Система противодействия беспилотным летательным аппаратам с оптико-электронным типом наведения



Ключевые слова: БПЛА, оптико-электронный тип наведения, объект защиты.

События вооруженных конфликтов последних десятилетий породили мысль, что беспилотные летательные аппараты (далее БПЛА) способны самостоятельно добиться решающего разгрома войск противника.

Важно отметить, что современные ударно-разведывательные беспилотники способны не только сканировать ту или иную территорию,

но и выделять, а также идентифицировать на ней все предметы.

О растущей эффективности беспилотников свидетельствует тот факт, что все локальные военные конфликты последнего времени не обходятся без применения БПЛА.

Так какие же возможные меры противодействия будут развивать вооруженные силы государств для противодействия угрозе БПЛА?

Первое. Разработка комплексов и программ для обнаружения, подавления центров, а также перехвата управления беспилотными системами.

Второе. Создание эффективных мобильных РЛС и станций РЭБ для надежного обнаружения БПЛА, а также оснащение ими подразделений на уровне до ротной тактической группы.

Третье. Конструирование новых и модернизация имеющихся типов боеприпасов для поражения БПЛА.

Различные методы борьбы с БПЛА представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Методы борьбы с БПЛА

На тактическом уровне рота-взвод — оснащение войск вооружением

и боеприпасами «ближней самообороны» (снаряды с дистанционным подрывом, крупнокалиберные пулеметы).

Разработка принципиально новых типов вооружения и боеприпасов — на основе импульсного потока радиочастотного электромагнитного излучения (источники направленного излучения, преобразователи взрывчатого вещества в электромагнитный импульс).

Четвертое. Боевая подготовка войск (начиная с исследовательских учений) по реальным массированным налетам БЛА.

Соответственно, развитие БПЛА для парирования этих вызовов, возможно, пойдет в следующих направлениях:

1. Объединение БПЛА в комплексы, где каждый аппарат выполняет свою роль под общим руководством.
2. Интеграция БПЛА в робототехнические наземные системы (БПЛА выполняют роль разведки и корректировки огня, а наземные системы — роль управления и огневого поражения цели).
3. Отработка способов и алгоритмов коллективного поведения (тактика роя).
4. Создание алгоритмов независимого поведения (программы искусственного интеллекта, где сама система после получения задачи автономно выбирает способы её решения без внешнего управления человеком [1].

Боевые БПЛА выполняют продолжительные полёты, устойчивы

к внешним воздействиям, обладают относительной автономностью (способны выполнять конкретные задачи на поле боя, а также самостоятельно приземляться). Данное свойство делает БПЛА надёжными разведчиками. Техника способна исследовать труднодоступную местность, фиксировать полученные данные и оперативно передавать их в наземный штаб. Полёт будет совершён независимо от погодных условий.

В разработку и усовершенствование военных БПЛА вкладываются значительные государственные бюджеты, в особенности это касается крупных мировых держав (Россия, США, Китай). Основная цель инженеров на современном этапе — сделать будущие БПЛА максимально автономными:

– самостоятельно принимать тактические решения в процессе боя;

– координировать собственные действия без участия оператора;

– выбирать цель и уничтожать её [2].

Принцип работы системы по борьбе с БПЛА

Применение системы по борьбе с БПЛА, при нахождении объекта вблизи с людьми, накладывает ограничение по излучающей мощности, что, в свою очередь, делает нетривиальной задачей организацию подавления средств связи и управления БПЛА [3].

Принцип работы системы по борьбе с БПЛА (рисунок 2):

1. Заблаговременно, перед подлётом БПЛА противника к пункту назначения, система принимает и синтезирует сигнал, а также определяет частоту излучаемого оптического сигнала от беспилотника.
2. Данные о полученном сигнале поступают в управляющее устройство, где формируется стабилизированный управляющий сигнал, аналогичный по частоте, излучаемого от БПЛА.
3. Управляющий сигнал поступает в синтезатор частот, где усиливается и одновременно подаётся в:

– фазоинвертор (для изменения фазы сигнала на противоположную);

– генератор управляющего сигнала (для имитации отражённого сигнала от ложной цели).

4. Фазоизменённый управляющий сигнал передаётся в генератор помех, усиливается и излучается с помощью панельных антенн в сторону БПЛА для затухания излучаемого от беспилотника сигнала. Принцип затухания сигналов представлен на рисунке 3.
5. Управляющий сигнал от панельной антенны, расположенной на месте ложной цели, передаётся в сторону БПЛА.
6. БПЛА фиксирует ложный сигнал и атакует.

Рис. 2. Принцип работы системы борьбы с БПЛА

Рис. 3. Принцип затухания сигналов с противоположной фазой при их сложении

Следует отметить, что уровень сигнала системы по борьбе с БПЛА убывает обратно пропорционально квадрату расстояния.

Это фундаментальное свойство радиосигналов невозможно обойти.

Для подтверждения этого тезиса можно обратиться к формуле Введенского (1), дающей зависимость напряженности поля от расстояния.

,(1)

где:

Е — действующее значение напряженности поля, мВ/м;

r — длина трассы связи в км;

λ — длина рабочей волны передатчика в метрах;

P _изл — мощность передатчика в кВт;

G _пер — коэффициент усиления передающей антенны;

h1, h2 — высота подвеса передающей и приемных антенн в метрах;

к — поправочный коэффициент, учитывающий среду распространения, лежит в пределах 0,2–0,4. Не вникая в детали формулы, можно констатировать, что Е ~ 1/r ² (поэтому формулу Введенского жаргонно называют квадратичной формулой).

Если взять мощность передатчика помех за единицу, то зависимость

от расстояния будет соответствовать графику, приведенному на рисунке 4.

Рис. 4. Зависимость мощности помех генератора от расстояния

Следует отметить быстрый спад амплитуды напряженности поля

от расстояния, что делает увеличение мощности передатчика помех нерациональным способом решения проблемы противодействия БПЛА.

Гораздо более рациональным решением является использование нескольких относительно маломощных генераторов, разнесенных

в пространстве, с антеннами круговой направленности (рисунок 5).

Рис. 5. Схема использования нескольких генераторов для создания равномерного уровня сигнала подавления (расположение генераторов в горизонтальной плоскости)».Синий» — генератор помех расположен непосредственно на объекте охраны, «зеленый» — на удалении 3,5 км

На рисунке 6 показана суперпозиция полей от двух последовательно расположенных генераторов помех (генератор помех № 1 + генератор помех № 2).

Рис. 6. Зависимость мощности двух генераторов помех от расстояния. Синяя линия — генератор помех расположен непосредственно на объекте охраны, зеленая линия — на удалении 3,5 км, красная линия — сумма полей двух генераторов

Проанализируем график суммы полей двух генераторов (рисунок 7).

Рис. 7. Сумма мощности полей двух генераторов в зависимости от расстояния

При подлете БПЛА к месту установки генератора № 2 происходит смена направления прицеливания БПЛА от истинного к ложному, при этом напряженность поля, создаваемая генератором мешающего сигнала, максимальна, что значительно повышает вероятность

переориентирования [4].

Оптимальная схема размещения генераторов вокруг охраняемого объекта, с учетом всего изложенного, приведена на рисунке 8.

Рис. 8. Оптимальная схема размещения генераторов вокруг охраняемого объекта

Разумеется, это идеализация и не всегда возможно такое равномерное размещение генераторов системы по борьбе с БПЛА вокруг охраняемого объекта, аналогично на рисунках 12–13 не учитывается отражение радиосигнала от подстилающей поверхности, высокостоящих зданий, суперпозиция всех работающих генераторов (поскольку вклад удаленных генераторов в общую суперпозицию поля значительно меньше, чем

от ближайшего генератора). Данные рисунки демонстрируют только общий подход к решению проблемы создания максимально удаленного и равномерного поля радиопомех для каналов связи и управления БПЛА [5].

Генератор управляемого сигнала и система панельных антенн (рисунок 9) располагается на безопасном от взрыва расстоянии от защищаемого объекта. Диаграмма направленности одной панельной антенны представлена на рисунке 10, а аппроксимированная система диаграмм направленностей панельных антенн на рисунке 11.

Количество и геометрия размещения панельных антенн зависит от формы здания (вооружения, военной техники). Данный критерий обеспечивает высокую вероятность совпадения отражённого оптического сигнала от истинной цели.

Рис. 9. Внешний вид совокупности установленных панельных антенн

Рис. 10. Диаграмма направленности одной панельной антенны

Рис. 11. Аппроксимированная диаграмма направленности шести антенн панельного типа, установленных с целью имитации ложной цели (здания)

В результате применения системы противодействия беспилотным летательным аппаратам с оптико-электронным типом наведением на объект будет организована его защита. Принцип действия системы противодействия беспилотным летательным аппаратам по защите объектов показан на рисунке 12.

Рис. 12. Принцип действия системы противодействия беспилотным летательным аппаратам по защите объектов (зданий)

Заключение

1. Система противодействия беспилотным летательным аппаратам с оптико-электронным типом наведением является перспективным методом борьбы с БПЛА, так как аналогичных систем на данный момент не производится.
2. Система противодействия беспилотным летательным аппаратам с оптико-электронным типом наведения способна защитить любые здания, сооружения, вооружение и военную технику, необходимо только подобрать количество антенн и геометрию их расположения, чтобы форма аппроксимирующей диаграммы направленности повторяла геометрию защищаемых объектов.
3. Для повышения вероятности успешного противодействия БПЛА необходимо использовать все виды помех.
4. Необходима многорубежная защита охраняемого объекта (не менее двух рубежей).
5. Система борьбы с БПЛА должна иметь модульную унифицированную конструкцию, позволяющую оперативно наращивать каналы подавления.
6. Устройства борьбы с БПЛА должны быть комплексными, как минимум должна быть радиотехническая станция обнаружения БПЛА и генераторы помех (в том числе способные оперативно изменить рабочую частоту подавления).
7. В составе полноценной системы противодействия БПЛА, кроме генератора помех, должны еще входить РЛС, оптико-электронный комплекс обнаружения и сопровождения БПЛА, тепловизор, камера и/или пеленгатор УФ-диапазона.

Литература:

1. Военное обозрение / Беспилотные комплексы в войнах будущего [Электронный ресурс], 2024 г. — URL: https://topwar.ru/179650-bespilotnye-kompleksy-v-vojnah-buduschego.html
2. Альбатрос/Применение БПЛА в условиях боевых действий [Электронный ресурс], 2019 г. — URL: https://www.alb.aero/about/articles/primenenie-bpla-v-usloviyakh-boevykh-deystviy.html.
3. Макаренко С. И. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам //Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 2.
4. Макаренко С. И. Противодействие беспилотным летательным аппаратам» (монография): «Наукоемкие технологии», OOO “Корпорация «Интел Групп». 2020.
5. Нгуен В. Х., Фан Н. З., Фам Х. Х. Эффективность воздействий помех системе глобальной навигации GPS// Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). 2020. № 2.