CC BY
12
АНАЛИЗ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Д.А. Везарко, магистрант
A.С. Чечельницкий, магистрант
B.А. Коптев, магистрант Б.М. Халматов, магистрант
Московский технический университет связи и информатики (Россия, г. Москва)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-3-2-156-160
Аннотация. В статье рассматривается проблема обнаружения малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА) с помощью систем активной радиолокации. Приводится классификация МБЛА в контексте радиолокационной заметности, а также классификация и анализ современных радиолокационных систем (РЛС) способных обнаруживать цели типа МБЛА. В результате дана оценка потенциальных возможностей по обнаружению рассмотренного класса систем.
Ключевые слова: малоразмерный беспилотный летательный аппарат, радиолокационная система, обнаружение, радиолокационная заметность, эффективная поверхность рассеяния.
Использование МБЛА в самых различных сферах активно растет, что что влечёт за собой угрозы для общественной и личной безопасности. Особенно это касается безопасности в военной сфере, потенциальных террористических атак.
Малые размеры, небольшая величина эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) и способность маневрировать на низких высотах делают МБЛА трудноуловимыми для традиционных радиолокационных систем (РЛС) - вероятность правильного обнаружения таких объектов значительно снижается из-за перечисленных факторов.
При разработке современных МБЛА внимание уделяется в первую очередь уменьшению радиолокационной заметно-сти. ЭПР МБЛА, находящийся в пределах от 0.001 до 1 м2, является показателем их высокой эффективности в обходе радиолокационного обнаружения. Это стало возможным благодаря прорывным технологиям в области аэродинамического дизайна и применению материалов с низким коэффициентом отражения радиоволн. С учётом этого, задача радиолокационного обнаружения целей типа МБЛА ключевым аспектом в стратегии противодействия
данным угрозам, как подчёркивается в исследованиях [1-2].
Классификация современных комплексов МБЛА
Основная классификация МБЛА по совокупности габаритных, весовых, оперативных и автономных характеристик, которая была предложена Международной ассоциацией по беспилотным летательным системам AUVSI (Association for Unmanned Vehicle Systems International) выглядит следующим образом [3]:
- "нано-БЛА" массой менее 0.025 кг, продолжительностью полета менее 0.5 часа, дальностью полета до 1 км и высотой полета до 100 м;
- "микро-БЛА" массой менее 5 кг, продолжительностью полета менее 1 -го часа, дальностью полета до 10 км и высотой полета до 250 м;
- "мини-БЛА" массой от 20 до 150 кг, продолжительностью полета менее 2-ух часов, дальностью полета до 30 км и высотой полета до 300 м;
- "легкие БПЛА для контроля переднего края обороны" массой от 25 до 150 кг, продолжительностью полета от 2-ух до 4-ех часов, дальностью полета от 10 до 30 км и высотой полета до 3000 м;
- "легкие БПЛА с малой дальностью полета" массой от 50 до 250 кг, продолжительностью полета от 3-ех до 6-ти часов, дальностью полета от 30 до 70 км и высотой полета до 3000 м;
- "средние БПЛА" массой от 150 до 500 кг, продолжительностью полета от 6-ти до 10-ти часов, дальностью полета от 70 до 200 км и высотой полета до 5000 м.
По конструктивным характеристикам МБЛА делятся в основном на:
- "БПЛА самолетного типа" с фиксированным крылом;
- "БПЛА вертолетного типа" с двумя несущими винтами или парой рулевого и несущего;
- "мультироторные БПЛА" имеют 2 и более независимых несущих винта;
- "гибридные БПЛА" с поворотными (или фиксированными), которые при взлете и посадке работают как подъемные, а при горизонтальном полете как тянущие, при горизонтальном полете подъемная сила обеспечивается фиксированным крылом.
По функциональным характеристикам МБЛА делятся на:
- разведывательные МБЛА;
- разведывательно-ударные МБЛА;
- МБЛА радиоэлектронной борьбы;
- транспортные МБЛА.
Во многих научных работах, в частности в [1], приводится информация о том, что значение ЭПР для цели типа МБЛА составляет порядка 0.001-0.01 м2 Однако в иных источниках, например в [4], ЭПР для малоразмерных гексакоптера CZ960 Copterxone и Phantom 3 составило величину порядка 0.1 м2 (для измерений использовалась сверхкороткоимпульсаная РЛС Х-диапазона).Здесь также утверждается, что для значительного числа МБЛА, представляющих реальную угрозу, оценки ЭПР занижаются более, чем на порядок.
Как правило, в радиолокации часто используются диапазоны длин волн, при которых линейный размер облучаемой цели много больше длины электромагнитной волны (ЭМВ) 81 >> Я - например, сантиметровый диапазон. В таких случаях принято говорить не об ЭПР цели, а о т.н. диаграмме вторичного излучения, которая
имеет сложный многолепестковый характер, в также "изрезанную" структуру [5]. Поэтому в зависимости от ориентации цели на РЛС, её ЭПР будет иметь разное значение. В этом контексте целесообразно говорить о средних значениях ЭПР.
В источнике [6] указывается, что ЭПР малоразмерной цели определяется множеством факторов, включая ее пространственное расположение, среду распространения ЭМВ, поляризацию приемопередающей антенны, длину волны, тип зондирующего сигнала. Даже очень незначительное изменение хотя бы одного из этих факторов приводит к изменению ЭПР цели на 20...30 дБ [7].
Анализ РЛС обнаружения МБЛА
В условиях стремительного развития и расширения сфер применения МБЛА, вопросы их обнаружения и идентификации становятся особенно актуальными как для обеспечения безопасности воздушного пространства, так и для выполнения специфических задач в военной и гражданской сферах. Радиолокационные системы обнаружения играют ключевую роль в решении этих задач, предоставляя возможность детектирования, сопровождения и классификации МБЛА на различных дистанциях и в разнообразных условиях эксплуатации.
На данный момент различают две основные группы систем, предназначенных для выявления МБЛА: оборонительные системы, задействованные для отражения военных угроз, и гражданские системы, используемые различными службами безопасности для мониторинга и управления воздушным пространством. К группе систем, предназначенных для отражения военных угроз, в первую очередь можно отнести современные комплексы противовоздушной обороны (ПВО).
Комплексы ПВО подразделяются на категории в зависимости от их дальности действия - комплексы малой, средней и большой дальности. Зенитно-ракетные комплексы (ЗРК) большой дальности, например, «С-400 Триумф», не привлекаются для задач обнаружения и нейтрализации МБЛА из-за несоответствия стоимости и эффективности. Для защиты крити-
чески важных объектов и подразделений, а также прикрытия комплексов большой дальности - предпочтение отдаётся системам малой и средней дальности, таким ЗРК как: «БУК-М2», «Тор-М2», «Панцирь-С1» и др. [8], обладающими способностью обнаружения "мини-БЛА" (с ЭПР обычно
Отсюда также можно подчеркнуть, что оценочные дальности, на которых РЛС воинских частей ПВО могут обнаружить МБЛА с ЭПР 0.1 м2, почти совпадают с реальными данными испытаний, чего нельзя сказать о МБЛА с ЭПР 0.01 м2, где реальные дальности стремятся к нулевым значениям. Утверждается, что для средств разведки войск ПВО цели с ЭПР « 0.01 м2 и меньше вообще не обнаруживаются.
Как указывается в работе [1], кроме комплексов ПВО, применяются перспективные РЛС с высокой степенью специализации, предназначенные для обнаружения и сопровождения целей типа МБЛА. Такие РЛС обладают потенциалом уверенного обнаружения целей с ЭПР 0.01 м2 на дистанциях от 3.5 до 12 км.
Такие системы могут активно применяться как в военной, так и в гражданской сфере, выполняя роль надежного средства для мониторинга и защиты от беспилотных летательных аппаратов. На поле боя они способствуют обеспечению превосходства в воздухе, предотвращая разведывательные и ударные операции противника, тогда как в гражданской жизни могут использоваться для защиты мест массово-
большей 0.01 м2) на дистанциях по разным оценкам до 7.4 км [1].
Исходя из данных работы [1] составлена таблица 1, в ней приведены оценочные дальности, на которых РЛС воинских частей ПВО могут обнаружить МБЛА, в зависимости от их ЭПР и диапазона используемых частот:
го скопления людей и важных инфраструктурных объектов от нежелательного воздушного наблюдения или атак.
Среди таких специализированных комплексов можно особо выделить отечественные РЛС "СМЕРЧ" и РЛС "ЕНОТ". Система "СМЕРЧ' основана на применении нового для таких задач типа сигналов (ансамбль OFDM) [9], также в зависимости от режима могут быть использоваться другие типы сигналов, такие как: сверхкороткий импульс, ансамбль ЛЧМ, шумовой. Комплекс способен обнаруживать МБЛА с ЭПР 0.01 м2 на дистанции до 2.1 км. "ЕНОТ" был разработан НПЦ "Элвис" -заявляется, что РЛС "ЕНОТ" [10] способна обнаруживать цели с ЭПР 0.01 м2 на удалении до 3 км. Известно, что в ноябре 2023 года данный комплекс был установлен в аэропорту Шереметьево. Обе системы работают в сантиметровом диапазоне. Также есть множество других комплексов со схожими тактико-техническими характеристиками по возможностям обнаружения МБЛА.
В таблице 2 приведены наиболее известные комплексы и их основные характеристики по обнаружению МБЛА:
Таблица 1. Потенциальные возможности обнаружения МБЛА системами ПВО
Диапазон ЭПР МБЛА, м2 Дальности обнаружения, км
метровый 0.1 8-14
0.01 0.1-1.5
дециметровый 0.1 9-16
0.01 0.8-2
сантиметровый 0.1 12-25
0.01 1.4-2.8
Таблица 2. Специализированные комплексы РЛС для обнаружения МБЛА (ЭПР обнаруживаемой цели » 0.01 м2)___
Название комплекса Дальность действия, км Излучаемая мощность, Вт Рабочие частоты, ГГц
СМЕРЧ (Россия) до 2.1 200 8.. .12
ЕНОТ (Россия) до 3 80 9.2...9.5
ЛиББ (Великобритания) до 2.5 4 15.7.17.2
МИЯ (Израиль) до 5 2.4
Стопдрон-горизонт (Россия) до 10 8 16.97
Радескан (Россия) до 1.5 0.1 2.3.2.5
САПСАН-Бекас (Россия) до 3.6 100 8.12
Заключение
Исходя из проведенного анализа, можно заключить, что такие системы РЛС могут уверенно обнаруживать МБЛА с ЭПР 0.01 м2 максимум на дистанции порядка 3.5 км. Некоторые данные из открытых источников кажутся довольно сомнительными, как например, дальность обнаружения МБЛА для комплекса "Стопдрон-горизонт" составляет 10 км, что скорее справедливо для МБЛА с ЭПР порядка 0.1 м2 но никак не 0.01 м2.
Представленные РЛС работают в самых разных частотных диапазонах - от Б- до Ки-диапазона, при этом излучаемые мощности находятся в очень широких пределах - от долей Вт до нескольких сотен Вт. Однако, предельные возможности обнаружения МБЛА для всех комплексов примерно одинаковые. Это говорит о том, что используются совершенно разные методы формирования и обработки сигналов, разные типы антенн и другие методы, повышающие вероятность обнаружения МБЛА.
Следует отметить, что ЭПР МБЛА демонстрирует значительные изменения с течением времени, обусловленные рядом факторов, в том числе ориентацией цели и характеристиками среды распространения ЭМВ. Это обстоятельство требует интеграции широкого спектра потенциальных значений ЭПР в процессе проектирования радиолокационных систем обнаружения. Помимо этого, следует учесть, что эффективное использование МБЛА ограничивается условиями сильного ветра (свыше 10 м/с) и осадков, что снижает вероятность их успешного маскирования среди быстро меняющихся пассивных помех и не требует компенсации потерь на распространение ЭМВ в условиях осадков. Кроме того, необходимо принимать во внимание, что дальность наблюдения за МБЛА должна быть согласована с их оперативной дальностью полета, ограниченной возможностями управления и автономностью, обычно не превышающей несколько километров.
Библиографический список
1. Еремин, Г.В. Малоразмерные беспилотники - новая проблема для ПВО / Г.В. Еремин, А.Д. Гаврилов, И.И. Назарчук // Армейский вестник. - 2015.
2. Самойлов, П.В. Угрозы применения малоразмерных БПЛА и определение наиболее эффективного способа борьбы с ними / П.В. Самойлов, К.А. Иванов // Молодой ученый. -2017. - № 4. - С. 59-65.
3. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.auvsi.org/ (дата обращения: 03.03.2024).
4. Ананенков А.Е., Марин Д.В., Нуждин В.М., Расторгуев В.В., Соколов П.В. К вопросу о наблюдении малоразмерных беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ. - 2016. - № 91. - С. 1-18.
5. Бердышев В.П. Радиолокационные системы: учеб. / В.П. Бердышев, Е.Н. Гарин, А.Н. Фомин [и др.]; под общ. ред. В.П. Бердышева. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т. -2011. - 400 с.
6. Бочкарев, А.М. Радиолокация малозаметных летательных аппаратов / А.М. Бочкарев, М.Н. Долгов // Зарубежная радиоэлектроника. - 1989. - № 2. - С. 3-17.
7. Скольник М. Справочник по радиолокации // Под ред. М. Скольника. Нью-Йорк, 1970. Пер. с англ. (в четырех томах) под общей ред. К.Н. Трофимова. Том 1. Основы радиолокации. Под ред. Я.С. Ицхоки. - М.: «Сов. радио», 1976. - 456 с.
8. Ганин, С.М. Современные самоходные зенитные установки / С.М. Ганин, А.В. Карпенко. - СПб.: Бастион. - 28 с.
9. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://rolos.ru/radar (дата обращения: 11.03.2024).
10. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://elvees.ru/home/index.php?id=95 (дата обращения: 09.03.2024).
ANALYSIS OF RADAR DETECTION SYSTEMS FOR SMALL-SIZED UNMANNED
AERIAL VEHICLES
D.A. Vezarko, Graduate Student
A.S. Chechelnitsky, Graduate Student V.A. Koptev, Graduate Student
B.M. Khalmatov, Graduate Student
Moscow Technical University of Communications and Informatics (Russia, Moscow)
Abstract. The article addresses the issue of detecting small-sized unmanned aerial vehicles (SUAVs) using active radar systems. It presents a classification of SUAVs in the context of radar visibility, as well as a classification and analysis of modern radar systems capable of detecting SUAV-type targets. As a result, an assessment of the potential capabilities for detecting the considered class of systems is provided.
Keywords: Small-Sized Unmanned Aerial Vehicle, Radar System, Detection, Radar Visibility, Radar Cross Section.
