Общие сведения о каналах управления и передачи данных БПЛА

Общие сведения

Значительная часть систем противодействия БПЛА малого класса (дронам, мультикоптерам) использует пассивные (радио-радиотехнические) методы обнаружения сигналов, излучаемых РЭС НПУ и самого летательного аппарата, и активные (радио-радиотехнические) методы воздействия на приемное оборудование летательного аппарата или НПУ.

Сигналы НПУ (излучающих РЭС из его состава) могут являться объектом обнаружения (идентификации, пеленгования), а приемное оборудование, размещенное на борту ЛА (реже в составе НПУ), может являться объектом блокирования (подавления).

Знание специфики, структуры и особенностей типовых протоколов (режимов), используемых в каналах управления ЛА, может значительно облегчить решение задач, связанных с разработкой решений и технологий противодействия противоправному использованию летательных аппаратов малого класса.

Для каналов управления современных БПЛА малого класса (вертолетного типа, гражданского, пользовательского назначения) наиболее характерным, является применение помехоустойчивых и разведзащищенных режимов так называемого «быстрого ППРЧ».

В настоящее время более 80% гражданских «дронов» выпускаемых иностранными производителями, используют режимы ППРЧ в каналах управления (НПУ-БПЛА).

Режимы ППРЧ, первоначально разрабатывались для применения в области военной радиосвязи, их применение в целях управления гражданскими «дронами», обусловлено спецификой применения этих изделий. 

Для большинства пользователей, «дрон» является достаточно недешевой «игрушкой» (атрибутом популярного хобби) предназначенной для использования, в том числе в городских условиях, в диапазонах частот, «перегруженных» сигналами иных РЭС.

Использование менее помехоустойчивых режимов, в сложных условиях городской РЭО, чревато повышенным риском аварии, падения, повреждения или утраты летательного аппарата (что в свою очередь может повлечь негативные последствия и для производителя «дронов»).

Реализованная иностранными производителями помехоустойчивость (канала управления), большинства «дронов», по ряду критериев не уступает аналогичным критериям современных помехозащищенных систем, применяемых в военной радиосвязи.

Несмотря на значительное разнообразие типов, моделей и производителей «дронов» (использующих ППРЧ, в каналах управления), можно выделить обобщенные параметры и характеристики, типичные для изделий большинства иностранных производителей:

  • максимальная «легальная» мощность излучаемого сигнала (в канале управления) – 100 мВт;
  • типичные (приоритетные) диапазоны частот – 2.4 и 5.8 ГГц;
  • быстродействие режима ПРРЧ (типично) – от 350 – 500 ск/сек (макс. 2 900 ск/сек);
  • вид модуляции (типично) - FSK2 (реже - PSK2 (А/В) и OFDM);
  • длительность импульса (типично) – 500 мкс – 2.5 мс;
  • ширина импульса (типично) – 300 кГц – 2 МГц;
  • символьная скорость передачи данных (типично) – 1 000 – 2 000 кбод;
  • полоса «сетки ППРЧ» - около 80 МГц;
  • кол-во каналов «сетки ППРЧ» - до 40.


Рисунок 1 Полихромная диаграмма спектра (полученная в режиме накопления данных) для канала управления ППРЧ типичного БПЛА.

Для канала управления данного БПЛА (ППРЧ) характерно:

  • диапазон – 2.4 ГГц;
  • 40-канальная «сетка ППРЧ» в полосе 80 МГц;
  • быстродействие ППРЧ – 350 ск/сек
  • ширина одиночного импульса – около 1.1 МГц;
  • между импульсный интервал – около 0.8 МГц.

Из спектрограммы видно, что в одну единицу времени активен (используется для передачи данных), только один из 40 каналов сетки ППРЧ, длительность одного сеанса передачи данных (для данного изделия) составляет около 2-х мс на одном канале.

Из спектрограммы, снятой в условиях реальной РЭО, видно, что в полосе сетки ППРЧ (канала управления) присутствуют сигналы иных РЭС (в том числе сигналов Wi-Fi, сигналов канала передачи видеоданных самого БПЛА и т.д.).

Практическим путем установлено, что для данного изделия характерна высокая степень помехоустойчивости - критические нарушение функции управления БПЛА наступают только в случае подавления практически 100% каналов «сетки ППРЧ». В случае не подавления даже 1-2 каналов, у оператора БПЛА сохраняется возможность осуществлять устойчивое управление летательным аппаратом.

Специфика и особенности каналов управления современными БПЛА (режим ППРЧ) диктуют основные требования к системам противодействия, реализующим пассивные (радио-радиотехнические) методы обнаружения сигналов НПУ (канала управления).

Реализация режимов псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ)

К основным требованиям системы противодействия, выполняющей функции обнаружения сигналов канала управления БПЛА (ППРЧ) можно отнести:

  • СВЧ диапазон рабочих частот (как минимум 2.4 и 5.8 ГГц, с учетом возможного использования в оборудовании БПЛА иных УКВ-СВЧ диапазонах);
  • возможность обнаружения сигналов РЭС особо малой мощности (тип. 100 мВт) – повышенные требования к параметру «чувствительность» системы обнаружения;
  • возможность обнаружения сигналов в сложных условиях городской РЭО и наличии большого количества мешающих сигналов – повышенные требования к параметру «избирательность» системы обнаружения;
  • возможность обнаружения кратковременных, импульсных сигналов «быстрого ППРЧ» - повышенные требования к параметру «быстродействие» системы обнаружения;
  • возможность обнаружения кратковременных, импульсных сигналов «быстрого ППРЧ», распределенных в широкой (не менее 80 МГц) полосе - повышенные требования к параметру «одновременная полоса анализа» системы обнаружения и т.д.

Для радиоприемного, радиоконтрольного и радиоизмерительного оборудования начального или среднего класса, обнаружение самого факта работы РЭС «быстрого ППРЧ» является крайне сложной задачей.  

Даже для имеющего достаточно высокие характеристики поискового РПУ, типа PR100, задача надежного выявления самого факта работы РЭС «быстрого» ППРЧ - носит негарантированный, во многом случайный характер. Для РПУ имеющих менее высокие параметры и характеристики, задача обнаружения сигналов «быстрого» ППРЧ (типичных, например, для изделий DJI Phantom) практически невыполнима.


Рисунок 2 Стандартная спектрограмма, как правило, не отображает наличие сигналов
канала управления «быстрого ППРЧ» на экране прибора.

Примечание: спектрограмма получена в условиях реальной РЭО, в диапазоне действующего канала управления БПЛА (идентичному   представленному на рис.1). Признаки наличия сигналов канала управления (ППРЧ) на спектрограмме отсутствуют. Наблюдается отметка сигнала канала передачи видеоданных с борта БПЛА.

Проблема обнаружения (пеленгования, идентификации) сигналов «быстрого ППРЧ» (канала управления БПЛА) является одной из ключевых при построении систем обнаружения.

Для сравнения, отечественный лидер, в области разработки современных комплексов разведки и РЭБ – концерн «Созвездие» (г. Воронеж), только относительно недавно анонсировал систему радиоэлектронной разведки и РЭБ, способную эффективно работать в отношении РЭС с быстродействием около 500 скачков в секунду.

Иностранный комплекс разведки и РЭБ (разработки компании THALES, Франция), по сообщениям СМИ, недавно поставленный в подразделения РЭБ Вооруженных сил Украины, эффективен в отношении каналов «быстрого ППРЧ», имеющих быстродействие не более 200-300 скачков в секунду.

Для гражданских «дронов» быстродействие режима ППРЧ 300-500 ск/сек, является типичным начальным уровнем. В 2016-2017 году отдельные производители «дронов» наладили выпуск изделий с быстродействием 500 - 1 000 и более ск/сек (максимальный рекорд для гражданского «дрона», по состоянию на 2017 год - 2 900 ск/сек).

Т.о. планки в 300-500 ск/сек, реализованной в типовых военных системах разведки и РЭБ, может оказаться явно недостаточной для выполнения задач эффективного обнаружения сигналов канала управления гражданского «дрона».

Задача «обнаружения» сигналов канала управления БПЛА (режим ППРЧ) является только первым, необходимым шагом, в алгоритме применения систем противодействия противоправному использованию «дронов».

Последующие действия системы должны включать в себя выполнение задачи идентификации и, при наличии возможности, пеленгования сигналов опасного объекта.

Задача «идентификации», является крайне необходимой в условиях сложной РЭО и наличии большого количества сигналов посторонних РЭС (что характерно для городских условий и типовых «легальных» диапазонов каналов управления БПЛА).

Без решения проблемы качественной идентификации, система может почти непрерывно реагировать на многочисленные сигналы посторонних РЭС (постоянные ложные срабатывания), что значительно снизит возможность ее практического применения в реальных условиях обстановки. Занижение же порога срабатывания (с целью минимизации ложных тревог) чревато риском пропуска сигналов опасного объекта (не обнаружения факта потенциально опасного применения БПЛА).

Основные проблемы, связанные с качественным выполнением задач «идентификации» и «пеленгования», также связаны с двумя ключевыми параметрами сигналов канала управления БПЛА – малая мощность (100 мВт) и режим быстрого ППРЧ (от 300 ск/сек).

Специфика выполнения задач идентификации и пеленгования сигналов НПУ будет рассмотрена позднее.

Разработка сайта

117218 Москва
Нахимовский проспект, 32
тел.: +7 (495) 580-50-16
факс: +7 (499) 124-00-10
info@specintek.ru

Версия для печати

ГОСТ-Р ИСО 9001

ISO 9001:2008