрической информации (ТМИ) о состоянии подсистем БПЛА, специальной аппаратуры и технических средств полезной нагрузки, а также квитанций о выполнении команд управления;
o высокоскоростная линия передачи данных от специальной аппаратуры и технических средств полезной нагрузки, размещенных
на БПЛА

Вышеуказанные линии связи могут организовываться в различных частотных диапазонах, использовать различные режимы с ретрансляцией и без неё, использовать различные сигнально-кодовые конструкции, специально адаптированные под тип и важность передаваемых данных.

Наиболее критичным элементом для функционирования БПЛА является КРУ. Именно подавление КРУ по направлению «вверх» способно обеспечить максимальный эффект с точки зрения нарушения нормального функционирования БПЛА. Вместе с тем при решении данной задачи встречается ряд трудностей:

- вскрытие параметров линии КРУ «вверх» требует наблюдения за ПУ, при этом ПУ может находиться в существенном удалении от средств РЭП (до 30-50 км) и использовать для организации связи антенную систему с остронаправленной ДНА (порядка 5-10°) и с подавлением боковых лепестков, что резко снижает возможности средств РРТР в составе комплекса РЭП по вскрытию параметров КРУ БПЛА значимых для ее подавления;

- варианты организации КРУ на одних и тех же частотах в дуплексном режиме встречаются исключительно на простых малых БПЛА. Достаточно часто встречающимся вариантом организации КРУ для БПЛА специального назначения является формирование направлений "вверх" и "вниз" не только на различных частотах, но даже в различных частотных диапазонах (L, C, S, Ku диапазоны), и с различными частотно-временными параметрами. В результате успешное вскрытие параметров КРУ "вниз", при подлете БПЛА к контролируемому рубежу, не позволяет сформировать целеуказания средствам РЭП для подавления КРУ в направлении "вверх";

- в КРУ, как в наиболее важном элементе системы управления БПЛА, широко используются различные способы повышения помехозащищенности: ШПС, автоматическая перестройка частоты на наименее пораженные помехами каналы, использование режима ППРЧ, резервирование каналов, многократное дублирование команд управления и передаваемых ТМИ, использование антенн с направленными ДНА, высокий уровень криптозащиты передаваемых данных и т.д

Однако первостепенными являются не эти трудности, а то, что даже успешное вскрытие и подавление КРУ не гарантирует, что БПЛА прекратит свой полет в направлении контролируемой зоны. Как правило при отсутствии внешнего управления, БПЛА переходит в автономный режим, при этом его действия в этом режиме полностью определяются предварительно заложенной программой автономного полета. При этом сутью программы может быть не "возврат к ПУ", а продолжение дальнейшего полета к контролируемому объекту и выполнение целевой задачи с использованием всех доступных способов навигации. Для БПЛА, используемых в незаконных или военных целях, именно эта программа реализуется чаще всего. Таким образом, подавление КРУ может снизить вероятность успешного выполнения БПЛА целевой задачи, но не гарантирует каких-либо однозначных действий по прекращению полета БПЛА в направлении контролируемого рубежа, активации "программы возвращения" или "программы посадки" и т.д. Именно отсутствие однозначной реакции БПЛА на успешное подавление КРУ является существенным недостатком комплексов противодействия БПЛА основанным исключительно на РЭП.

Следующей по важности радиолинией БПЛА, которая является уязвимой для средств РЭП, является линия "вниз" в направлении "БПЛА – ПУ", предназначенная для передачи данных от специальной аппаратуры и технических средств полезной нагрузки, размещенных на БПЛА. Дело в том, что довольно распространенным способом управления БПЛА остается режим ручного управления им со стороны оператора по визуальным данным от ОЭС видимого диапазона. Особенностью этой линии является следующее. Передаваемые от ОЭС на ПУ видеоданные имеют большой объем, требуют широкой полосы частот для передачи, и в связи с их высокими скоростями и необходимостью передачи в режиме реального времени, могут не подвергаться криптозащите даже на БПЛА специального и военного назначения. При этом сложность организации на БПЛА большеразмерных остронаправленных антенных систем, ведет к тому, что зачастую эти данные передаются либо через всенаправленную антенну, либо через антенну с широким главным лепестком ДНА (порядка 60-90°). Это позволяет относительно легко не только вскрывать сигнально-частотные параметры данной линии связи, но и получать доступ к передаваемым видеоданным. Подавление такой линии потенциально бы позволило лишить оператора визуальной обратной связи, и принудить его управлять БПЛА, так сказать, "по приборам" т.е. только по данным ТМИ поступающим по КРУ "вниз", что резко бы снизило эффективность и эргономичность управления. Вместе с тем высокоэффективное подавление этой линии связи требует знания местоположения ПУ или промежуточного узла-ретранслятора, используемых для управления БПЛА. При этом высота полета БПЛА, а также возможность размещения ПУ или узлов-ретрансляторов на летно-подъёмных средствах, потенциально обеспечивают больший радиогоризонт и, как следствие, более высокую дальность организации связи прямой видимости, чем дальность действия наземных средств РЭП. В результате весьма вероятна ситуация, когда при наличии полной информации о сигнально-частотных параметрах линии "вниз" будет невозможно подавить ПУ и узлы-ретрансляторы, ввиду их пространственной недоступности для наземных средств РЭП.

Вышеуказанное относится к подавляющему числу БПЛА и является фундаментальными ограничениями, накладываемыми на эффективность существующих комплексов РЭП, ориентированных на противодействие БПЛА. Далее будут более подробно рассмотрены различные технические аспекты проблематики подавления каналов управления и связи с БПЛА, при этом большее внимание будет уделено вопросам подавления каналов малых БПЛА, как наиболее опасных и сложных объектов для противодействия.

4.2. Особенности организации связи в командной радиолинии управления БПЛА

Командная радиолиния управления в направлениях "вверх" и "вниз" предназначена для передачи наиболее критических данных для процесса нормального управления полетом БПЛА: команд управления с ПУ и квитанций об их исполнении, программ полета, программ действий в автономном режиме, навигационных и специальных данных, обеспечивающих нормальное функционирование БПЛА, а также ТМИ о состоянии отдельных подсистем, остатке топлива и т.д. Указанные данные, как правило, имеют относительно малый объем и требуемую скорость передачи (порядка 2,4-200 кбит/с), однако, должны передаваться в масштабе реального времени. Для больших и средних БПЛА специального и военного назначения, как правило КРУ организуется в режиме прямой видимости с наземным или воздушным ПУ, а при значительном удалении ПУ – ретрансляцией через узелретранслятор на летно-подъёмном средстве или через ССС. Для малых БПЛА как специального, так и коммерческого назначения КРУ организуется в режиме прямой видимости с наземным ПУ.

4.2.1. Специальные и военные БПЛА

Обобщая материалы возможно сформировать следующие обобщенные ТТХ КРУ специальных и военных БПЛА, значимых для радиоэлектронного подавления.

При организации КРУ специальных и военных больших и средних БПЛА через ССС, как правило, используются ССС Irudum, Inmarsat, MOUS, WGS, при этом линии связи формируются в УКВ, L, X, Ku, Ka диапазонах. В УКВ диапазоне используются низкоскоростные каналы шириной по 25 кГц с QPSK сигналами. В L, Ku, X и Ka диапазонах производится "упаковка" КРУ в широкополосный общий спутниковый канал ССС (например, ССС Iridium, Inmarsat или WGS), на основе кодового (CDMA – Code Division Multiple Access) или частотно-временного (MF-TDMA – Multi-Frequency Time-Division Multiple Access) разделения абонентов с использованием BPSK, QPSK, 8PSK, 8QAM сигналов. Ширина главного лепестка ДНА спутниковой связи на БПЛА составляет порядка 10-35°.

Для управления специальными и военными малыми БПЛА (например, такими как RQ-7B Shadow 200, RQ-11B Raven, RQ-16T-Hawk и др.), как правило, организуется КРУ в режиме прямой видимости с наземным ПУ или с узломретрансляции:

- каналы в L (1,4-1,85 ГГц), S (2,2-2,5 ГГц), С (4,4-5,85 ГГц), и Ku (15,15-15,35 / 14,4-14,83 ГГц) диапазонах – основные каналы КРУ;

- в УКВ диапазоне (220-400 МГц) – резервные каналы КРУ;

- спутниковый канал (как правило используется низкоорбитальная ССС Iridium обеспечивающая возможность использованиям небольших антенн) L-диапазона (1,616-1,6265 ГГц) – резервный канал КРУ, устанавливаемый опционально на отдельных БПЛА.

Ширина каналов:
- канал «вверх» в L, S, С и Ku диапазонах: в режиме фиксированной частоты – 300-700 кГц; в режиме ШПС – 0,7-28 МГц;
- канал «вниз» в L, S, С и Ku диапазонах: 3-20 МГц;
- каналы «вверх»/«вниз» в УКВ диапазоне: 25 кГц.

Скорости передачи данных в КРУ:
- до 20 кбит/с – в линии "вверх"; 200 кбит/с – в линии «вниз» (при передаче только ТМИ); 1,6-12 Мбит/с – в линии «вниз» (при передаче ТМИ совместно с данными от ОЭС БПЛА для визуального управления оператором) в L, S, С и Ku диапазонах;
- 2,4-16 кбит/с в линиях "вверх"/"вниз" в УКВ диапазоне;
- до 2,4 кбит/с в линиях "верх"/"вниз" по спутниковой линии L диапазона (для СCC Iridium);

Мощности передатчиков:
- в L, С, S, Ku диапазоне в каналах "вверх"/"вниз": 5-15 Вт;
- в УКВ диапазоне в каналах "вверх"/"вниз": 15-25 Вт.

Используемые типы сигналов: BPSK, QPSK (DQPSK, SOQPSK), 2FSK, GMSK. Возможно использование режима ППРЧ в пределах разрешенной к использованию полосы частот в S, С и Ku диапазонах (например, встречаются варианты организации КРУ БПЛА с использованием режима ППРЧ по 10 каналам шириной по 4 МГц каждый в общей полосе 40 МГц). Тип помехоустойчивого кодирования: коды Рида-Соломона, сверточное кодирование, кодирование Витерби, турбо-кодирование, LDPC-кодирование. Скорости кода R=1/2, 2/3, 3/4

Типы многостанционного доступа: "точка-точка", многостанционный доступ БПЛА в режимах частотного (FDMA – Frequency Division Multiple Access) и временного (TDMA – Time-Division Multiple Access) разделения абонентов. На БПЛА, стоящих на вооружении стран НАТО, формат данных КРУ, порядок передачи и обработки команд определяется стандартами STANAG: 4586, 4660 и 7085. Для криптографической защиты данных в КРУ специализированных и военных БПЛА используется шифрование в соответствии со стандартами: MIL-STD-188-181A, MIL-STD-188-183, NSA Type I, Triple DES, AES-128, AES-256. На БПЛА используются либо всенаправленные антенны, либо направленные антенны с шириной ДНА порядка 60-90° и усилением 2-4 дБи. Наземные ПУ используют следящие за БПЛА поворотные антенны диаметром до 1,2 м с усилением до 40 дБи с остронаправленной ДНА до 3,5-5°.

Дальность связи:
- в направлении ПУ – БПЛА с использованием направленных антенн на ПУ: до 75 км;
- в направлении ПУ – БПЛА / ПУ – БПЛА с использованием ненаправленных антенн: до 15 км;
- в направлении БПЛА – ПУ с использованием направленных антенн на БПЛА и ПУ: до 55 км.

4.2.2. Коммерческие БПЛА

Обобщая материалы возможно сформировать следующие обобщенные ТТХ КРУ малых коммерческих БПЛА, значимых для радиоэлектронного подавления. Для коммерческих малых БПЛА, направления "вверх" / "вниз" КРУ организуются в фиксированных частотных диапазонах, которые, как правило, соответствуют использованию на БПЛА одной или нескольких коммерческих технологий связи:

- RC433: 433 МГц;
- сети 4G: 725-770, 790-830, 850-894 МГц;
- сети CDMA: 850-894 МГц:
- RC868: 868-916 МГц;
- GSM900: 890-915, 935-960 МГц;
- GSM1800: 1710-1880 МГц;
- сети 3G: 2110-2170 МГц;
- сети Wi-Fi на базовой частоте 2,4 ГГц: 2,4-2,5 ГГц;
- сети 4G: 2,5-2,7 ГГц;
- сети Wi-Fi на базовой частоте 5,2 ГГц: 4,9-5,5 ГГц;
- сети Wi-Fi на базовой частоте 5,8 ГГц: 5,5-6,1 ГГц.

Используемые типовые частоты, ширина типовых каналов, типы сигналов и помехоустойчивого кодирования, мощности передатчиков и ТТХ приемных средств определяются соответствующими стандартами на вышеуказанные технологии связи. Данные по наиболее распространённым стандартам Wi-Fi, используемым для управления малыми коммерческими БПЛА, представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Данные по наиболее распространенным стандартам Wi-Fi, используемым для управления коммерческими малыми БПЛА

Шифрование данных в коммерческих БПЛА может не использоваться

Особенностью организации канала "вниз" КРУ в малых коммерческих БПЛА является, то, что фактически сам канал отсутствует, а роль ТМИ от БПЛА выполняют видеоданные, поступающие от ОЭС БПЛА и предназначенные для визуального управления со стороны оператора.

ТТХ каналообразующей аппаратуры различных КРУ малых коммерческих БПЛА представлены в таблице 5.

Таблица 5 – ТТХ каналообразующей аппаратуры различных КРУ малых коммерческих БПЛА


Tags: БПЛА
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Из-под следствия за мандатом

    Недавно — 12 октября в Кыргызстане было весьма зрелищное шоу — арестованный и подследственный по обвинению в организации массовых беспорядков,…

  • Про город Мерсин

    🇹🇷 Город Мерсин — портовый и возможно по этой причине является своеобразным "островком сексуальной свободы" Турции. Если в Twitter вы вобьете хэштег…

  • По поводу смерти Сергея Ковалева

    Сергей КОВАЛЕВ — бывший председатель правозащитного центра «Мемориал» (💲Открытое общество Фонд содействия; 💲Национальный фонд демократии (NED);…

  • 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