СПОСОБ И УСТРОЙСТВО МНОГОФАКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ ОБЪЕКТОВ ОТ МИНИАТЮРНЫХ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
METHOD AND DEVICE FOR MULTIFACTOR PROTECTION OF OBJECTS FROM MINIATURE UNMANNED AERIAL VEHICLES

Изобретение относится к области противодействия беспилотным летательным аппаратам (БЛА) и может быть использовано при разработке комплексов борьбы с ними и предотвращения противоправных проникновений БЛА миниатюрных размеров (мини-БЛА) на территорию контролируемых объектов. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение надежности защиты объектов от мини-БЛА, достигаемое за счет комплексного применения многопозиционного радиолокационного комплекса и одновременного использования нескольких поражающих факторов, включающих радиоэлектронное подавление бортовых приемных устройств мини-БЛА и создание облака поражающих элементов, приводящего к физическому повреждению элементов конструкции миниатюрного беспилотного летательного аппарата или препятствующего выполнению им своих задач.
Большинство известных предложений в области противодействия БЛА ограничиваются рассмотрением только способов и устройств их обнаружения или функционального поражения. Однако, для таких целей, как мини-БЛА, обладающих крайне малой радиолокационной, оптической, тепловизионной и акустической заметностью, решающее значение приобретают прежде всего возможности по их своевременному и достоверному обнаружению. Что касается способов функционального воздействия на мини-БЛА, то в известных изобретениях не в полной мере учитываются их характерные тактико-технические и летно-технические характеристики (ТТХ и ЛТХ), способность мини-БЛА практически мгновенно менять траекторию и скорость полета, вертикально взлетать и приземляться. Это делает малоэффективными большинство предложений, предусматривающих борьбу с ними на основе традиционных подходов, характерных для других аэродинамических воздушных объектов. Кроме того, практически во всех предлагаемых решениях отсутствует принципиальная возможность противодействовать одновременно нескольким мини-БЛА. Это делает мало востребованными такие предложения при необходимости обеспечить защиту объектов от угроз со стороны группы мини-БЛА, особенно совершающих налеты на объект одновременно с разных сторон.
Немаловажным при оценке предлагаемых решений по борьбе с БЛА является и то обстоятельство, что большинство мини-БЛА, способных представлять угрозу для защищаемых объектов, имеют гораздо более низкую стоимость по сравнению с такими традиционными летательными аппаратами, как самолеты, крылатые и иные классы ракет. Ввиду этого, при выборе способов борьбы с ними следует исходить из соизмеримости затрат на создание и применение таких устройств и стоимости самих мини-БЛА. Таким образом необходимо комплексное организационно-техническое решение, в основе которого должны лежать способы эффективного обнаружения мини-БЛА и их надежного функционального поражения.
Известны различные способы поражения или подавления БЛА, отличающиеся принципами работы и условиями применения. Например: БЛА - перехватчики БЛА (патент №2490585 от 15.05.2012 г.); сети-ловушки устанавливаемые в воздухе с помощью различных средств (патенты №72753 от 27.04.2008 г., №72754 от 27.04.2008 г., №2679377 от 08.02.2018 г.); противовоздушные мины различных конструкций (патенты №2237859 от 10.10.2004 г., №2734267 от 20.08.2019 г.); аэростаты заграждения, предназначенные для препятствования полета БЛА (патенты №63785 от 30.06.1944 г., №2273818 от 10.04.2006 г.).
Эффективное применение этих технических решений ограничивается несовершенством конструкции и способов использования, малым защищаемым с помощью таких средств пространством. Кроме того, по условиям безопасности или санитарным ограничениям большинство из них не могут применяться в районах нахождения людей. Например, такими условиями ограничено применение мощных электромагнитных импульсов, которые способны выводить из строя не только систему управления БЛА, но и нарушать работу систем и средств широкой связи и вещания (патент №2551821 от 27.05.2015 г., №2162997 от 10.08.1999 г., №2700206 от 20.04.2018 г.). По этим же причинам нецелесообразно применение для борьбы с мини-БЛА типовых боевых средств: типа авиации, зенитно-артиллерийских средств и комплексов (патенты №2321818 от 10.04.2008 г., №2241193 от 27.11.2004 г.).
Известны изобретения (патенты №2578524 от 25.02.2014 г., №2700107 от 24.10.2018 г.), предлагающие для борьбы с БЛА размещать на пространственно разнесенных воздушных платформах средства поражения, например, пакеты ракет.
Недостатками этих предложений являются необходимость высокоточного наведения ракет, ограниченная зона поражения БЛА одним выстрелом и экономическая нецелесообразность с точки зрения уничтожения недорогих БЛА.
Существуют способы борьбы с маловысотными целями, где предлагаются менее затратные поражающие элементы, чем ракеты. Например - металлическая мортира (патенты №2189557 от 20.09.2002 г., №2734267 от 20.08.2019 г.).
Недостатками таких способов является то, что такие мортиры используют в качестве поражающих элементов щебень достаточно крупной фракции, объем которой для одной мортиры достигает 1500 кг и пороховой заряд весом 20 кг. Применение такого устройства представляет угрозу для людей и объектов инфраструктуры. Кроме того, такая мортира не устойчива и опасна в обслуживании для персонала.
Известны способы противодействия БЛА, предусматривающие после его обнаружения одновременное определение координат летательного аппарата и метеоданных, по результатам совместной обработки которых вычисляют точку создания специального облака. В качестве элементов такого облака рассматриваются, например: паутины из легких прочных полос (лент) синтетического волокна, (патенты №2625506 от 14.07.2017 г., №2674392 от 29.01.2018 г.); абразивных частиц и средств их рассеивания в атмосфере (патент №2725662 от 24.08.2018 г.). Облако формируют путем выстрела специальным снарядом с упреждением по отношению к БЛА с учетом параметров его движения и времени формирования облака.
Недостатками этих предложений является то, что БЛА, особенно миниатюрных классов способны практически мгновенно менять направление и значение угловой скорости перемещения. Такие маневренные возможности БЛА делают маловероятным правильное вычисление вектора скорости БЛА и эффективное создания в точке упреждения облака из функционально поражающих элементов.
В патенте №2721815 от 08.04.2019 г. рассматривается система противодействия БЛА, предусматривающая формирование завесы в воздушном пространстве, состоящей из воздушных шаров, наполненных газом легче воздуха.
Очевидным недостатком этого предложения является его зависимость от погодных условий, и, прежде всего, силы и направления ветра.
Известны способы борьбы с БЛА в виде целенаправленного применения помеховых сигналов большой мощности системам навигации, управления и каналам передачи информации [1].
Недостатком этих способов борьбы с БЛА является необходимость создания направленного мощного излучения, что является затратным особенно в условиях необходимости массового применения средств радиоэлектронного подавления. Кроме того, такие устройства нарушают работу всех радиоэлектронных средств, работающих в этих диапазонах рабочих частот, включая приемники сетей Wi-Fi и глобальной навигационной сети.
Важным недостатком всех перечисленных технических решений является отсутствие возможности противодействия группе мини-БЛА, обладающих разными ТТХ и ЛТХ и производящими налет на контролируемый объект в одно время. Этот недостаток является следствием того, что в предлагаемых решениях рассматривается использование только одного средства функционального поражения или подавления мини-БЛА. При этом, например, не учитывается способность большинства современных мини-БЛА совершать полет не только в режиме дистанционного управления, но и по заранее установленной в бортовой системе управления полетной программе. Последнее обстоятельство делает неэффективными средства радиоэлектронного подавления только каналов дистанционного управления мини-БЛА.
Известны изобретения, предлагающее одновременно несколько факторов функционального воздействия на БЛА. К числу таких предложений относиться, например, устройство заграждения, которое содержит систему аэростатов, тросов, удерживающих аэростаты на высоте до 150 м, тонкую капроновую сеть, размещенную между аэростатами, и противопехотные осколочные мины, закрепленные между узлами сетки, а также штатные аэрозольные средства, установленные на капроновой сетке, и систему управления запуском аэрозольных средств (патент №2197701 от 27.01.2003 г.).
Недостатком данного технического решения является его сложность и низкая надежность поражения мини-БЛА минами, так как из-за инерционности их срабатывания, БЛА с высокой вероятностью могут уйти за пределы зоны поражения осколками. Применении сетей ловушек также малоэффективно, ввиду их относительно небольших геометрических размеров, а развертывание сетей больших размеров представляет значительную сложность.
Известен способ функционального подавления БЛА, предусматривающий последовательное использование нескольких поражающих факторов - это электромагнитное излучение (ЭМИ) малой длительности (от долей до десятков наносекунд), распыление красителя на поверхность оптических устройств БЛА и облако поражающих элементов, приводящее к физическому повреждению элементов конструкции БЛА (патент №2700207 от 05.12.2018 г.).
Недостатком способа является применение в качестве одного из поражающих факторов - ЭМИ, что делает такой способ очень затратным и малоприменимым в населенных пунктах. Это связано с необходимостью для функционального подавления БЛА генерации сигналов сверхбольшой мощности излучения, а также проведения расчета мощности излучения и осуществления ориентации излучающей антенны в сторону обнаруженного БЛА. Что касается, распыление красителя на поверхность оптических устройств БЛА, то такой способ требует точного определения его координат и вывод в точку применения БЛА - перехватчика.
Таким образом, большинство существующих способов борьбы с БЛА имеют общий недостаток - использование одного поражающего фактора, что негативно сказывается на вероятности поражения беспилотного летательного аппарата.
В случае применения нескольких поражающих факторов, предлагаемые конструкции устройств отличаются сложностью, низкой точностью и вероятностью выполнения задачи по предназначению.
Определяющим условием эффективной борьбы с мини-БЛА является возможность их своевременного и надежного обнаружения.
Известны различные методы обнаружения БЛА и реализующие их устройства.
К основным методам обнаружения БЛА относятся: радиолокационные, радиотехнические, оптические видимые и инфракрасные, лазерные, акустические. Сравнительный анализ устройств обнаружения, реализующих эти методы, позволяет сделать следующие выводы о возможности их применения при обнаружении мини-БЛА с эффективной поверхностью рассеивания (ЭОПР) 0,01 квадратных метров и менее.
Акустические обнаружители обладают маленькой дальностью обнаружения (патенты №2589290 от 24.02.2015 г., №2116632 от 27.07.1998 г., №2532562 от 17.07.2013 г.). В городской среде или в условиях промышленной зоны высокий уровень фонового шума представляет существенную сложность для акустических обнаружителей ввиду низкой достоверности правильного выделения акустических сигнатур от работы винтов БЛА на фоне этого шума. Тенденция снижения уровня шумов винтов БЛА или применение не винтовых конструкций таких аппаратов, делает такие акустические обнаружители малоэффективными.
Оптико-электронные средства (ОЭС) обнаружения, использующие оптические видимые и инфракрасные методы (патенты №2120139, от 29.04.1998 г., 2304792 от 14.12.2005 г., №2701177 от 26.02.2019 г., №2305303 от 22.08.2005 г.) обладают также не достаточной дальностью обнаружения. При этом, при оптическом увеличении снижается вероятность обнаружения БЛА по причине сужения области обзорного пространства. Существенно снижают потенциальные возможности ОЭС задымленность атмосферного воздуха, наличие в нем гидро- и метеообразований (снег, дождь, град, облачность, изморось), частиц пыли, песка; низкий уровень собственного теплового излучения мини-БЛА, а также его низкая тепловая контрастность на фоне других предметов. Кроме того, идентификация обнаруженного объекта с помощью ОЭС как БЛА может сопровождаться ошибками по причине того, что силуэты БЛА, собранные, например, кустарным способом, могут значительно отличаться от тех, что содержатся в базе данных системы.
Существующие средства радиотехнической разведки используют для обнаружения целей их собственные радиоизлучения и не позволяют обнаруживать цели, совершающих полет в режиме «радиомолчания» (патенты BY, №13748 от 30.10.2010 г., №2159447 от 28.12.1999 г., №2546393 от 06.03.2014 г., №2282864 от 22.03.2005 г.). В большинстве изобретений, предлагающих различные способы борьбы с БЛА, предлагаются устройства обнаружения, основанные именно на методах радиопеленгации. Дальность и точность обнаружения мини-БЛА в таких обнаружителях существенно зависит от мощности излучаемых сигналов бортовыми радиоустройствами и количества приемных устройств.
Наиболее эффективными для обнаружения мини-БЛА являются средства активной радиолокации. Активный режим работы таких радиолокационных станций (РЛС) предусматривает излучение сигналов определенной структуры и длин волн в направлении цели с последующим приемом и обработкой отраженных от цели сигналов. Методы активной радиолокации позволяют обнаруживать объекты, которые не излучают собственных радиосигналов. Однако большинство таких РЛС используют сигналы метрового и дециметрового диапазонов длин волн, параметры которых обеспечивают обнаружение целей с ЭОПР не менее 0,1 квадратного метра, что недостаточно для обнаружения мини-БЛА. Применение в таких РЛС сигналов меньших длин волн (С и Ku - диапазонов) сопряжено с ухудшением характеристик их распространения в атмосфере, особенно в условиях гидро- и метеообразований, а большие мощности излучения таких передатчиков не позволяют устанавливать РЛС в населенных пунктах.
Недостатками большинства активных РЛС является совмещенный принцип их конструкции, предусматривающий, что передатчик зондирующих сигналов и приемник отраженных от цели сигналов размещены в одном месте [2,3,4,5]. Ввиду этого такие РЛС имеют низкую помехозащищенность на малых высотах, прежде всего по мешающим отражениям от местных предметов. Кроме того, в условиях преднамеренной постановки помех по каналам приема таким РЛС их возможности существенно снижаются. Дополнительным недостатком активных совмещенных РЛС является их сложность и высокая стоимость.
В изобретении №2744497 от 10.03.2021 г. «Способ охраны объектов от проникновения дистанционно управляемых малоразмерных маловысотных летательных аппаратов (типа БПЛА)» для обнаружения мини-БЛА предлагается одновременно использовать два канала обнаружения: радиолокационный и радиочастотный. В качестве радиолокационного канала предлагается радиолокационный датчик движения (РЛДД), основанный на использовании для обнаружения БЛА эффекта изменения частоты, отраженного от движущегося объекта сигнала (эффект Доплера). В качестве радиочастотного канала обнаружения предлагается применение спектороанализатора, позволяющего осуществлять анализ электромагнитной обстановки в диапазоне частот работы передатчиков пультов управления БЛА. Возрастание общего уровня излучений в указанном диапазоне и превышение его определенного порогового уровня, предшествующее появлению движущегося объекта над охраняемой территорией, должно подтвердить результаты обнаружения РЛДД и позволить идентифицировать обнаруженный движущийся воздушный объект именно как БЛА.
Такой способ, предусматривающий использование разнесенной конструкции РЛДД, где приемник и группа передатчиков разнесены на местности позволяет избежать недостатков присущих совмещенной конструкции активной РЛС при защите объектов от мини-БЛА. В рассматриваемом РЛДД предлагается в качестве зондирующих сигналов использовать непрерывные линейно-частотно-модулированные сигналы (ЛЧМ сигналы) с фиксированной литерой для каждого из передатчиков, входящих в состав РЛДД. При дальнейшей когерентной обработке отраженных от цели сигналов осуществляется их сравнение с опорным сигналом, что позволяет принять решение о наличии цели в определенном объеме пространства. Однако использование такого метода предполагает достаточно точную частотную синхронизацию излучаемых и отраженных сигналов и необходимость сложной настройки РЛДД. Кроме того, использование ЛЧМ сигналов не позволяет осуществлять точное определение координат цели, что снижает возможности комплекса. Дополнительными недостатками этого способа защиты объектов от беспилотных летательных аппаратов являются малая дальность обнаружения сигналов, применяемых для управления мини-БЛА методами радиочастотного обнаружения и отсутствие сведений в предлагаемом техническом решении о способах или средствах непосредственной защиты объекта или воздействия на БЛА.
Таким образом, традиционно применяемые методы и средства обнаружения имеют существенные ограничения при обнаружении мини-БЛА. Предлагаемые способы обнаружения мини-БЛА с помощью многопозиционных РЛС обладают недостаточной точностью определения их координат.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является комплекс борьбы БЛА «Стопдрон-Арсенал», реализующие для этого несколько технических решений одновременно [6]. Комплекс предназначен для радиолокационного активного обнаружения, оптического распознавания БЛА и противодействия им путем направленного прерывания сигналов управления БЛА. Размещение элементов комплекса обеспечивают формирование над объектом области защиты от БЛА. Основная РЛС, входящая в состав комплекса, является активной и совмещенной (приемное и передающее устройства РЛС совмещены в одном блоке). При этом эта РЛС работает в диапазоне частот Ku, 16,97 ГГц. Дополнительная РЛС комплекса представляет собой несколько разнесенных в пространстве радиопеленгаторов. При поступлении сигнала об обнаруженной цели от основной РЛС, подтвержденного данными от дополнительной РЛС активируется устройство оптического распознавания и направленного радиоэлектронного подавления каналов управления БЛА, которые совмещены в одном изделии.
Комплексное применение одновременно нескольких средств обнаружения, основанных на различных физических принципах, обеспечивает увеличение вероятности правильного обнаружения мини-БЛА. Однако в целом комплексу присущи те-же недостатки, что и каждому из устройств, входящих в его состав по отдельности (совмещенная конструкция и имеющий ограничения для распространения сигналов сверхвысокий диапазон частот основной РЛС; один поражающий фактор - радиоэлектронное подавление канала управления БЛА; передатчик помех, имеющий ограниченную пространственную направленность и не позволяющего обеспечить защиту объекта при массовом применении БЛА).
Заявляемая, как изобретение, система многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов реализуется посредством технического решения, предусматривающего применение объединенных единым контуром управления и алгоритмом функционирования взаимодействующих устройств: предназначенных для обнаружения и идентификации мини-БЛА, радиочастотного подавления радиоприемных устройств каналов управления и навигации беспилотных летательных аппаратов, создания облака поражающих элементов в районе нахождения и по направлению полета мини-БЛА.
Изобретение поясняется рисунками.
Фиг. 1 - блок-схема системы многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов;
Фиг. 2 - рисунок, поясняющий применение системы многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов;
Фиг. 3 - рисунок многоствольной пусковой пиротехнической установки.
Система многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов (Фиг. 1) включает: многопозиционный радиолокационный обнаружитель (МРЛО) - основной канал обнаружения, состоящий из N передатчиков сигналов (ПС), предназначенных для формирования сигналов подсвета цели и помех каналам связи и навигации мини-БЛА 1 и обработчика сигналов и радиолокационной информации (ОС РЛИ) 2; устройство оптического обнаружения и распознавания (УОР) целей 3, представляющее собой дополнительный канал обнаружения мини-БЛА и состоящее из оптико-электронного средства (ОЭС) с поворотной платформой (ПП) и модуля обработчика видеоданных (МОВД); многоствольных пусковых пиротехнических установок (МППУ) (типа мортира) для залпового запуска фейерверочных ракет, содержащих поражающие элементы различной конструкции 4. Количество МППУ (М) выбирается исходя из особенностей и площади контролируемого объекта, а также требований безопасности для людей и окружающих объектов.
Система многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов устроена следующим образом. Каждый из N ПС 1 состоит из модуля управления (МУ) 5, синтезатора частот (СЧ) 6, усилителей мощности (УМ) 7, антенной системы (АС) 8, приемника сигнала синхронизации (ПрСС) с антенной 9. ПС размещаются на опорах естественного или искусственного происхождения, занимающих доминирующее по высоте положение в пределах защищаемого объекта.
ОС РЛИ 2 предназначен для формирования и передачи по радиоканалам сигналов синхронизации и управления МРЛО 10, передачи информации 11 на локальный и удаленные устройства отображения и управления (УОУ) 12. ОС РЛИ состоит из модуля приемника сигналов (МПС) 13, модуля цифровой обработки сигналов и РЛИ (МЦО) 14, многоканальной антенной системы (MAC) 15, передатчика сигналов синхронизации (ПСС) 16 с антенной. ОС РЛИ размещается на возвышенности в центре защищаемого объекта.
Система многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов может функционировать в дежурном режиме или в режиме подавления/поражения мини-БЛА 17. При этом переход из дежурного режима в режим подавления/поражения может осуществляться автоматически или автоматизировано - по команде оператора комплекса. Этот переход обеспечивается прерыванием канала частотно-фазовой синхронизации работы МРЛО 10, который в дежурном режиме непрерывно поддерживается между ОС РЛИ и ПС. Частотно-фазовая синхронизация работы МРЛО необходима для обеспечения когерентной обработки в ОС РЛИ сигналов, отраженных от цели.
В зависимости от режима работы системы многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов в ПС формируется и излучаются различные типы сигналов. В дежурном режиме в СЧ каждого ПС формируются зондирующие сигналы, представляющие собой фазокодоманипулированные (ФКМ) последовательности импульсов с фиксированным смещением по фазе каждого из них относительно сигналов других ПС 18. В режиме нейтрализации угроз мини-БЛА формируются и излучаются сигналы помех в диапазонах частот каналов управления мини-БЛА (2,4 ГГц и 5,8 ГГц) и каналов навигации мини-БЛА (1,2 и 1,6 ГГц) 19. Эти сигналы усиливаются в УМ и посредством АС, имеющей направленную диаграмму направленности (ДНА) шириной 60 град, в азимутальной и угломестной плоскостях излучаются в заданном направлении, создавая зону подсвета и подавления (ЗПП) мини-БЛА. Количество и размещение ПС должно обеспечивать создание сплошного многочастотного электромагнитного поля требуемой конфигурации, позволяющего с заданной вероятностью правильного обнаружения (Рпр.обн.) обнаружить мини-БЛА и осуществить надежное радиоэлектронное подавление их приемных устройств по каналам дистанционного управления и навигации на подлете и непосредственно над территорией защищаемого объекта.
ДНА всех ПС, размещенных в границах объекта, ориентированы под большими углами вверх, что позволяет снизить требуемую мощность излучения, энергопотребление комплекса и уровень радиопомех для находящихся рядом сторонних приемных устройств.
Сигнал, излученный ПС и отраженный от цели 20 принимается MAC ОС РЛИ, представляющей собой блок, состоящий из шести горизонтально и одной вертикально ориентированных приемных антенн, с помощью которых осуществляется последовательный обзор воздушного пространства по установленному в ОС РЛИ алгоритму.
После обработки принятых сигналов в ОС РЛИ на выходе МЦО формируется радиолокационная информация (РЛИ) о координатах и параметрах движения цели, которая поступает на локальное или удаленное УОУ 12. Эта информация отображается на экране монитора в виде, позволяющем определить факт нарушения границ охраняемой территории, время, скорость, дальность до мини-БЛА и траекторию его полета. Одновременно, в ОС и РЛИ формируется сигнал управления 21 УОР 3. По этому сигналу ПП УОР 22 разворачивает ОЭС 23 в направлении обнаруженной МРЛО цели и осуществляет ее автоматический дополнительный поиск 24 и захват на автосопровождение. Видеоданные об обнаруженной и сопровождаемой цели от ОЭС поступают в ОВД 25, где распознаются с помощью модели, построенной на основе искусственных нейронных сетей и сформированных баз данных воздушных объектов различных типов и классов. Эта информация, а также видеоизображение сопровождаемой ОЭС цели 26 поступают в УОУ, где отображаются на мониторе. Кроме того, при идентификации обнаруженной цели, как мини-БЛА в ОВД формируется сигнал подтверждения 27, который поступает в МЦО.
После получении от ОВД сигнала подтверждения, происходит отключение каналов синхронизации между ПС, в ЗПП которых обнаружена цель и ОС РЛИ, после чего КЗО переходит в режим подавление/поражение. ПС, с которыми прерван канал синхронизации начинают направленное излучение сигналов помех каналам навигации и управления мини-БЛА.
Одновременно с этим автоматически от ОС РЛИ или автоматизировано по команде оператора КЗО на МППУ 4, размещенные между ОС РЛИ и ПС в ЗПП которых обнаружен мини-БЛА, подается команда на запуск 28 фейерверочных ракет 29.
Применение системы многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов поясняется рисунком (Фиг. 2). Сама система размещается на местности таким образом, чтобы создать в границах объекта 30 и непосредственных подступах к нему поле радиолокационного контроля и зону радиоэлектронного подавления 31, образуемую соответственно сигналами подсвета 18 и сигналами помех 19, зону функционального поражения 32 мини-БЛА 17, создаваемую залповым запуском фейерверочных ракет 29 из каждой МППУ 4. Для этого в системе многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов применен принцип многопозиционности средств обнаружения и подавления (поражения), предусматривающий создание пространственно разнесенной сети ПС МРЛО и МППУ.
Известно [7,8], что при применении разнесенных радиолокационных средств обнаружения в просветной зоне локации (между передатчиком и приемником) ЭОПР целей возрастает в среднем на 20-25 дБ относительно ЭОПР обратного рассеяния для РЛС, совмещенных конструкции. Теоретически обосновано и практически подтверждено, что конструкции планеров большинства современных летательных аппаратов выполнены таким образом, что большая часть энергии сигналов прямого электромагнитного облучения переотражается не в строго обратном направлении, а рассевается в основном в нижнюю полусферу планера (патент №2440916 от 28.07.2010 г.). Тем самым ЭОПР таких целей для МРЛО дополнительно увеличивается. Поэтому разнесенная МРЛО обеспечивает обнаружение малоразмерных и малозаметных для других средств радиолокации объектов. Кроме того, за счет вертикальной ориентации диаграмм направленности антенн ПС, при которой воздушный объект в условиях горизонтального полета находится на минимальном расстоянии, как от передатчика, так и от приемника энергетические характеристики сигналов обнаружения еще более увеличиваются. Такое пространственно-энергетическое построение МРЛО позволяет значительно уменьшить ее энергопотребление, так как не требует высокой мощности излучения ПС и исключить влияние на МРЛО области радиотени от высоких радиоотражающих предметов, зданий и сооружений.
После обнаружения МРЛО цели и определения ее координат, на ОЭС подается сигнал 21, поворотная платформа разворачивает ОЭС в направлении цели и осуществляется оптический дописок 24 цели и взятие ее на автосопровождение. Видеоданные о цели обрабатываются в МОВД, где цель классифицируется, после чего информация поступает в оконечные устройства отображения и управления, где группируется с радиолокационной информации о цели.
Преимущества многопозиционности системы многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов проявляются и по отношению к условиям, когда комплекс переходит в режим излучения сигналов помех приемным устройствам каналов управления и навигации мини-БЛА 19 и применения МППУ. Направленное излучение радиопомех позволяет сохранить низкие, безопасные для людей и не нарушающие работу других радиотехнических средств, значения мощности выходного сигнала ПС. При этом обеспечивается достаточный уровень плотности мощности помехи на входе приемных устройств мини-БЛА и надежное прерывание каналов управления и навигации.
Размещение достаточного количества МППУ вокруг и непосредственно на территории контролируемого объекта позволяет создать в районе нахождения мини-БЛА и по маршруту ее полета в необходимое время, предусмотренное алгоритмом работы системы многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов, пространственно-протяжное облако функционально воздействующих на мини-БЛА поражающих элементов необходимой плотности 32. Многопозиционный принцип размещения МППУ обеспечивает высокую вероятность надежного поражения БЛА в любой точке контролируемого МРЛО пространства, и позволяет уменьшить до безопасного для людей и предметов, находящихся на земле, заряд самих фейерверочных ракет и зарядов поражающих элементов.
Одновременно с началом постановки помех каналам управления и навигации мини-БЛА или с установленной в алгоритме работы комплекса временной задержкой на многоствольные мортиры передаются электрические сигналы 28, приводящие к серии выстрелов, снаряженными в них пиротехническими устройствами. В результате в районе нахождения мини-БЛА или по курсу его перемещения создается пространственно-протяжное облако функционально воздействующих на мини-БЛА элементов.
МППУ (Фиг. 3), представляет собой конструкцию, состоящую из разнонаправленных под разными углами относительно вертикальной оси стволами (мортирами) 33, количество которых (S) определяется требованиями к геометрическим размерам области разлета поражающих элементов и ее плотности.
Диаметр мортиры может составлять от 100 мм до 250 мм, высота - от 400 до 1000 мм. Мортиры выполнены в виде цилиндрического корпуса 34 с заглушенной тыльной частью, закрепленной на Н-образной станине 35, размеры и масса которой обеспечивают максимальную устойчивость МППУ при залповых выстрелах. В корпус каждой мортиры встроено пусковое устройство 36, состоящее из одноразового электрического воспламенителя и электрического разъема, к которому с внешней стороны подключается сигнально-пусковой провод 37 соединенный в кабельную сборку 38 от всех мортир МППУ, которая в свою очередь подключена к УОУ 12.
Фейерверочная ракета 29 содержит фейерверочный заряд 39, метательно-вышибной заряд 40 и воспламенительный огнепроводный шнур 41. Фейерверочный заряд в зависимости от диаметра ракеты и мощности метательно-вышибного заряда может содержать поражающие элементы различной конструкции и физических принципов действия. Например: дробь различного диаметра; капсулы с сетью; эмульсии с прилипающими к поверхности мини-БЛА свойствами, приводящие к уменьшение прозрачности видеокамеры мини-БЛА или увеличивающими его ЭОПР; аэрозоли с хорошими электропроводящими или абразивными характеристиками на клеевой основе, приводящие к замыканию всех открытых электронных цепей, особенно коллекторов электродвигателей, оптики и устройств для сброса поражающих элементов за счет их склеивания с носителем или заклеивания механизма сброса; графитовые частицы, при пропускании через которое электрического заряда образуется объемный электрический заряд, выводящий из строя систему радиообмена; клейкие лавсановые ленточки, которые попадая на БЛА, способны приклеиваться ко всем его поверхностям и блокировать винты; ленты с грузиками (утяжелением) на концах (типа облегченного гасило).
Каждый выстрел МППУ создает на выбранной высоте плотное облако поражающих (нейтрализующих) элементов. При этом максимальная высота поражения мини-БЛА складывается из высоты полета ракеты, высоты подрыва заряда поражающих (нейтрализующих) элементов и максимального удаления от центра подрыва этих элементов мини-БЛА. Тем самым предельная высота «заслона» для БЛА может составить 500-600 метров, что вполне достаточно для надежного прикрытия объектов.
Тактика применения зарядов может быть различной. Во-первых, подрыв заряда и создание облака поражающих (нейтрализующих) элементов непосредственно в районе нахождения мини-БЛА. Во-вторых, создание такого облака из аэрозольных элементов по направлению полета мини-БЛА, и, создание, тем самым, защитного барьера.
Применение системы многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов позволяет решить следующие задачи.
Повышение вероятности правильного обнаружения мини-БЛА за счет применения одновременно двух каналов обнаружения цели: основного -радиолокационного и дополнительного-оптико-электронного с функцией автоматического сопровождения и распознавания класса цели.
Обнаружение малоразмерных и малозаметных в радиолокационном диапазоне летательных аппаратов и их групп за счет многопозиционного построения системы многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов и применения принципа разнесенной радиолокации, а также вертикальной ориентации диаграмм направленности передатчиков сигналов, при которой воздушный объект находится на минимальном расстоянии, как от передатчика, так и от приемника. Кроме того, такое пространственно-энергетическое построение системы многофакторной защиты объектов от миниатюрных беспилотных летательных аппаратов защиты объекта позволяет значительно уменьшить ее энергопотребление и устранить мешающие воздействия на людей и другие радиотехнические средства, так как не требует высокой мощности излучения передатчиков сигналов.
Определение координат и параметров движения цели за счет применения радиолокационных сигналов и методов их обработки.
Оптико-электронное обнаружение, автоматическое сопровождение, распознавание мини-БЛА и передача видеоданных о нем на устройство отображения и управления.
Использование для предотвращения дальнейшего полета мини-БЛА нескольких взаимосвязанных общим алгоритмом работы факторов воздействия на него: радиоэлектронное подавление каналов управления и навигации и функциональное поражение или блокирование элементов конструкции БЛА и его функций. Такое сочетание факторов поражения и подавления мини-БЛА позволяет повысить надежность защиты объекта по отношению к однофакторным способам и устройствам защиты, особенно в условиях применения одновременно нескольких мини-БЛА.
Источники информации
1. Еремин Г.В., Гаврилов А.Д., Назарчук И.И. «Малоразмерные беспилотники - новая проблема для ПВО». «Армейский вестник». 02.02.2015. http://army-news.org
2. Информационные технологии в радиотехнических системах: И741 Учебное пособие / В.А. Васин, И.Б. Власов, Ю.М. Егоров и др.; Под ред. И.Б. Федорова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 672 с: ил. - (Сер. Информатика в техническом университете.).
3. Справочник по радиолокации (ред. Сколник М.И.) т. 1 - 1976 г. (Сколник М.И. Справочник по радиолокации в 4-х книгах (1976-1978)). М., «Сов. Радио», 1976, 456 с.
4. Мощенский Ю.В., Нечаев А.С. Теоретические основы радиотехники. Сигналы: Учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Издательство «Лань», 2016. - 216 с.: ил. - (Учебники для вузов. Специальная литература).
5. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М: Радиотехника, 2007. - 376 с, ил.
6. www.stopdron.ru
7. Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь, 1993. - 416 с.
8. Аверьянов В.Я. Разнесенные радиолокационные станции и системы. - Мн.: Наука и техника. 1978. - 184 с.