ИННОВАЦИОННЫЙ ПОДХОД К ВОПРОСУ ОБНАРУЖЕНИЯ
МАЛОГАБАРИТНЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Авторы: Д.Г. Митрофанов, С.В. Шишков
Источник: Известия Южного федерального университета. Технические науки
Научно-технический прогресс за последние два десятилетия со- вершил несколько революций, которые привели к большому прорыву в вопросах использования ЭВМ, беспилотных летательных аппаратов (БЛА), искусственного интеллекта, роботизированных комплексов в новом витке «гонки» высокоточного вооружения между конфликтующими сторонами. В ближайшем времени будет полностью стерта грань между беспилотными летательными аппаратами, роботизированными комплексами и высокоточным оружием на основе использования технического (компьютерного) зрения и управления средствами поражения искусственным интеллектом. За последнее время во всех относительно крупномасштабных военных конфликтах в качестве обязательного элемента используются БЛА и крылатые ракеты морского и авиационного базирования, которые входят в состав большой классификационной системы летательных аппаратов Научно-технический прогресс за последние два десятилетия со- вершил несколько революций, которые привели к большому прорыву в вопросах использования ЭВМ, беспилотных летательных аппаратов (БЛА), искусственного интеллекта, роботизированных комплексов в новом витке «гонки» высокоточного вооружения между конфликтующими сторонами. В ближайшем времени будет полностью стерта грань между беспилотными летательными аппаратами, роботизированными комплексами и высокоточным оружием на основе использования технического (компьютерного) зрения и управления средствами поражения искусственным интеллектом. За последнее время во всех относительно крупномасштабных военных конфликтах в качестве обязательного элемента используются БЛА и крылатые ракеты морского и авиационного базирования, которые входят в состав большой классификационной системы летательных аппаратов.
Зарубежная система классификации предусматривает подразделение военных БЛА по предназначению на разведывательные, боевые (ударные) и БЛА обеспечения (для выполнения) других задач [1–3]. К основным объектам разведки БЛА относятся: пусковые установки тактического ядерного оружия; командные пункты противовоздушной обороны; средства противовоздушной обороны, развернутые на позициях; аэродромы, мосты и туннели; зенитные ракетные комплексы (ЗРК) и зенитные самоходные установки на марше; танки и т.д.
Постановка задач исследования. Для разработки инновационного подхода к вопросу обнаружения МБЛА необходимо решить следующие задачи: провести анализ МБЛА, порядок их применения, возможность их обнаружения с учетом кругового обзора обнаружителями работающих в различных диапазонах электромагнитных волн; разработать новый способ многоканального обнаружения МБЛА; разработать порядок обработки, полученной обнаружителями информации.
Исследование вопросов классификации показывает, что, несмотря на некоторую очевидность признаков и классов, вопрос классификации МБЛА является достаточно принципиальным. Вариант классификации МБЛА приведен в табл. 1. Проведенный анализ классификации МБЛА показал, что по их основным характеристикам с учетом существующих комплексов ПВО и их возможности обнаружения БЛА для последующего их поражения или захвата МБЛА разделяются на две основные группы:
МБЛА применяются в различных тактических условиях. Способы их применения включают в себя не только полет на предельно малых высотах, но и использование разнообразных помех, а также снижение радиозаметности, уровня инфракрасного излучения и акустического шума. Отличие от существующих беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов заключается в том, что МБЛА имеют большую манёвренность даже в сложных условиях рельефа местности. Движение в пространстве МБЛА могут осуществлять на предельно малых высотах, в широком диапазоне скоростей (до 400 км/ч), в ущельях и оврагах, в тени от местных возвышенностей и за горизонтом. Поэтому их обнаружение РЛС войсковых ЗРК является затруднительным или невозможным
Таблица 1
Классификация МБЛА
Класс | Предназначение БЛА | ||
1 | Миниатюрные БЛА |
М Б Л А | Практически полная невидимость в различных спектрах волн и бесшумность. Применяются для ведения разведки в условиях, требующих максимальной скрытности (включая возможность проникновения в помещения, занятые противником). Это очень актуально при ведении боевых действий в городе и в ходе антитеррористических операций |
2 | Сверхмалые (переносные) БЛА | Обеспечение разведывательной информацией небольших подразделений до батальона включительно, групп специального назначения, других подразделений, выполняющих боевые задачи автономно. Их принадлежность определяет взлетная масса 210 кг, полезная нагрузка 0,52 кг, продолжительность полета до одного часа | |
3 |
Малые БЛА | Ведение разведки в интересах звена бригады, наведение (целеуказание) огневых средств, корректирование их огня, патрулирование местности, выполнение ударных задач, борьба с БЛА противника. БЛА данного класса имеют массу 1050 кг, полезная нагрузка 1520 кг, радиус действия до 60 км, продолжительность полета 45 ч. На борту БЛА этого класса возможно применение РЛС миллиметрового диапазона. Запуск БЛА требует наличия пусковой установки | |
.
Кроме МБЛА военного назначения все большее развитие получают МБЛА с коммерческими задачами «дроны» (квадрокоптеры, мультикоптеры) с дистанци- онным управлением. Популярность и доступность «дронов» стремительно растут. За два года, с 2013 по 2015, рынок «дронов» увеличился на мировом рынке в 7 раз, а в России в 9 раз, что соответствует численности около 40 000 штук. Вместе с ростом продаж «дронов» [4] растет количество правонарушений их применения.
Основным правонарушением, связанным с применением МБЛА в виде «дро- нов», является терроризм. Это выражается в осуществлении террористических актов путём воздушного заброса самодельных взрывных устройств [5-7] в места скопления людей, вооружения и боеприпасов. Примером являются МБЛА фирмы DJ I, которая в данный момент времени выпускает самые распространенные в мире «беспилотники». Такие МБЛА позво- ляют нести на себе самодельные взрывные устройства и малые боеприпасы (на- пример, 40-миллиметровые гранаты от подствольных гранатометов).
Приведенные факты использования МБЛА террористами не очень показательны и носят в основном случайный характер. Но это только до тех пор, пока у террористов не появится возможность использования ударных «беспилотников», которые уже стоят на вооружении многих стран. Известны примеры, когда начиненные небольшим количеством тротила и взрывателем ударного действия, куп- ленные «беспилотники» вручную по стандартному каналу управления типа Lightbridge направлялись на позиции противника на дальности устойчивого изображения бортовой камеры, т.е. на дистанции порядка километра. Такие МБЛА, управляемые террористами, обычно несут до двух взрывных устройств, снабженных стабилизаторами, или применяются как разведчики.
Взрывные устройства, носимые МБЛА, как правило, самодельные. Они снабжены простейшим контактным взрывателем ударного действия, заключены в легкий пластмассовый корпус и снабжены небольшим количеством поражающих элементов, чтобы не превышать массогабаритную нагрузку «дрона». Сброс таких самодельных взрывчатых устройств в подавляющем большинстве случаев приводит к незначительным осколочным повреждениям вооружения и легким ранениям (контузиям) личного состава, оказавшегося на удалении порядка10 м от места подрыва. Своевременное срабатывание таких самодельных взрывных устройств происходит примерно в 60–70 % случаев [5–7].
Для организации борьбы с МБЛА, в первую очередь, необходимо обеспечить их достоверное обнаружение. Процесс обнаружения МБЛА связан с решением задач по определению его демаскирующих признаков. К основным демаскирующим признакам МБЛА относятся: нелинейные электромагнитные свойства электронной аппаратуры МБЛА; проявление в отраженном сигнале эффекта Доплера; собственное электростатическое поле за счет трения МБЛА о воздух; отражающие свойства некоторых металлонесущих элементов в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ); отражения в оптическом диапазоне; инфракрасное отражение (тепловое поле двигателя); акустическое поле винта и двигателя (может отсутствовать при планировании). Анализ перспективных методов и средств обнаружения и борьбы с МБЛА приведен в табл. 2 [8, 9].
Таблица 2
Перспективные средства обнаружения и борьбы с МБЛА
Наименование производителя | Основные характеристики средств обнаружения | Основные характеристики средств борьбы |
Система обнаружения и нейтрализации БЛА «Анти Дрон» | ||
Detect | РЛС – радар Harrier: 360-градусный охват территории, обнаружение БЛА/БПЛА на расстоянии до 16 км, МБЛА до 5 км, с последующим видеозахватом МБЛА | Система направленной постановки радиоэлектронных помех включает в себя три интегрированные антенны с круговой поляризацией и высоким коэффициентом усиления |
Система акустического обнаружения МБЛА и сигнализация об их проникновении | ||
DroneShield | Акустические детекторы ближнего обнаружения. Дальность обнаружения: 100 м по расстоянию до цели и 100 м по высоте цели. Угол охвата 180° | Акустическая пушка DLRAD позволяет временно нейтрализовать оператора МБЛА, отвлечь его от управления летательным аппаратом и дать сотрудникам отдела безопасности время для поимки виновника инцидента |
Акустические детекторы дальнего обнаружения. Дальность обнаружения: 1000 м по расстоянию до цели и 500 м по высоте цели. Угол охвата 30° | Пневмосеть оснащена сменными картриджами и заряжается при помощи стандартных баллончиков СО2 | |
Из табл. 2 следует, что основные характеристики перспективных систем обнаружения МБЛА и способов борьбы с ними позволяют проводить обнаружение МБЛА в радиолокационном, визуальном и звуковом диапазонах электромагнитных волн. При этом круговой обзор обеспечивают РЛС с последующим видеозахватом и направленной постановкой помех. Система акустического обнаружения МБЛА позволяет обнаруживать их на расстоянии 100 м в секторе обзора, равном
180°, и сигнализировать охране о несанкционированном проникновении в зону контроля. Демаскирующие признаки МБЛА в условиях их обычного применения отличаются в случае применения противником средств РЭБ. В этих условиях, когда РЛС кругового обзора будет подавлена, наиболее эффективными средствами обнаружения МБЛА становятся звуковые или оптические обнаружители.
Все вышесказанное еще раз подтверждает, что требования, предъявляемые к точности определения координат и параметров МБЛА, для сложных и даже обычных условий обстановки в настоящее время не удовлетворяются, и требуется поиск путей альтернативного дублирования радиолокационных каналов звуковыми и оптическими каналами. В результате возникла необходимость разработки инновационного подхода к обнаружению МБЛА, основанного на использовании многоканального устройства системы (комплекса), которое позволяет обнаруживать МБЛА и определять их местоположение в пространстве. При этом необходимо учесть применение в перспективном комплексе обнаружения следующих показателей: круговой обзор на 360о по горизонтали и на 180о по вертикали, параллельная работа в оптическом, звуковом и радиолокационном диапазонах волн, возможность размещения на подвижных объектах; возможность создания достоверного трехмерного объемного изображения МБЛА и определения его дальнейшего направления движения для прицеливания.
Многоканальное устройство обнаружения МБЛА и прицеливания предлагается строить на следующих принципах. Три и более пространственно разнесённые точки обнаружения должны размещаться на гиростабилизированных платформах 1, связанных между собой рабочими базами 2 [10–12]. Используемые в комплексе разнесенные устройства обнаружения автоматически определяют расстояния между собой и свои пространственные координаты, что позволяет адаптивно располагать их в любых удобных местах как на подвижных, так и на стационарных объектах.
Способ обнаружения МБЛА основан на использовании новых подходов создания информационного поля, применения различных платформ, связанных между собой рабочими базами, которые автоматически определяют расстояния между собой и свои пространственные координаты, что позволяет размещать измерители в различных точках пространства с учетом рельефа местности [13].
Алгоритм идентификации определен следующей последовательностью:
Заключение. Основными целями и задачами, стоящими перед предлагаемым комплексом, являются обнаружение МБЛА в пассивном и активном режимах работы в оптическом, звуковом и радиолокационном диапазонах волн, создание достоверного трехмерного объемного изображения МБЛА на экране ЭВМ, которое указывает оператору направление движения МБЛА.
Использование предлагаемого комплекса обнаружения и измерения координат МБЛА может обеспечить выбор наиболее эффективных средств борьбы с ни- ми, что снизит угрозу несанкционированного террористического применения МБЛА.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК