ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Защита гражданской авиации от несанкционированного вмешательства стала одной из наиболее актуальных проблем последних лет. В условиях растущих угроз требуется своевременная реакция со стороны органов безопасности, направленная на предотвращение негативных последствий. В этой связи необходимо внедрение новых методов и средств для защиты гражданской авиации и аэропортов от подобных действий.

1. Актуальность темы

Обеспечение безопасности объектов аэропорта представляет собой важнейшую государственную задачу, так как эти объекты играют ключевую роль в экономическом развитии России и имеют связь со всеми отраслями экономики и жизнедеятельности общества. Нарушение работы аэропорта может значительно снизить безопасность и повлиять на жизненные условия граждан. Поэтому антитеррористическая защищенность аэропортов и аэродромов является неотъемлемой частью национальной безопасности страны. Важно отметить, что конструктивные особенности и производственные процессы значительной части аэропортов делают их уязвимыми для различных террористических угроз. Из-за их значимости и опасности последствий акты незаконного вмешательства могут стать приоритетными целями для преступных и террористических действий, включая использование беспилотных летательных аппаратов. В последние годы наблюдается активное развитие робототехнических комплексов, особенно БПЛА, как в России, так и в мире. По данным ассоциации «Аэронет», в стране насчитывается от 30 до 50 тыс. любительских дронов, не учитывая коммерческие и авиамодели. Прогнозы показывают, что к 2035 году в воздушном пространстве России будет находиться около 100 тыс. БПЛА. С ростом продаж малых коммерческих дронов и улучшением их характеристик увеличивается количество зарегистрированных правонарушений и инцидентов, связанных с их использованием, что подчеркивает важность оперативного противодействия.

Современные системы авиационной безопасности представляют собой интегрированные решения. За последние 10 лет они эволюционировали от простого объединения технических средств защиты до комплексных автоматизированных систем с высоким уровнем аналитики и развитой структурой сбора и обработки данных.

2. Цель и задачи исследования

Целью данной работы является изучение комплексной системы защиты аэропорта от беспилотных летательных аппаратов и разработка антенной системы для их нейтрализации.

Основные задачи исследования:

  1. провести анализ существующих методов защиты аэропорта от БПЛА;
  2. оценить эффективность данных методов;
  3. предложить усовершенствования;
  4. разработать новый метод борьбы с БПЛА на объектах аэропортов.

3. Виды БПЛА

Беспилотные летательные аппараты классифицируются по способу управления на неуправляемые, дистанционно управляемые и автоматические.

Неуправляемые БПЛА требуют участия оператора только на этапе запуска и установки параметров полета перед взлетом. Обычно это бюджетные модели, не требующие профессиональной подготовки и специальных площадок для приземления. Дистанционно управляемые дроны позволяют оператору формировать траекторию полета, тогда как автоматические дроны выполняют задачи полностью автономно. Успех их выполнения зависит от точности введенных оператором параметров в стационарный компьютерный комплекс на земле.

Дроны классифицируются по весу на несколько категорий: микро, малые, средние и тяжелые. Микро-дроны имеют массу до 10 кг и способны находиться в воздухе не более часа. Мини-дроны весят до 50 кг и могут работать до 5 часов без остановок. Средние дроны могут весить до 1 тонны и функционировать до 15 часов. Тяжелые беспилотные летательные аппараты, превышающие 1 тонну, могут работать более 24 часов и способны на межконтинентальные перелеты.

По назначению дроны делятся на группы: коммерческие устройства, используемые для грузоперевозок, сельскохозяйственных работ, научных исследований и метеорологических наблюдений; потребительские дроны, предназначенные для развлекательных целей, таких как гонки и видеосъемка; боевые дроны, разработанные для военных задач.

В зависимости от конструкции, беспилотники могут быть различных типов: самолётные дроны с высокой дальностью и скоростью; мультикоптеры с несколькими пропеллерами; вертолетные дроны; конвертопланы, которые взлетают как вертолеты и летают как самолеты; планеры, часто используемые для разведки, с двигателем или без него; тейлситтеры, меняющие режим полета путем поворота конструкции; аппараты, способные взлетать и садиться на воду; привязные дроны, которые получают питание и команды по проводам [1].

Коммерческие и потребительские дроны обычно управляются с помощью пульта, но могут работать и в полностью автоматическом режиме. Пульт дистанционного управления отправляет команды в контроллер БПЛА, который обрабатывает сигналы и управляет различными элементами дрона. Например, команда на увеличение скорости заставляет пропеллеры вращаться быстрее, что повышает скорость полета аппарата.

На рисунке 1 представлена гармонизированная классификация БПЛА, объединяющая западноевропейский и российский подходы к классификации, в соответствии с предложениями, представленными в работе.

Гармонизированная классификация БПЛА

Рисунок 1 – Гармонизированная классификация БПЛА [2].

4. Виды систем защиты

Сегодня среди разрабатываемых эффективных методов противодействия беспилотным летательным аппаратам выделяются следующие:

Наиболее эффективные и доступные методы выявления БПЛА на текущий момент включают:

Современные производители систем обнаружения воздушных целей часто комбинируют в одном комплексе различные устройства, объединяя радиолокационные станции с оптико-электронными и радиотехническими средствами. Это сочетание методов позволяет повысить вероятность успешного обнаружения БПЛА, минимизировать количество ложных тревог и улучшить распознавание объектов, однако значительно увеличивает стоимость оборудования для охраняемых объектов. Дополнительные сложности возникают при попытке задержания внешнего оператора, управляющего БПЛА. Этот оператор может находиться в автомобиле, жилом помещении или другом укрытии, что затрудняет его обнаружение и задержание, требуя при этом значительных ресурсов для поиска.

Способы противодействия беспилотным летательным аппаратам включают:

1. тактико-технические характеристики зенитных ракетных комплексов (ЗРК) ПВО, предназначенных для нейтрализации БПЛА;

2. хакинг беспилотников, который подразумевает перехват управления над аппаратом;

Основные методы взлома включают:

3. Радиоэлектронная борьба (РЭП) и радиоэлектронные системы (РЭС).

Способы применения РЭП:

Типы действия РЭС:

4. Радиоэлектронное подавление навигационных систем БПЛА, работающих на основе сигналов СРНС.

Наиболее распространенные виды помех, используемые для подавления навигационных каналов СРНС, включают [3]:

Результаты теоретических исследований помехоустойчивости аппаратуры СРНС GPS представлены в таблице 1. При дальности между АП СРНС и станцией РЭП – 10 км.

Результаты исследований подавления каналов АП СРНС

Таблица 1 – Результаты исследований подавления каналов АП СРНС [3].

5. Защита территории

Территория аэропорта занимает большую территорию, то есть для защиты необходимо использовать несколько единиц комплекса защиты включающий модули для обнаружения и для подавления. Модуль обнаружения оснащен широкополосной антенной, которая устанавливается на высоте 4-6 метров от земной поверхности. Для своевременного предупреждения об угрозе появления БПЛА вблизи такого протяжённого объекта как аэропорт необходимо использовать не менее шести модулей обнаружения, равномерно распределённых по периметру объекта. В этом случае площадь, на которой обеспечивается уверенное обнаружение, составляет около 3 тыс. Га. При этом сотрудники службы безопасности своевременно получают данные об обнаруженных БПЛА с отображением на карте местности.

Следует отметить, что для эффективного противодействия возникшей угрозе помимо обнаружения необходимо знать точное местонахождение беспилотника-нарушителя. Определение координат и параметров движения дрона обеспечивается совместной работой всех модулей обнаружения и последующей цифровой обработкой радиосигналов, которые излучает квадрокоптер. Для пресечения попытки проникновения дрона на территорию аэропорта и прилегающую к ней активируются модули подавления, которые обеспечивают постановку помех в диапазонах работы каналов управления и передачи данных. В результате этого владелец БПЛА теряет над ним контроль, а сам коптер либо приземляется без повреждений, либо пытается вернуться туда, откуда взлетел.

6. Акустические способы обнаружения БПЛА

Существует несколько устройств, которые используют акустическое обнаружение для обнаружения БПЛА. Они включают в себя:

  1. детекторы фиксированных акустических массивов — это наиболее распространенный тип акустических детекторов, которые устанавливаются на определенной площади и используются для обнаружения БПЛА. Такие устройства обнаруживают звуковые волны, создаваемые БПЛА;
  2. передвижные акустические детекторы — это устройства, которые можно перемещать в разных местах для обнаружения БПЛА. Они могут быть очень эффективными, но требуют большого количества времени и ресурсов для переноски в нужные места;
  3. акустические дроны — это беспилотные летательные аппараты, которые используются для обнаружения других БПЛА. Они обычно оснащены микрофонами и обрабатывающими устройствами, которые позволяют им определять звуковую подпись других БПЛА;
  4. вкустические камеры — это инновационная технология, которая позволяет обнаруживать и отслеживать БПЛА с помощью звуковых волн. В отличие от традиционных камер наблюдения, акустические камеры способны видеть сквозь стены и другие препятствия, благодаря локализации звука [4, 5].

Один из методов обнаружение БПЛА — это использование акустических детекторов.

Акустические детекторы — это устройства, которые используют звуковые волны для обнаружения и идентификации БПЛА. Принцип работы акустического детектора состоит из нескольких этапов [6]:

  1. звукоприемник;
  2. захват звука;
  3. обработка звука;
  4. распознавание звука;
  5. Сигнализация обнаружения [7, 8].

Акустические детекторы могут использоваться как самостоятельно, так и вместе с другими методами обнаружения БПЛА, такими как радар или камеры наблюдения.

Различают какой – либо шум от звука БПЛА по звуковой подписи.

Звуковая подпись БПЛА — это уникальный акустический отпечаток, создаваемый летательным аппаратом во время его работы. Это комбинация звуковых волн, возникающих от двигателя, аэродинамических шумов и вибраций, которые создаются во время полета. Каждый БПЛА имеет свою собственную звуковую подпись, которая может быть использована для его идентификации [9]. Определение звуковой подписи БПЛА может быть важной задачей для обнаружения и отслеживания БПЛА. Этот процесс включает анализ и изучение звуковых волн, создаваемых БПЛА, чтобы определить различия между звуковыми подписями разных моделей. Многие новые БПЛА оборудованы технологиями, которые снижают их звуковую подпись, что затрудняет их обнаружение. Однако, комбинация акустического обнаружения с другими методами, такими как радиочастотный детектирование и визуальное наблюдение, может повысить эффективность обнаружения БПЛА и помочь устранить проблему с замаскированными подписями.

7. Синфазная антенная решетка

Синфазная антенная решетка — это система антенн, работающих совместно для формирования направленного радиосигнала. Она позволяет усиливать сигнал в определённом направлении и подавлять его в других, что делает её эффективной для обнаружения и отслеживания беспилотников [10].

Объединение синфазной антенны и акустических способов защиты от беспилотников на территории аэропорта может создать эффективную многослойную систему безопасности. Вот несколько способов интеграции этих технологий:

  1. Синергия обнаружения: Синфазные антенны обеспечивают дальнюю радиолокационную обнаруживаемость БПЛА, в то время как акустические детекторы работают на близких расстояниях. Использование обеих систем позволяет покрыть широкий диапазон расстояний и повысить вероятность успешного обнаружения.
  2. Автоматизация системы: Разработка системы, в которой синфазная антенна отслеживает движение БПЛА и передает данные акустическим детекторам для активации их работы. При обнаружении радиосигнала от БПЛА акустические устройства могут начать анализ звуков для подтверждения наличия угрозы.
  3. Обработка данных: Объединение данных от обеих систем в единую платформу для анализа и обработки. Это позволит создать более полное представление о ситуации, улучшая точность идентификации и классификации объектов.
  4. Локализация источников звука: Синфазная антенна может помочь определить направление, откуда поступает радиосигнал, в то время как акустические сенсоры могут уточнять местоположение источника звука. Это позволит более точно нацеливать системы реагирования.
  5. Управление и реагирование: Интеграция обеих технологий в систему управления безопасностью аэропорта позволит оперативно реагировать на угрозы, используя информацию от обеих систем для принятия решений о действиях охраны.
  6. Тестирование и оптимизация: Регулярное тестирование системы в различных условиях позволит оптимизировать взаимодействие между синфазной антенной и акустическими детекторами, улучшая общую эффективность защиты.

Выводы

В работе были рассмотрены актуальность защиты аэропортов от атак беспилотников, их виды и способы защиты. Было предложено совместить синфазную антенную решетку и акустические методами обнаружения БПЛА. В связке антенная может значительно повысить эффективность системы. Акустические методы хорошо работают на близких расстояниях, в то время как антенная решетка обеспечивает дальнюю обнаруживаемость. Комплексное использование этих технологий позволяет создать многоуровневую защиту, которая способствует более точному и быстрому реагированию на угрозы.

Список источников

  1. Управление Росгвардии по Алтайскому краю: Механизмы защиты от беспилотных летательных аппаратов и минимизации возможных рисков их применения на объектах топливо-энергетического комплекса: https://22.rosguard.gov.ru/uploads....
  2. Алешин Б. С., Суханов В. Л., Шибаев В. М., Шнырев А. Г. Типы беспилотных летательных аппаратов // Межотраслевой альманах. 2014. № 46. – Режим доступа:http://slaviza.ru/print:page....
  3. Дятлов А. П., Дятлов П. А., Кульбикаян Б. Х. Радиоэлектронная борьба со спутниковыми радионавигационными системами. Монография. – М.: Радио и связь, 2004. – 226 с.
  4. Заборис Е.В. Анализ возможностей и ограничений акустического обнаружения БПЛА / Е.В. Заборис, М.М. Чураков // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2015. - №5. - С. 22-28.
  5. Лукичев В.В. Активное акустическое обнаружение БПЛА: методы и алгоритмы. И.В. Яковенко, В.А. Поздняков / М.: Научно-технический центр "Динамика", 2013. - 112 с.
  6. Голубев В.Е. Акустическое обнаружение и идентификация БПЛА. А.Ю. Гольдштейн, А.В. Ершов / М.: Научно-технический центр "Динамика", 2012. - 120 с.
  7. Волков С.В. Анализ возможностей акустического обнаружения БПЛА. А.Е. Ишин, С.В. Путинцев / М.: Научно-технический центр "Динамика", 2014. - 88 с.
  8. Сальников Е.А. Разработка акустической системы обнаружения и идентификации БПЛА на основе микрофонного массива / А.С. Журавлев, А.В. Кирдянов // Вестник Высшей Академической Школы. - 2017. - №2. - С. 189-197.
  9. Пивоваров В.А. Акустическое обнаружение и идентификация беспилотных летательных аппаратов: учебное пособие / М.: Изд-во Московского университета, 2015. - 287 с.
  10. О А. Юрцев, Аль-рифаи Абдульмуин Характеристики рассеяния малоэлементных линейных антенных решеток директорных антенн // Доклады БГУИР. 2007. №1 (17). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/...