CC BY
175КОСМИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
УДК 623.62
DOI 10.26732/^.2022.1.05
МОБИЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС РАДИОЭЛЕКТРОННОГО ПОДАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
А. Б. Гладышеви, А. Н. Фомин, Д. С. Ермоленко
Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Российская Федерация
В настоящее время использование малых беспилотных летательных аппаратов весом до 10 кг в разведывательных и диверсионных целях приобретает все большую актуальность. Причем использование средств радиолокации для их обнаружения становиться все менее эффективным. Это обусловлено малыми размерами беспилотных летательных аппаратов, материалами, из которых они изготавливаются, и малыми высотами полета данных средств. Поэтому наиболее эффективными средствами нейтрализации малых беспилотных летательных аппаратов являются средства радиоэлектронного подавления. Использование в беспилотниках спутниковых систем навигации с размещением антенн навигационных приемников в верхней полусфере летательных аппаратов создает определенные трудности для постановки помех наземными средствами радиоэлектронного подавления. В статье предложен вариант мобильного комплекса радиоэлектронного подавления системы спутниковой навигации беспилотных летательных аппаратов с использованием пассивного радиоотражателя с аэродинамическим устройством стабилизации. Представлена структура комплекса, рассчитана мощность помеховых сигналов, определены диапазоны рабочих частот передающего устройства, предложены типы используемых передающих антенн.
Ключевые слова: спутниковая навигация, БПЛА, радиоэлектронное подавление, пассивный радиоотражатель.
Введение
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) широко используются для несанкционированного наблюдения важных объектов, проведения терактов и диверсий, переноски запрещенных грузов, а также в военном деле.
В Ираке дрон Phantom от компании DJI, переоборудованный террористами для сброса гранат с хвостовиком-стабилизатором, одним попаданием самодельной бомбы уничтожил армейский бронированный внедорожник Humvee. Судя по доступным видеосвидетельствам, бомбометание квадрокоптеры осуществляют с высоты примерно в 200 метров - это позволяет скрыть шум винтов [1].
Дроны подобного типа очень сложно обнаружить по причине крайне малой радиолокационной, тепловой и звуковой заметности. Величина эффективной площади рассеяния малых БПЛА (МБПЛА) лежит в пределах 0,01...0,001 м2 ввиду их небольших геометрических размеров и ис-
Н [email protected] © Ассоциация «ТП «НИСС», 2022
пользования для их изготовления легких композитных материалов.
На сегодняшний день существующие комплексы противовоздушной обороны не всегда могут обнаружить МБПЛА радиолокационными и оптико-электронными средствами. При высоте полета порядка трехсот метров такой МБПЛА недоступен для стрелкового и даже пушечного оружия.
Одним из самых перспективных методов противодействия БПЛА на сегодняшний день является использование средств радиоэлектронного подавления систем навигации, управления и связи. В отличие от огневых средств поражения, использование комплексов радиоэлектронного подавления наиболее эффективно, малозатратно и несет в себе массовый характер нейтрализации групп БПЛА [2].
Стремительное развитие технологий спутниковой навигации привело почти к полному исчезновению дистанционно-пилотируемых БПЛА. Теперь в качестве бортовых навигационных систем в составе комплекса управления БПЛА используются приемники спутниковых навигационных сигналов (ГНСС-приемники). Существуют лишь некоторые типы МБПЛА, которые по своим
А. Б. Гладышев, А. Н. Фомин, Д. С. Ермоленко
Мобильный комплекс радиоэлектронного подавления системы спутниковой навигации
массогабаритным показателям не позволяют разместить ГНСС-приемники для использования в бортовом комплексе управления.
Задача радиоэлектронного подавления систем управления и связи сводится к формированию на входе приемных устройств этих систем величины отношения сигнал/шум, при котором не обеспечивается прием информации с заданной вероятностью ошибочного приема [3; 4].
Наиболее сложной задачей, в отличие от предыдущей, является организация радиоэлектронного подавления спутниковой радионавигационной системы БПЛА. Ввиду расположения приемных антенн ГНСС-приемников в верхней полусфере БПЛА, учета их диаграмм направленности, возникают некоторые особенности подавления навигационной аппаратуры наземными средствами радиоэлектронного подавления.
Подавляющее число зарубежных БПЛА используют для навигации сигналы спутниковой навигационной системы GPS с несущими частотами 1227 и 1575 МГц.
Для организации канала радиоуправления и высокоскоростной передачи телеметрии и данных на наземный пункт управления могут использоваться следующие диапазоны частот: УКВ (225-400 МГц), L (1,4-1,85 ГГц), S (2,2-2,5 ГГц), С (4,4-5,85 ГГц).
1. Разработка варианта мобильного комплекса радиоэлектронного подавления МБПЛА с использованием пассивного радиоотражателя
Одной из характерных особенностей подавления ГНСС-приемников, установленных на
МБПЛА, является размещение их антенных систем в верхней полусфере летательного аппарата. Ввиду того, что максимум диаграммы направленности (ДН) антенны направлен вертикально, даже при ширине ДН порядка 90-110° и высоте полета МБПЛА 300 м достаточно сложно поставить помеху даже по боковым лепесткам ДН навигационной антенны наземными средствами радиоэлектронной борьбы.
Для более эффективного воздействия на ГНСС-приемник МБПЛА необходимо увеличивать высоту передающей антенны комплекса создания помех.
Для решения этой задачи предлагается использовать пассивный радиоотражатель в виде сферы, вывешенный на необходимую высоту с помощью аэродинамического устройства.
Выбор сферы в качестве пассивного радиоотражателя обусловлен тем, что сфера является всенаправленным вторичным отражателем, как в моностатическом, так и в бистатическом режимах, то есть рассеивает всю падающую на нее энергию во все стороны равномерно [5]. Благодаря этому формируется сектор радиоподавления по азимуту 360° (вкруговую) без применения антен-но-поворотных устройств и всенаправленных антенн.
Структурно разрабатываемый вариант мобильного комплекса радиоэлектронного подавления МБПЛА должен состоять из следующих основных элементов:
• мобильная станция помех;
• привязной пассивный радиоотражатель с аэродинамическим устройством стабилизации.
Общий вид разрабатываемого комплекса представлен на рис. 1.
39
Рис. 1. Вариант мобильного комплекса радиоэлектронного подавления МБПЛА: 1 - мобильная станция помех; 2 - привязной пассивный радиоотражатель; 3 - аэродинамическое устройство стабилизации
№ 1 (39) 2022
2. Мобильная станция помех
Аппаратура станции помех может устанавливаться на платформу гражданских или военных полноприводных автомобилей.
В состав аппаратуры станции входят:
• комплект направленных передающих антенн;
• система формирования помеховых сигналов;
• подсистема обнаружения и пеленгации излучения МБПЛА;
4° • автоматизированное рабочее место опера-
тора;
• аппаратура системы электропитания;
• аппаратура и оборудование системы жизнеобеспечения.
3. Комплект направленных передающих антенн
Передающие антенны предназначены для излучения помеховых сигналов в направлении на пассивный радиоотражатель - «вверх». Эти антенны располагаются в специальном автомобильном боксе, размещенном на крыше кузова автомобиля, и направлены вертикально вверх на оболочку привязного пассивного радиотражателя.
Выбор передающих антенн должен быть произведен в соответствии с основными частотными диапазонами, используемыми в каналах связи, управления и навигации МБПЛА.
Исходя из результатов анализа частотных диапазонов систем навигации, управления и связи МБПЛА, в комплект антенн должны входить:
1) Логопериодическая антенна, излучающая сигнал в диапазоне 225.. .400 МГц, предназначенная для подавления связи и каналов управления МБПЛА. В качестве антенны целесообразно использовать промышленную антенну типа Радиал LPA-UAVIA [6]. Внешний вид антенны представлен на рис. 2.
ЛШш
Том 6
ная для подавления связи и каналов управления МБПЛА.
В качестве антенны может быть использована антенна Радиал RAS-12-915-60 [6]. Внешний вид антенны представлен на рис. 3.
Рис. 3. Антенна Радиал RAS-12-915-60
3) Антенна панельного типа, излучающая сигнал в диапазоне 2400.2500 МГц, предназначенная для подавления связи и каналов управления МБПЛА.
Предлагается использование антенны Радиал SU-20W [6]. Внешний вид антенны представлен на рис. 4.
Рис. 4. Антенна Радиал SU-20W
4) Антенна панельного типа, излучающая сигнал в диапазоне 5750.5850 МГц, предназначенная для подавления связи и каналов управления МБПЛА.
В качестве антенны может быть выбрана антенна Радиал SU-18Z [6]. Внешний вид антенны представлен на рис. 5.
Рис. 2. Антенна Радиал ЬРА-иА^А
2) Антенна панельного типа, излучающая сигнал в диапазоне 902.928 МГц, предназначен-
Рис. 5. Антенна Радиал SU-18Z
А. Б. Гладышев, А. Н. Фомин, Д. С. Ермоленко
Мобильный комплекс радиоэлектронного подавления системы спутниковой навигации
5) Рупорная антенна, излучающая сигнал на частотах 1227 МГц и 1575 МГц, предназначенная для подавления сигналов спутниковой радионавигационной системы GPS.
В качестве антенны можно использовать антенну Schwarzbeck BBHA 9120 LF. Внешний вид антенны представлен на рис. 6.
Рис. 6. Антенна Schwarzbeck BBHA 9120 LF
4. Устройство формирования помех
В качестве устройства формирования помех выбрано изделие «Штора-2», разработанное АО «Кобра» и предназначенное для противодействия МБПЛА [7] (рис. 7). Изделие является перспективным и в ближайшем будущем ожидается начало серийного производства данного изделия. Изделие выполнено в виде блока передатчиков и блока питания. Конструктив изделия позволяет производить замену модулей подавления, что позволяет облегчить использование, модернизацию и обслуживание.
Рис. 7. Общий вид изделия «Штора-2»
5. Привязной пассивный радиоотражатель с аэродинамическим устройством стабилизации
Привязной пассивный радиоотражатель представляет собой оболочку в форме сферы, а также прикрепленное к ней аэродинамическое устройство стабилизации, выполненное в виде флюгирующего надуваемого воздушным потоком объемного тела обтекаемой формы, снабженного килем, которое при заполнении его воздухом имеет в плоскости продольного сечения форму аэродинамического крыла. Подъем пассивного радиоотражателя на высоту осуществляется с помощью троса и ручной барабанной лебедки.
Оболочка пассивного радиоотражателя выполнена из технической алюминиевой фольги. В качестве наполнения выбран инертный газ гелий, в отличие от водорода он не поддерживает горения, что существенно повышает безопасность разрабатываемой системы. На рис. 8 изображен общий вид привязного пассивного радиоотражателя с аэродинамическим устройством стабилизации.
41
Рис. 8. Привязной пассивный радиоотражатель с аэродинамическим устройством стабилизации и вариантом его установки на автомобиль
№ 1 (39) 2022
В процессе проведения работы был выполнен расчет объема сферы радиусом ЛСФ = 5 м и определена величина подъемной силы гелия ^подъем, заполняющего оболочку радиоотражателя, которая составила ^подъем = 5135 Н. Допустимая масса привязного пассивного радиоотражателя при заданном значении плотности воздуха и максимальной высоты подъема радиоотражателя 300 м составит 523 кг.
В качестве материала для оболочки, согласно [8], выбрана техническая алюминиевая фольга толщиной 0,2 мм и удельной массой 540 г/м2. В ка-42 честве привязного троса предлагается использование синтетического плетенного 16-прядного шнура диаметром 12 мм.
Такой трос имеет разрывную нагрузку, равную 1920 кг, и удельную массу 65,6 г/м. Суммарная масса оболочки, троса и аэродинамического устройства стабилизации составит согласно расчетам около 335 кг.
6. Расчет энергетики каналов подавления
На основании выводов, представленных в работах [9-11], были рассчитаны значения необходимой мощности помехи УКВ диапазона для подавления каналов управления и связи сигнала GPS навигационного приемника МБЛПА.
Необходимым и достаточным значением мощности прямошумовой помехи УКВ диапазона на входе приемного устройства МБПЛА будет:
—П УКВ ВХ. = 10 Вт.
Рис. 9. Зависимость мощности передатчика, необходимой для подавления канала управления и связи
Том 6
Для подавления канала навигации —П GPS ВХ составит:
—П GPS вх. = 1° Вт-
На рис. 9 представлены графики изменения мощности передатчика помех, необходимой для подавления канала управления и связи при расстоянии 5 километров между БПЛА и отражателем, в зависимости от высоты его поднятия, построенные в программе Mathcad 15.
На рис. 10 представлены графики изменения мощности передатчика помех, необходимой для подавления канала навигации, при расстоянии 5 километров между БПЛА и отражателем, в зависимости от высоты его поднятия, построенные в программе Mathcad 15.
РпБЫХ, Вт
1227 МГц
1575 МГц
50 75 1(1(1 125 150 175 200 225 250 275 300 ЙОТР,«
Рис. 10. Зависимость мощности передатчика, необходимой для подавления канала навигации
Заключение
Таким образом, по результатам проделанных работ можно сделать вывод, что представленная структура мобильного комплекса подавления системы спутниковой навигации БПЛА с использованием пассивного радиоотражателя с аэродинамическим устройством стабилизации позволяет эффективно осуществлять радиоэлектронное подавление не только системы навигации МБПЛА, но и, в случае использования многодиапазонного передатчика помех и соответствующих антенных систем, осуществлять блокирование каналов управления и связи.
Необходимым и достаточным значением мощности прямошумовой помехи на входе ГНСС-приемника системы GPS составит 10-12 Вт.
Список литературы
[1] Зайцев А. В. Комплексная система противодействия беспилотным летательным аппаратам // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2018. № 3 (103). С. 21-25.
А. Б. Гладышев, А. Н. Фомин, Д. С. Ермоленко
Мобильный комплекс радиоэлектронного подавления системы спутниковой навигации
[2] Гулидов А. А., Ельцов О. Н., Яковлев Р. С. Борьба с беспилотными комплексами - новая задача радиоэлектронной борьбы // Радиоэлектронная борьба в Вооруженных Силах Российской Федерации. 2016. С. 44.
[3] Макаренко С. И. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Часть 3. Радиоэлектронное подавление систем навигации и радиосвязи // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 2. С. 101-175. doi: 10.24411/2410-9916-2020-10205.
[4] Гарин Е. Н. Военно-техническая подготовка. Военно-технические основы построения средств и комплексов радиоэлектронного подавления: учебник / Е. Н. Гарин, А. С. Осипов, А. Б. Гладышев [и др.] ; 2-е изд., перераб. и доп. Красноярск. СФУ 2021. 478 с.
[5] Кобак В. О. Радиолокационные отражатели. М. : Сов. радио, 1975. С. 101-105.
[6] Базовое антенно-фильтровое оборудование [Электронный ресурс]. URL: https://www.radial.ru/catalog/ antennas/ (дата обращения: 01.11.2021).
[7] АО «КОБРА» [Электронный ресурс]. URL: http://kobra.su/ (дата обращения: 04.11.2021).
[8] ГОСТ 618-2014 «Фольга алюминиевая для технических целей. Технические условия». 43
[9] Дятлов А. П., Дятлов П. А., Кульбикаян Б. Х. Радиоэлектронная борьба со спутниковыми радионавигационными системами: монография. М. : Радио и связь, 2004. 226 с.
[10] Макаренко С. И. Противодействие беспилотным летательным аппаратам: монография. СПб. : Наукоемкие технологии, 2020. 204 с.
[11] Тяпкин В. Н., Гарин Е. Н. Методы определения навигационных параметров подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС: монография. Красноярск : СФУ, 2012. 259 с.
MOBILE COMPLEX OF ELECTRONIC COUNTERMEASURES OF SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS FOR UNMANNED
AERIAL VEHICLES
A. B. Gladyshev, A. N. Fomin, D. S. Ermolenko
Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russian Federation
In this time using small unmanned pilot apparitions, weight until 10 kg in search and sabotage target acquires more and more relevance. Besides using resources of radiolocation for searching come less effective. It is due to small sizes unmanned pilot apparition, materials which are used in this and low flying of apparitions. Because more effective resources nitralisation small unmanned pilot apparition is instrument of radio-electronic suppression. Use in unmanned satellite systems of navigation with replacing antenna include navigation receivers in the upper hemisphere of apparitions create some problem of jamming by ground-based means of radio-electronic suppression. In this document provide variant of mobile complex include radio-electronic suppression satellite systems of navigation unmanned pilot apparitions with using passive radio-reflection with aerodynamic stabilization devices. This complex of model, calculated power jamming signal, defined using range of transmitting device, retold types of transmitting
antennas used.
Keywords: satellite navigation, UAV, electronic countermeasures, passive radio reflector.
References
[1] Zaitsev A. V. Kompleksnaya sistema protivodejstviya bespilotny^m letateVny^m apparatam [A comprehensive system for countering unmanned aerial vehicles] // News of the Russian Academy of Missile and Artillery Sciences, 2018, no. 3 (103), pp. 21-25. (In Russian)
[2] Gulidov A. A., Yeltsov O. N., Yakovlev R. S. Bor^ba s bespilotny^mi kompleksami - novaya zadacha radioe'lektronnoj borsbys [The fight against unmanned complexes is a new task of electronic warfare] // Electronic warfare in the Armed Forces of the Russian Federation, 2016, P. 44. (In Russian)
№ 1 (39) 2022
Том 6
[3] Makarenko S. I. Analiz sredstv i sposobov protivodejstviya bespilotny^m letateVny^m apparatam. Chasts 3. Radioelektronnoe podavlenie sistem navigacii i radiosvyazi [Analysis of means and methods of countering unmanned aerial vehicles. Part 3. Electronic suppression of navigation and radio communication systems] // Control, communication and safety systems, 2020, no. 2, pp. 101-175. doi: 10.24411/2410-9916-2020-10205. (In Russian)
[4] Garin E. N. Voenno-tekhnicheskaya podgotovka. Voenno-tekhnicheskie osnovy postroeniya sredstv i kompleksov radioelektronnogo podavleniya [Military-technical training. Military-technical foundations for the construction of means and complexes of electronic suppression]. Krasnoyarsk, SibFU, 2021, 478 p. (In Russian)
[5] Kobak V. O. Radiolokacionnyse otrazhateli [Radar reflectors]. Moscow, Soviet radio, 1975, pp. 101-105. (In Russian)
[6] Bazovoe antenno-fil'trovoe oborudovanie [Basic antenna-filter equipment]. Available at: https://www.radial.ru/ catalog/antennas/ (accessed 01.11.2021). (In Russian)
[7] JSC «KOBRA». Available at: http://kobra.su/ (accessed 04.11.2021). (In Russian)
[8] GOST 618-2014 «Fol'ga alyuminievaya dlya tekhnicheskih celej. Tekhnicheskie usloviya» [State Standard 61844 2014 «Aluminum foil for technical purposes. Specifications»]. (In Russian)
[9] Dyatlov A. P., Dyatlov P. A., Kulbikayan B. Kh. Radioelektronnaya bor^ba so sputnikovy'mi radionavigacionny'mi sistemami [Electronic warfare with satellite radio navigation systems]. Moscow, Radio and communications, 2004, 226 p. (In Russian)
[10] Makarenko S. I. Protivodejstvie bespilotnysm letateVnysm apparatam [Opposition to unmanned aerial vehicles]. St. Petersburg, Science-intensive technologies, 2020, 204 p. (In Russian)
[11] Tyapkin V N., Garin E. N. Metody opredeleniya navigacionnyh parametrov podvizhnyh sredstv s ispol'zovaniem sputnikovoj radionavigacionnoj sistemy GLONASS [Methods for determining the navigation parameters of mobile vehicles using the GLONASS satellite radio navigation system]. Krasnoyarsk, SibFU, 2012, 259 p. (In Russian)
Сведения об авторах
Гладышев Андрей Борисович - кандидат технических наук, начальник кафедры Сибирского федерального университета. Окончил Военный университет ПВО (г. Тверь) в 2000 году. Область научных интересов: радиолокация и радионавигация, системы связи, системы радиоэлектронной борьбы.
Ермоленко Дмитрий Сергеевич - преподаватель кафедры РЭБ Сибирского федерального университета. Окончил факультет автоматики и вычислительной техники Красноярского политехнического института в 1988 году. Область научных интересов: системы радиоэлектронной борьбы.
Фомин Алексей Николаевич - кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры РЭБ Сибирского федерального университета. Окончил Киевское высшее инженерное радиотехническое училище ПВО в 1974 году. Область научных интересов: радиолокация, системы радиоэлектронной борьбы.
