О некоторых вопросах организации полигонных испытаний комплексов технических средств противодействия БВС

В статье приводятся методики испытаний комплексов противодействия БВС и рассматриваются проблемные вопросы, возникающие при проведении данных испытаний.

Данная статья затрагивает вопросы содержания методик проведения испытания КТСП. Почему этот вопрос так важен? Да потому, что в зависимости от методики испытаний можно получить совершенно противоположные результаты для одного и того же оборудования. Сплошь и рядом мы наблюдаем ситуацию, когда заказчик уверен, что исполнитель не выполнил требования ТЗ, а исполнитель утверждает, что все требования выполнены, и даже с лихвой.
Единственным аргументом в этом споре является правильно и корректно составленные программа и методика испытаний.

Общие принципы проведения испытаний

Данные принципы проведения испытаний верны для любых типов испытаний, не являются исключением и испытания КТСП БВС.

1. Испытания должны проводиться в повторяемых условиях.
Для этого необходимо иметь полигон. Идеальным местом для полигонных испытаний является летное поле небольшого аэродрома (оно имеет достаточную длину и ровную поверхность). Для таких испытаний подойдет и обыкновенное ровное поле.

2. Испытания проводятся при нормальных погодных условиях (по возможности).
Наличие водяных паров в воздухе может сильно влиять на поглощение радиоволн в диапазоне СВЧ. Если по определенным причинам невозможно провести испытания в нормальных условиях, то уровень атмосферных осадков необходимо зафиксировать в протоколе испытаний.

3. Должна обеспечиваться повторяемость измерений.
Это требование подразумевает, что БВС, используемые для тестирования, должны быть идентичными (в качестве тестовых БВС должны применяться однотипные аппараты с идентичной прошивкой программного обеспечения), иначе невозможно провести сравнительные испытания различных КТСП. Однако развитие БВС происходит стремительно, поэтому при проведении испытаний целесообразно использовать и наиболее стойкие в данный момент к РЭП БВС (их необходимо добавлять к ранее испытанным типовым БВС).

Примечание. В настоящее время из находящихся в свободном доступе БВС с повышенной стойкостью к РЭП являются БВС типа Autel EVO Max 4T, "Патриот К40-ТЛ", БВС DJI Mavic 3 c прошивками семейства 1001, FPV-дроны с дублированием частоты передачи видеосигнала и управления типа "Пиранья-13".

В любом случае в протоколе фиксируется тип БВС и его основные ТТХ.

Дополнительные требования выдвигаются и к уровню электромагнитных наводок и шумов на местности. В идеальном случае среднеквадратичный уровень шумов не должен превышать 1 мкВ, допустимый уровень шумов – 10 мкВ, уровень шума с большим значением должен фиксироваться в протоколе и учитываться при оценке результатов испытаний.

Примечание.
Методику измерения электромагнитного шума можно взять из ГОСТ 30805.16.2.2–2013 "Методы измерения параметров радиопомех и помехоустойчивости. Измерение мощности радиопомех".

4. Испытания должны проводиться по единой методике измерений (для каждого типа КТСП, при условии, что их функционал и состав близок между собой).
Необходимость выполнения данного требования очевидна.

Термины и сокращения

АКБ – аккумуляторная батарея.
БВС – беспилотное воздушное судно.
ГНС – глобальные навигационные системы.
КТСП – комплекс технических средств противодействия.
ПМ – программа и методика испытаний.
РЛС – радиолокационная станция.
РТР – радиотехническая разведка.
РЭП – радиоэлектронное противодействие.
ТТХ – тактико-технические характеристики.
ТЗ – техническое задание.
FPV-дрон (FPV – First Person View, вид от первого лица) – БВС, которые передают видеоматериал о полете в реальном времени на устройство наблюдения пилота.
ФАР – фазированная антенная решетка.
ЭПР – эффективная площадь рассеяния.

Типы комплексов технических средств противодействия

КТСП БВС бывают носимыми, мобильными и стационарными. В отдельный класс стоит выделить быстроразворачиваемые КТСП, они, как правило, относятся к классу носимых или мобильных. При одинаковом назначении этих КТСП состав оборудования, используемые технические решения и возможности подавления БВС у них различны. А это значит, что проблематично провести их тестирование по одной и той же методике, хотя принципы и общие подходы тестирования будут одинаковы.

Антидроновые ружья

Антидроновые ружья (см. рис. 1 сверху), оснащены антенной с узкой диаграммой направленности, поэтому от того, насколько точно антидроновое ружье направлено на БВС, будет зависеть дистанция его подавления. Для нивелирования ошибок прицеливания необходимо использовать штатив и до начала проведения испытаний направить его в направление прилета БВС (на испытаниях мы знаем, откуда прилетит БВС). Для целей точного позиционирования антидронового ружья используют компас, оптические приборы (иногда такой оптический прицел стоит уже на самом ружье), но чаще для этого используют взлет БВС около ясно видимого ориентира (столба освещения, мачты, одиноко стоящего дерева и т.д.).

Рис. 1. Типы КТСП: антидроновое ружье (сверху) [2], мобильный комплекс (по центру) [3], стационарный (внизу) [4]

Кроме проведения натурных испытаний антидронового ружья с целью определения дистанции подавления БВС, необходимо провести и ряд простейших лабораторных испытаний.

Необходимо определить время работы антидронового ружья от АКБ: если время работы от АКБ меньше времени работы АКБ дрона, то использование такого ружья неэффективно. Дрон-нарушитель может быть заминирован, поэтому подходить к нему и брать его в руки опасно, значит необходимо осуществлять его подавление с дистанции, но если АКБ антидронового ружья разрядилась, а АКБ дрона нет, то дрон взлетит и продолжит атаку. Время работы антидронового ружья от АКБ должно быть не менее 45 мин.

При разряде АКБ антидронового ружья падает питающее напряжение, что приводит к падению мощности генератора, поэтому необходимо оценить эффективность подавления БВС и при разряде АКБ (при граничных рабочих значениях питающего напряжения).

Наконец, часто разработчики экономят на площади радиаторов выходных транзисторов генератора антидронового ружья, поэтому необходимо проверить возможность непрерывной работы антидронового ружья в течение длительного времени (не меньше 10 мин.) при температуре окружающего воздуха +35 °С, +40 °С (возможно, для этого потребуется камера тепла и холода).

Мобильные комплексы

Мобильный комплекс КТСП (см. рис. 1 по центру), интересен тем, что некоторые исполнения такого КТСП позволяют производить подавление БВС при перемещении КТСП. Эффективность подавления БВС в движении падает, поэтому эту функцию (если она присутствует) надо проверить.

Быстроразворачиваемые комплексы

Быстроразворачиваемые комплексы необходимо проверять на скорость приведения их в рабочее состояние и удобство развертывания, а также на оперативность свертывания КТСП.

Стационарные комплексы

Стационарные комплексы КТСП (см. рис. 1 внизу), имеют в своем составе различное оборудование. В него могут входить комплексы РТР, РЭП, РЛС, тепловизионного и телевизионного оборудования регистрации и сопровождения БВС, комплексы акустической пеленгации, средств активного воздействия на БВС.

Стационарные комплексы предполагают защиту от средних и крупных БВС, которые характеризуются высотой полета до пяти-шести километров, поэтому при тестирования таких комплексов обязательно осуществлять проверку эффективности средств РТР и РЭП и РЛС на больших высотах полета.

Чтобы не перегружать статью, остановимся пока только на испытаниях РЛС.

Рис. 2. Типовая диаграмма направленности антенны РЛС [5]

Испытания радиолокационных систем

РЛС бывают по принципу работы доплеровские и иные, по принципу сканирования – секторные, с механическим сканированием пространства, и отдельно стоит остановиться на РЛС с ФАР.

Доплеровские РЛС не позволяют осуществлять обнаружение зависших БВС и с трудом обнаруживают медленно двигающиеся БВС.

Секторные РЛС имеют ограниченный угол обзора как по азимуту, так и по вертикали. Поэтому они требуют установку нескольких антенных полотен; при проведении испытаний необходимо проверить реальные углы обзора таких РЛС и, конечно, учитывать эти характеристики при создании КТСП. При этом нужно стремиться исключить не просматриваемые РЛС зоны (или стремиться их снизить). Типовой прием атакующего БВС заключается в попытке зайти в "мертвую воронку" РЛС при атаке с зенитного направления.

РЛС с механическим сканированием имеют ограниченную скорость обновления информации о траектории полета БВС, которая определяется количеством оборотов антенны РЛС за минуту. При недостаточном количестве оборотов возможны проблемы с "завязкой" траектории полета БВС, возникающие в результате срыва режима сопровождения цели РЛС.
Поэтому в проверку таких РЛС всегда надо включать режим обнаружения БВС при максимальной скорости полета.

РЛС с ФАР характеризуется также ограниченными углами сканирования как по углу места, так и по азимуту, поэтому их обязательно надо проверять на реальные углы обнаружения БВС.

Низковысотный полет БВС наиболее сложен для его обнаружения РЛС из-за переотражения радиосигнала от подстилающей поверхности и высокостоящих зданий. Дистанция обнаружения БВС может быть в разы меньше, чем в "свободном пространстве". Неидеальна и диаграмма направленности РЛС. Типовая диаграмма направленности антенны РЛС представлена на рис. 2. Обратите внимание, насколько она "изрезана", и по ней видно, что дальность обнаружения низколетящей цели вдвое меньше, чем на средних высотах (см. точку А и точку Б на рис. 2). Поэтому особенно тщательно надо проводить испытания РЛС по дальности обнаружения низколетящих целей с малой ЭПР (порядка 0,01 кв. м).

При калибровке РЛС перед началом испытаний проследите, чтобы комплекс РЭП был отключен (в режим подавления он должен включаться только после обнаружения БВС).

Дело в том, что обычно при калибровке с целью снижения отметок от ложных целей, РЛС оценивает уровень шума на местности и выставляет порог срабатывания (уровень принятого сигнала от цели) выше уровня шума на местности. Работающий РЭП на порядок увеличивает уровень шума, и при этом происходит загрубление чувствительности РЛС.

Стандартная методика проверки дальности подавления КТСП

Стандартная методика проверки дальности подавления КТСП представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема проведения испытаний по определению дальности подавления БВС. L1 – расстояние от пульта управления БВС до точки подавления БВС, L2 – расстояние от точки подавления БВС до КТСП

При проведении испытаний БВС осуществляет взлет, набирает заданную высоту (в это время включает КТСП на обнаружение и/или подавление БВС), далее БВС осуществляет полет в направлении КТСП. В момент подавления каналов ГНС, передачи видеоизображения с БВС, каналов управления необходимо зафиксировать их дистанцию подавления.

Примечание. Чаще всего дистанции подавления этих каналов различны. Обычно первым происходит подавление каналов ГНС (так как уровень сигнала от спутников ГНС незначителен).

Подавление каналов передачи видеоизображения, навигации и управления БВС происходит при определенном соотношении "сигнал/шум", поэтому нам необходимо знать дистанцию как от пульта управления БВС до точки подавления, так и дистанцию от точки подавления до КТСП.

Допустим, в результате первого испытания КТСП № 1 мы получили расстояние от точки подавления БВС до КТСП № 1 в 600 м и расстояние от пульта управления БВС до точки подавления БВС в 300 м.

А в результате второго испытания КТСП № 2 мы получили расстояние от точки подавления БВС до КТСП № 2 в 6 км и расстояние от пульта управления БВС до точки подавления БВС в 3 км.

Кажется, что КТСП № 2 имеет лучшие характеристики, поскольку показал результат по дистанции подавления в 10 раз больше, чем КТСП № 1. На самом деле эти КТСП равнозначны между собой, поскольку соотношение в расстояниях (L2/L1) не изменилось.

Часто различные КТСП испытываются на разных полигонах, многие полигоны имеют ограничение по максимальной дальности запуска БВС.

Как сравнивать между собой эти результаты? Результаты этих испытаний можно сравнить между собой, учитывая тот факт, что интенсивность убывания напряженности поля радиосигнала обратно пропорционально квадрату расстояния, об этом говорит формула Введенского, которая связывает напряженность поля радиосигнала с расстоянием:

(Е_{поля радиосигнала} ~ 1/r²).

Рассмотрим этот случай на примерах.

Полученные данные на полигоне № 1

Исходные данные:

1. Длина полигона – 3 000 м.
2. Дистанция между пультом управления БВС и самим БВС, при которой произошло подавление, – 500 м.
3. Тогда дистанция между БВС и КТСП – 2 500 м.

При этом соотношения напряженностей полей (в относительных единицах) будут обратно пропорциональны квадрату расстояний:

Е_{пульта управления}/E_{помехи КТСП} = (2 500)²/(500)² = 6 250 000/250 000 = 25.

Полученные данные на полигоне № 2

Исходные данные:

1. Длина полигона – 1 500 м.
2. Дистанция между пультом управления БВС и самим БВС, при которой произошло подавление – 500 м.
3. Тогда дистанция между БВС и КТСП – 1 000 м.

Е_{пульта управления}/E_{помехи антидронового ружья} = (1 000)²/(500)² = 360 000/160 000 = 4.

Подавление на полигоне № 2 произошло при соотношении "сигнал/шум" = 4, а на полигоне № 1 – при соотношении "сигнал/шум" = 25. Отношение этих величин 25/4 = 6,25.

Таким образом, можно сделать вывод, что КТСП, испытанный на полигоне № 1, эффективней, чем КТСП, испытанный на полигоне № 2, поскольку он смог подавить управление БВС при большой мощности радиосигнала, приходящего на пульт управления.

Методики испытаний БВС квадрокоптерного/ мультироторного и самолетного типов

Испытания БВС квадрокоптерного/мультироторного (далее БВС квадрокоптерного типа) отличаются друг от друга.

Испытания необходимо проводить для определения предельных дистанций обнаружения БВС и дистанции их подавления.

Обычно эти испытания совмещают, но результаты испытаний нужно обязательно фиксировать как для случая обнаружения, так и для случая подавления БВС. Эти дистанции кардинально отличаются друг от друга.

БВС квадрокоптерного типа могут зависать и двигаться с малой скоростью, поэтому сначала надо проверить возможность КТСП, зафиксировать зависший квадрокоптер на максимальной дистанции и минимальной высоте.

Регистрация зависшего квадрокоптера

Квадрокоптер поднимается на высоту 10 м и зависает на данной высоте на 10 с. Если КТСП не смог зафиксировать зависший БВС, высота увеличивается на 10 м (наиболее сложной задачей для КТСП является задача обнаружения низколетящих БВС), и так поэтапно мы увеличиваем высоту зависания до 100 м. При отрицательном результате дистанция между БВС и КТСП сокращается на 100 м.

Регистрация квадрокоптера на минимальной высоте с минимальной скоростью

Движение осуществляется прямолинейно на КТСП. Обычно выбирают для БВС высоту полета в 10 м и скорость движения около 1 м/с.

При невозможности движения БВС с такой скоростью устанавливают минимально возможную техническую скорость движения БВС и минимально возможную высоту полета, исходя из требований по обеспечению безопасности полетов.

Регистрация квадрокоптера на минимальной высоте с максимальной скоростью

Движение осуществляется прямолинейно на КТСП. Для полета БВС задают минимальную высоту и максимальную скорость полета (не забывайте при этом об обеспечении безопасности полетов, обычно высоту полетов при этом увеличивают до 20 м).

Регистрация квадрокоптера на максимальной высоте с минимальной/максимальной скоростью движения

Движение осуществляется прямолинейно на КТСП. Все испытания проводятся аналогично пунктам № 2–3, но на максимальной высоте полета БВС.

Регистрация квадрокоптера при полете "змейкой" на высоте 30 м и на максимальной высоте

Квадрокоптер занимает в высоту в 30 м и совершает полет с максимальной скоростью "змейкой". При этом угол отклонения траектории полета БВС от нормали составляет порядка 30 град., а время изменения траектории 3–5 с.
Испытания повторяют на максимальной высоте полета БВС.

Регистрация БВС самолетного типа

Проводится аналогично испытаниям квадрокоптерного типа, при этом исключаются режим зависания, полет на минимальной скорости и минимальной высоте (при таком полете возможно попадание БВС в режим "сваливания").

Таким образом, БВС самолетного типа испытываются на максимальной высоте с максимальной скоростью при движении прямолинейно, максимальной высоте с максимальной скоростью "змейкой", на высоте 50 м с максимальной скоростью прямолинейно, на высоте 50 м с максимальной скоростью "змейкой".

Особенности составления программ и методик испытаний

Хотелось бы остановиться на особенностях составления программ и методик испытаний. Часто разработчик или производитель КТСП оказывает помощь при составлении программ и методик испытаний своего оборудования (и это правильно, ибо никто лучше разработчика и производителя не знает особенности предлагаемого оборудования). Однако я призываю не полагаться полностью при этом на добровольных помощников и внимательно читать, что там написано. Иногда попадаются такие фразы: "Дистанция подавления до 1 000 м". Это означает, что КТСП может подавить БВС на дистанции в 10 м (поскольку это значение попадает под определение "до 1 000 м") и при этом КТСП выполнит требования ПМ.

В ПМ должно быть написано "не менее 1 000 м" и подробно описано, как проводить такие испытания.

Бывает, в программе пишут, что дистанция подавления "не менее 1 000 м", не указав при этом, какое должно быть расстояние между пультом управления БВС и точкой подавления БВС.

Иногда данные соотношения указывают, стараясь при этом облегчить себе прохождение испытаний. Допустим, пишут, что "дистанция подавления не менее 1/2 S", где S – дистанция между точкой старта БВС и КТСП.

Это значит, что при расстоянии между пультом и БВС и КТСП в 1 000 м подавление БВС должно быть осуществлено не ближе чем за 500 м.

Другие производители пишут, что это значение "не более 1/3". Это значит, что расстояние между пультом и БВС сокращается до 333 м (1 000/3 = 333), а дистанция подавления вырастает до 667 м, поэтому этот КТСП более совершенный.

Для того чтобы убедиться в повторяемости результатов испытаний, надо провести не менее трех измерений. Желательно указать погрешность и доверительный интервал.

Если получили среднеарифметическое значение расстояния в 1 000 м, то правильно привести результат в следующей записи: L2 = (1 000 ± 146), (P = 0,95).

Это означает, что с вероятностью, равной 0,95, реальное значение расстояния лежит в диапазоне от 854 до 1 146 м.

Для вычисления абсолютной ошибки при ограниченном количестве испытаний применяется коэффициент Стьюдента t. Значение коэффициентов Стьюдента носят табличный характер.

Заключение

Хотелось бы отметить, что цель проведения полигонных испытаний заключается в определении наиболее технически совершенного однотипного оборудования от разных производителей. При этом они не гарантируют заказчику реализацию требований по защите конкретного объекта от конкретных угроз согласно имеющейся модели угроз для охраняемого объекта.

Поэтому перед заключением контракта на поставку и развертыванием КТСП на охраняемом объекте необходимо, чтобы проектировщик и заказчик провели предварительное обследование объекта, ознакомились с моделью угроз, заказчик составил ТЗ на требуемые характеристики КТСП, провели предварительное тестирование на объекте основных компонентов КТСП, составили программу и методику приемо-сдаточных испытаний КТСП.
Ну а далее… осталось только добиться выполнения заданных требований и характеристик.

Список литературы

1. A.A. Михайлов, Ю.В. Тарасова, С.А. Каханов. Проблемные вопросы проведения испытаний комплексов специальных технических средств противодействия беспилотным воздушным судам и предложения по методике проведения данных испытаний // Академический вестник войск национальной гвардии Российской Федерации. 2024. № 2.
2. //URL:https://https://overclockers.ru/st/legacy/blog/373654/370362_O.jpg (дата обращения: 12.10.2024).
3. //URL:https://i.pinimg.com/736x/d4/35/ 53/d43553748d73f98738446df90573ad54.jpg (дата обращения: 12.10.2024).
4. //URL https://optim.tildacdn.com/tild3461-3631-4335-b061-316630636338/-/format/webp/_0.jpg (дата обращения: 12.10.2024).
5. //URL: https://m-gen.ru/800/600/http/astrosurf.com/luxorion/Radio/rhombic-patterns.gif (дата обращения: 12.10.2024).

Иллюстрации предоставлены автором.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" № 6/2024

Все статьи журнала "Системы безопасности"
доступны для скачивания в iMag >>

Изображение от frimufilms на Freepik