Специфика обнаружения сигналов летательного аппарата

Большинство современных (гражданских) «дронов», выполняющих задачи управляемого полета и передачи видеоданных (он-лайн) требуют наличия постоянного действующего, устойчивого канала связи между ЛА (передающее РЭС) и НПУ (приемное РЭС).

В большинстве современных «дронов» канал трансляции видеоданных (БПЛА – НПУ), также используется для передачи дополнительной, служебной информации, без которой невозможно управление летательным аппаратом и контроль его состояния.

В некоторых изделиях (большей частью профессионального или специального назначения) передача телеметрической (служебной) информации может реализовываться в виде отдельного канала (в том числе использующего помехозащищенные режимы ППРЧ).

Особенности выполнения задач обнаружения сигналов БПЛА, частично совпадают с аналогичными задачами обнаружения сигналов НПУ, но имеют свои выраженные специфические особенности.

Специфика канала (сигнала) передачи видеоданных с борта БПЛА:

• СВЧ диапазон рабочих частот (типично 2.4/5.8 ГГц);
• мощность излучаемого сигнала (канал видеоданных), как правило, не превышает мощности излучаемого сигнала в канале управления (типично - до 100 мВт);
• применение антенн с круговой диаграммой направленности;
• совпадение (в большинстве случаев) диапазонов частот канала управления и канала передачи видеоданных;
• применение относительно ограниченного перечня типовых протоколов передачи видеоданных;
• наличие режима адаптивной смены рабочих частот (для некоторых изделий) и т.д.

Совпадение диапазонов рабочих частот канала управления и канала передачи видеоданных характерно для большинства современных «дронов».

Рисунок 1 Полихромная диаграмма каналов управления и передачи видеоданных

Из спектрограммы (на рис. выше) видно, что широкополосный (10 МГц) сигнал канала передачи видеоданных (в левой части изображения) находится в полосе «сетки ППРЧ» канала управления.

Широкополосный импульсный сигнал канала передачи видеоданных имеет временное разделение с импульсами сигналов канала управления, т.е. не оказывает помехового влияния на управление летательным аппаратом, и наоборот – передача команд управления не влияет на качество работы видеоканала.

Рисунок 2 Временная диаграмма сигнала в нормальных условиях

Из графика «водопад» виден, принцип временного разделения между широкополосными импульсами сигнала канала передачи видеоданных и относительно узкополосными импульсными сигналами канала управления («сетки ППРЧ»).

В большинстве случаев, обнаружение сигналов канала передачи видеоданных в определенном диапазоне, например, 2.4 ГГц, с высокой степенью вероятности означает работу канала управления в этом же (2.4 ГГц) диапазоне частот.

Для значительной части современных «дронов» частота передачи канала видеоданных может иметь «псевдо-фиксированный» (или адаптивный) характер. В условиях нормальной РЭО, т.е. при отсутствии помех, канал (видеоданных) продолжительное время работает на одной частоте.

В условиях помех (вызывающих ухудшение качества передаваемого изображения) возможна автоматическая перестройка частоты в пределах «сетки ППРЧ».  Перестройка частоты может осуществляться с интенсивностью от 1-го раза в течении нескольких минут, до 1-го раза в течении нескольких секунд:

Рисунок 3 Временная диаграмма сигнала в условиях помеховой обстановки

Из графика «водопад» (на рис. выше) видно, что помеховые воздействия (узкополосные импульсы «красного» цвета, частично совпадающие по времени и частоте с широкополосными импульсами видеоканала) вызвали смену центральной частоты канала передачи видеоданных.

Особенностью некоторых типов «дронов» является (не декларированная производителем) возможность «ухода» центральной частоты канала передачи видеоданных за пределы диапазона рабочей частоты канала управления.

Т.е. в условиях сложной РЭО (наличии помех в диапазоне, например, 2.4. ГГц) центральная частота канала передачи видеоданных может смещаться в диапазоны 2.3 ГГц, 2.2 ГГц и т.д.

Условиями, существенно облегчающими выполнения задач обнаружения сигналов БПЛА (видеоканала) является:

• фиксированная (в нормальных условиях) частота;
• размещение источника излучения на значительной высоте (высота полета БПЛА).

Фиксированная (в течении относительно продолжительного времени) частота канала передачи видеоданных, позволяет выявлять сигналы БПЛА, с использованием упрощенного комплекта средств радиоконтроля, в том числе имеющих возможность отображения стандартных спектрограмм:

Рисунок 4 Спектрограмма канала передачи видеоданных

Условия «прямой радиовидимости», имеющие критически важное значение для выполнения задач обнаружения сигналов НПУ (см. пред. раздел), в условиях обнаружения сигналов воздушного объекта (БПЛА) выполняются в большинстве случаев.

«Высотное» размещение излучающего РЭС (видеоканал БПЛА) обеспечивает значительные (несколько километров) дальности обнаружения летательного аппарата.

При полете БПЛА на высоте 100 метров (канал видеоданных мощностью 100 мВт, диапазон 2.4 ГГц), дальность обнаружения составляет от 1 500 метров (в максимально неблагоприятных условиях) до 3-4 км (в более благоприятной обстановке).

В абсолютном большинстве случаев обнаружение сигналов БПЛА не требует использования высокоподнятых антенн (дальность обнаружения антенной, расположенной на высоте 6-8 метров и антенной, расположенной на высоте 45-50 метров – примерно идентичны).

В абсолютном большинстве случаев дальность обнаружение сигналов БПЛА в минимальной степени зависит от высоты полета летательного аппарата (начиная от высот 50 метров и более). Т.е. дальность обнаружения сигналов БПЛА, находящегося на высоте 75 метров и 250 метров – примерно идентичны.

При использовании БПЛА на земле (в режиме предстартовой подготовки к запуску), дальность и особенности обнаружения сигналов канала передачи видеоданных – идентичны изложенным в предыдущем разделе (обнаружение сигналов НПУ).

Заключение

Типичными дальностями обнаружения сигналов видеоканала БПЛА можно считать:

• не менее 1 500 – 2 000 метров для «неблагоприятных» условий использования оборудования обнаружения;
• не менее 3 км в более благоприятных условиях использования оборудования обнаружения.

Высота размещения приемных антенн (системы обнаружения) и высота полета БПЛА, как правило, не оказывают существенного (критического) влияния на дальность обнаружения (т.е. в большинстве случаев, «маловысотное» размещение антенн обнаружения способно обеспечить выполнение задач прикрытия охраняемого объекта).

Задачи обнаружения (сигналов канала передачи видеоданных) могут выполняться упрощенным комплектом средств радиоконтроля.

Реализация мероприятий, направленных на увеличение дальности обнаружения сигналов БПЛА, не всегда является остро необходимой (увеличение высоты приемных антенн; использование активных или направленных антенн и т.д.).

Дальность обнаружения сигналов канала видеоданных БПЛА может ухудшаться (на 10-30 и более %):

• при использовании диапазона частот 5.8 ГГц;
• при использовании системы обнаружения со значением параметра чувствительности хуже минус 110 dBm;
• при использовании системы обнаружения в условиях крупных городов (мегаполисов) или на объектах, имеющих особо сложную РЭО;
• при использовании БПЛА на высотах менее 50 метров.

Дальность обнаружения сигналов канала видеоданных БПЛА может увеличиваться:

• при использовании диапазона частот ниже 2.4 ГГц (900 МГц, 433 МГц и т.д.);
• при использовании видеоканала, имеющего мощность, завышенную от легальной (свыше 100 мВт).

Полученная системой обнаружения информация о рабочей частоте (диапазоне) канала передачи видеоданных (БПЛА – НПУ), во многих (но не во всех) случаях может являться косвенным признаком, определяющим диапазон рабочих частот канала управления (НПУ-БПЛА), в том числе в ситуациях, при которых система обнаружения по каким-либо причинам не имеет возможности обнаружить сигналы канала управления.

К наиболее вероятным ситуациям, при которых система обнаружения обеспечивает выявление сигналов БПЛА (видеоканал), но не имеет возможности выполнения задач обнаружения сигналов канала управления (НПУ) можно отнести:

• система обнаружения принципиально не предназначена для выявления сигналов «быстрого ППРЧ»;
• НПУ находится вне зоны ЭМД (радиовидимости) оборудования системы обнаружения (на большом расстоянии, за экранирующим препятствием, сигнал НПУ «маскируется» помеховым сигналом иных РЭС и т.д.).

К менее вероятным ситуациям, при которых система обнаружения обеспечивает выявление сигналов канала управления (НПУ), но не имеет возможности выполнения задач обнаружения сигналов БПЛА можно отнести:

• канал передачи видеоданных отключен (например, БПЛА находится на земле в режиме предстартовой подготовки);
• БПЛА находится на значительном удалении от системы обнаружения (например, летательный аппарат удаляется от системы обнаружения) и т.д.