Организация полигонных испытаний систем определения и подавления БПЛА

Полигонные испытания имеют огромное значение для получения объективных характеристик систем РТР и РЭП, поэтому в данной статье поговорим об организации проведения таких испытаний комплексов РТР и РЭП.

В основе полигонных испытаний лежат несколько ключевых моментов: выбор полигонной базы для испытаний, методика их проведения и материальная база (оборудование, приборы, БПЛА и другие материальные элементы, необходимые для проведения испытаний). Выбор полигонной базы должен обеспечивать доступность и удобство проведения испытаний, то есть она должна находиться как можно ближе как к производителю оборудования, так и к тем, кто будет осуществлять такие испытания. База должна обеспечить доступность проведения повторных испытаний, а также относительное единообразие при проведении испытаний. Лучше, если это будет собственный полигон производителя или пользователя оборудования.

Методика испытаний должна создаваться на основе технической документации производителя (ТУ, РЭ, паспорт и т.д.). При использовании документации производителя лучше не ориентироваться на характеристики, полученные из его рекламных проспектов, поскольку обычно в них если и говорится правда, то не до конца. Например, вас должны насторожить фразы типа "до… такого-то значения". Показатель "до 12 км" может подразумевать 12 м, и вы никогда не докажете обратного. Могут и указывать параметр, не приводя его полную характеристику: например, дальность обнаружения БПЛА, по данным РТР, – 6 км (без указания уровня шума на местности и мощности передатчика пульта БПЛА).

Естественно, ПМИ согласуется с производителем и его необходимо привлекать для консультаций, но не он должен определять ключевые моменты ее составления, поскольку у производителя стоит задача сдать комплекс заказчику и получить деньги за работу, а у заказчика – выявить реальные возможности изделия.

Некоторые аспекты организации и проведения испытаний

Давайте на примерах стационарного комплекса РТР + РЭП рассмотрим отдельные нюансы таких испытаний.

При составлении ПМИ необходимо сначала определиться, от каких угроз нас будет защищать данное оборудование.

Если наш комплекс состоит только из РЭП и РТР, то он не сможет нас защитить от:

1) БПЛА, осуществляющих полет с использованием оптоволокна для управления (поскольку радиопомехи не оказывают воздействие на команды и видеоизображение, передаваемые по оптоволокну);

2) БПЛА, применяющих для своей навигации машинное зрение и ИИ, что позволяет осуществлять автономный полет без использования ГНС. При этом они также не подвержены воздействию РЭП;

3) БПЛА, использующих для своей навигации внешние маяки (работающие вышки сотовой связи, оптические, инфракрасные, радио- и другие метки), – они также не подвержены воздействию РЭП;

4) БПЛА, радиодиапазон управления которыми выходит за границы подавления РЭП. Например, частоты подавления РЭП лежат в диапазоне от 400 МГц до 6 ГГц, а современные каналы управления могут лежать в диапазоне 200 МГц, или даже 27 МГц, или в диапазоне выше 10 ГГц.

Примечание. Starlink использует несколько частотных диапазонов для обеспечения связи:

• Ka-диапазон (18–30 ГГц). Высокочастотный диапазон, обеспечивающий высокую пропускную способность, но более подверженный влиянию атмосферных помех;
• Ku-диапазон (10–12 ГГц). Более низкочастотный диапазон, менее подверженный атмосферным помехам, но с меньшей пропускной способностью, чем Ka-диапазон. Это обеспечивает резервирование и стабильность сети.

В 2023 г. стало известно, что компания SpaceX подала заявку в международный союз электросвязи (ITU) на использование спутников для связи в диапазоне частот от 123 000 МГц до 174 500 МГц.

5) БПЛА, использующих микрогироскопы и микродатчики ускорения.

6) БПЛА, имеющих современные каналы связи на основе ППРЧ, шумоподобных сигналов, спутниковой связи. Они крайне сложно обнаруживаются и подавляются.

Необходимо также отметить, что комплекс РЭП + РТР не сможет нас защитить от БПЛА, если рядом с испытываемым комплексом расположены и действуют аналогичные средства РЭП. При этом наш комплекс РТР не сможет определить БПЛА-нарушителя из-за того, что работающий комплекс РЭП будет его маскировать своими помехами.

Все перечисленное выше не по зубам большинству отечественных комплексов РТР и РЭП.

Дальность обнаружения БПЛА в полете

Рассмотрим типовую характеристику комплекса РТР – дальность обнаружения БПЛА в полете.

Допустим, в ТУ заявлена дальность 12 км и при этом не указан уровень шума на местности. Чувствительность современных приемников находится в диапазоне 0,35–1 мкВ. Эта цифра говорит о том, что если на антенну комплекса РТР придет сигнал в 1 мкВ, то он сможет его принять и после обработки классифицировать его как сигнал от БВС. Но если уровень помех на местности превышает 100 мкВ, комплекс РТР не сможет принять и обработать сигнал от БПЛА, пока его амплитуда не превысит среднеквадратичный уровень шума (на самом деле для идентификации БПЛА с высокой вероятностью уровень сигнала от него должен превышать в несколько раз среднеквадратичный уровень шума). Для простоты расчета будем считать, что комплекс РТР способен идентифицировать БПЛА по его радиообмену сразу, как только сигнал от него превысит шум.

При этом произошло изменение полезного сигнала с 1 мкВ до 100 мкВ, а это значит, что дистанция идентификации БПЛА уменьшилась с 12 км до 1,2 км.

Примечание. В первом приближении можно считать, что U_{сигнала} ≈ 1/r², поэтому при сокращении расстояния в 10 раз полезный сигнал по амплитуде вырастет в 100 раз, об этом говорит формула Введенского (1).

к – поправочный коэффициент, учитывающий среду распространения, лежит в пределах 0,2 – -0,4.

Дальность подавления БПЛА

Следующая характеристика комплекса РТР с РЭП – дальность подавления БПЛА. Допустим, в ТУ заявлена дальность 6 км. Сразу возникает вопрос: при какой мощности передатчика сигналов управления БПЛА получена эта дальность? Если мощность передатчика БПЛА превысит мощность генератора помех РЭП, то он ни на каких дистанциях не сможет подавить БПЛА. Чаще всего мощность передатчика пульта БПЛА бывает 0,1 Вт и 1 Вт, а мощность гражданских комплексов РЭП лежит в диапазоне 50–100 Вт.

Но если мощность передатчика БПЛА вырастет с 0,1 Вт до 1 Вт, то, естественно, дистанция подавления уменьшится.

Иногда в ТУ есть оговорка: дальность подавления 6 км при условии, что расстояние между пультом управления БПЛА и БПЛА составляет 1/2 от дистанции подавления (см. рис. 1).

Рис. 1. Условия подавления БПЛА по ТУ производителя, где: П – подстилающая поверхность полигона; РЭП – комплекс радиоэлектронного подавления; МГ – метка границы блокирования сигналов; ПУ – пульт управления БПЛА; Н – высота БПЛА над П; L – расстояние от ПУ до РЭП.

При условии, что ширина канала управления совпадает с шириной канала подавления РЭП (то есть вся мощность РЭП в 100 Вт излучается в диапазоне канала управления БПЛА), любой РЭП обеспечит подавление БПЛА – это значит, что разработчик ТУ заранее создал благоприятные условия для прохождения испытаний своему комплексу. Чтобы понять это, достаточно построить графики падения мощностей передатчика пульта БПЛА и генератора помех РЭП от расстояния (см. рис. 2).

Рис. 2. Зависимость мощности генератора помех и пульта управления от расстояния

Поэтому у серьезных производителей расстояние между пультом управления БПЛА и БПЛА в документации указывается как 1/3 от дистанции подавления.

Все эти соображения верны, когда полосы излучения пульта БПЛА и генератора совпадают или близки друг к другу. Чтобы это обеспечить, нужен генератор с перестройкой частоты, а для перекрытия всего диапазона частот нужно 4–6 таких генераторов. Только РЭП с генераторами частоты, обеспечивающей ее перестройку, могут считаться современными средствами борьбы с БПЛА.

В абсолютном большинстве случаев генераторы РЭП имеют фиксированный диапазон подавления. При этом 100 Вт мощности генератора равномерно распределяются по диапазону частот подавления. В этом случае надо говорить о спектральной плотности мощности подавления (В/Гц). Типовая ширина диапазона подавления РЭП – 500 МГц, мощность – 100 Вт. Таким образом, будем иметь спектральную плотность мощности РЭП в 0,2 мкВт/Гц.

Ширина диапазона канала управления БПЛА – 50 кГц. Мощность пульта БПЛА – 1 Вт, тогда спектральная плотность мощности пульта будет 20 мкВт/Гц, то есть в 100 раз больше, чем у генератора РЭП (см. рис. 4).

Рис. 3. Зависимость мощности генератора помех и пульта управления от расстояния (увеличено), мощность пульта БПЛА 1 000 мВт (1 Вт), мощность генератора помех 100 000 мВт (100 Вт), ширина канала подавления и управления совпадают между собой

Рис. 4. Зависимость мощности генератора помех и пульта управления от расстояния (увеличено), мощность пульта БПЛА 1 000 мВт (1 Вт), мощность генератора помех 100 000 мВт (100 Вт), ширина канала подавления 500 МГц, ширина канала управления БПЛА 50 кГц. Обратите внимание на то, что граница подавления стала даже не 1/2 L= 0,5 L, а 0,6 L

Часто производитель указывает минимальную дистанцию подавления БПЛА, допустим, 250 м.
Прочитав эту информацию, пользователь считает, что на дистанции 250 м и далее от забора его объекта все БПЛА будут подавлены. При этом объект располагается на обширной территории и генераторы РЭП находятся на удалении до километра от границ забора. Обратимся к рис. 5.

Рис. 5. Зависимость мощности генератора помех РЭП от расстояния (старт БПЛА в 250 м от забора). Точка подавления БПЛА находится на 350 м в глубине территории охраняемого объекта

Естественно, если старт БПЛА будет в 10 м от забора предприятия, БПЛА еще дальше сможет пролететь вглубь охраняемого объекта.

Пока все наши рассуждения касались мощности передатчика и расстояния, но эти мощности излучаются через антенны, которые тоже имеют свои диаграммы направленности (см. рис. 6). Обратите внимание на наличие мертвой воронки у штыревого вибратора в зените и крайне малый коэффициент усиления (излучения) у направленных антенн под большими углами к горизонту.

Рис. 6. Диаграммы направленности штыревого вибратора (слева) [2]; антенны типа "волновой канал" [3] в вертикальной плоскости (в центре), в горизонтальной плоскости (справа)

Таким образом, наиболее тщательно надо проверять возможность пролета БПЛА на предельно малых и предельно больших высотах.

Если перед комплексом ставится задача обнаружить БПЛА, то полет должен осуществляться на минимальной высоте (порядка 30 м) и на максимально возможной высоте (вплоть до 5 тыс. м).

При проверке комплекса на способность подавлять БПЛА минимальную высоту полета можно поднять до 100 м. Дело в том, что после потери возможности управлять БПЛА и последующего отключения генератора помех надо иметь запас высоты (запас времени) для восстановления оператором возможности управлять аппаратом. Однако проверку на подавление БПЛА необходимо осуществлять на максимальных высотах полета.

Тестовые БПЛА

Ключевое значение для определения возможностей комплекса противодействия БПЛА имеет и набор тестовых БПЛА. В этом наборе, кроме БПЛА квадрокоптерной схемы, должен быть хоть один БПЛА, выполненный по самолетной аэродинамической схеме. Эти БПЛА отличаются от квадрокоптеров скоростью и высотой полета, поэтому такое тестирование надо проводить обязательно. Тестовые БПЛА всегда должны быть в комплекте комплекса противодействия.
БПЛА квадрокоптерного типа должны обладать повышенной мощностью передатчика пульта управления (который должен находиться в районе 1 Вт) или использовать ретрансляторы.

Необходимо также иметь квадрокоптеры с каналами связи с повышенной стойкостью к РЭП.

Примечание. В настоящее время общедоступные БПЛА с повышенной стойкостью к РЭП – это БПЛА 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".

Разумеется, в дальнейшем при появлении более совершенных БПЛА следует проводить тестирование в первую очередь на них.

Особое внимание при тестировании следует обратить на наиболее вероятные направления пролета БПЛА. К ним относятся открытые пространства, поймы рек, трассы дорог, подходящие к объекту овраги, низины, объекты недостроенной инфраструктуры.

Выводы

1. К проведению полигонных испытаний надо подходить с полной ответственностью, тщательно изучив по документации технические характеристики комплекса противодействия.
2. Необходимо определиться с моделью угроз, от которых вас будет защищать данный комплекс.
3. ПМИ должна составляться вами, а не производителем (хотя тесные консультации с ним по особенностям работы комплекса приветствуются).
4. Формулировки параметров "до…" должны заменяться на "не менее…".
5. Расстояние между пультом управления БПЛА и приемником БПЛА должно составлять не более 1/3 от дистанции подавления.
6. Обращайте внимание на частоты подавления РЭП с учетом того, что нижний диапазон может сместиться до частоты 27 МГц, а верхний – до частоты 30 ГГц. Даже если на настоящий момент таких комплексов нет, необходимо поинтересоваться, насколько сложно расширить диапазоны подавления (при этом модульный принцип построения приветствуется).
7. Только РЭП с генераторами частоты, обеспечивающими ее перестройку, могут считаться современными средствами борьбы с БПЛА.
8. Необходимо понимать, что комплексы противодействия на основе РТР и РЭП в настоящее время стремительно теряют свою эффективность.
9. Включите в комплект поставки тестовые БПЛА для возможности тестирования реальных, а не заявленных возможностей комплекса противодействия.
10. Особое внимание при тестировании следует обратить на наиболее вероятные направления пролета БПЛА.
11. Необходимо понимать, что развертывание комплекса противодействия на основе РТР и РЭП – это только первый шаг на пути построения защиты от БПЛА, поскольку, если его не развернуть, на объект произведут атаку простейшими БПЛА.
12. Необходимо иметь возможность интеграции в комплекс противодействия РЛС, оптико-электронных комплексов наблюдения и сопровождения БПЛА, а также иметь в виду возможность использования далее дронопортов с БПЛА-перехватчиками, СВЧ-пушек, стрелковых комплексов ближнего радиуса действия, лазерного оружия и т.д.
13. Полигонные испытания по своей сути являются предварительными испытаниями, раскрывающими потенциальные возможности оборудования.
14. Полигонные испытания не могут собой заменить приемо-сдаточные испытания, которые необходимо в обязательном порядке проводить непосредственно на охраняемом объекте. Только приемо-сдаточные испытания могут дать объективную оценку эффективности развернутой защиты объекта.

Список источников

1. Грудинская Г.П. Распространение коротких и ультракоротких радиоволн. м.: "Радио и Связь". 3-е изд. 1981.
2. https://avatars.mds.yandex.net/i?id=e27a3429f27d672c673b81d98a3a9e82_l5170213-images-thumbs&n=13 
3. 3. https://ds3comunicaciones.com/pattern_hg913y.gif 

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" № 2/2025

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

Изображение от vecstock на Freepik