Мобильный комплекс радиоэлектронного подавления системы спутниковой навигации беспилотных летательных аппаратов

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-

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 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

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 антенно-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.

Одной из характерных особенностей подавления ГНСС-приемников, установленных на

Рис. 1. Вариант мобильного комплекса радиоэлектронного подавления МБПЛА: 1 – мобильная станция помех; 2 – привязной пассивный радиоотражатель; 3 – аэродинамическое устройство стабилизации

(оСМИЧЕскиЕ

АППАРАТЫ И

Том 6

2.    Мобильная станция помех ная для подавления связи и каналов управления МБПЛА.

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;

• •    автоматизированное рабочее место оператора;

• •    аппаратура системы электропитания;

• •    аппаратура и оборудование системы жизнеобеспечения.

  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.    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 ис-

• пользовать промышленную антенну типа Радиал LPA-UAVIA [6]. Внешний вид антенны представлен на рис. 2.

Рис. 2. Антенна Радиал LPA-UAVIA

• 2)    Антенна панельного типа, излучающая сигнал в диапазоне 902…928 МГц, предназначен-

• 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. 5. Антенна Радиал SU-18Z

• 5)    Рупорная антенна, излучающая сигнал на частотах 1227 МГц и 1575 МГц, предназначенная для подавления сигналов спутниковой радионавигационной системы GPS.

• 4.    Устройство формирования помех

• 5.    Привязной пассивный радиоотражатель с аэродинамическим устройством стабилизации

В качестве антенны можно использовать антенну Schwarzbeck BBHA 9120 LF. Внешний вид антенны представлен на рис. 6.

Рис. 6. Антенна Schwarzbeck BBHA 9120 LF

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»

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.

Рис. 8. Привязной пассивный радиоотражатель с аэродинамическим устройством стабилизации и вариантом его установки на автомобиль

К1ЛЕ АППАРАТЫ Ш

Том 6

В процессе проведения работы был выполнен расчет объема сферы радиусом R _СФ = 5 м и определена величина подъемной силы гелия F _подъем , заполняющего оболочку радиоотражателя, которая составила F _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 качестве 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:

Рис. 9. Зависимость мощности передатчика, необходимой для подавления канала управления и связи

Для подавления канала навигации Р _{П GPS ВХ} составит:

Р П GPS ВХ. = 10^-12 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 за- висимости от высоты его поднятия, построенные

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.