Система "Антидрон": успеть за 83 секунды

О противодействии дронам на объектах гражданской авиации.

Проблема защиты аэропортов от актов незаконного вмешательства с использованием дронов на пике актуальности. В данной статье рассмотрены системы обнаружения и нейтрализации дронов, разработанные на оценке модели нарушения и вероятных сценариев их использования.

Дроны бывают военного и гражданского назначения, а по типу подразделяются на самолетные, вертолетные, парапланерные, аэростатические и мультикоптеры. Наиболее распространенными и доступными являются гражданские дроны мультикоптерного типа. Им мы и уделим основное внимание.

Возможности мультикоптеров

По стоимости дроны мультикоптерного типа бывают разных классов:

1. Недорогие (около 60 тыс. рублей). Имеют малый вес (0,734 кг) и размер – эффективную площадь рассеивания (далее – ЭПР), из-за чего обнаружить их при помощи радиолокационных систем сложнее, чем другие виды дронов.
   Поднимаются на достаточно большую высоту (до 5 км), автономны (до 30 мин.), могут нести малую нагрузку (до 0,5 кг). Это опасный враг, но у него мало возможностей, чтобы причинить ущерб. Одна из угроз – попадание в двигатель самолета при несении титановой пластины.
2. Средний ценовой сегмент (около 150 тыс. рублей). Для таких дронов характерен небольшой вес (1,375 кг) и достаточный размер (ЭПР) для эффективного обнаружения радиолокационными системами. Имеют самую большую высоту полета (до 6 км), автономность (до 30 мин.), могут нести уже более серьезную нагрузку (до 1 кг). Недостаточно возможностей для причинения ущерба. Угроза – попадание в двигатель самолета при несении титановой пластины, легкого взрывного устройства, средства химического или бактериологического оружия.
   Из-за невысокой несущей способности дроны первых двух типов не являются сколько-нибудь существенной угрозой, значительную часть
   полезной нагрузки в них занимают видеокамеры. На перенос груза остается немного, и каждый грамм дополнительного веса снижает возможности дальности и автономности полета.
   Однако из-за своей доступности и распространенности эти дроны являются наиболее вероятными нарушителями воздушного пространства объектов ГА.
3. Средневысокий ценовой сегмент (около 455 тыс. рублей). Имеют существенный вес (10 кг) и достаточный размер (ЭПР) для эффективного обнаружения радиолокационными системами. Достаточно большая высота полета (до 4,5 км), автономность (до 32 мин.), могут нести уже большой груз (до 6 кг). Чрезвычайно опасный враг, имеющий достаточно возможно-
   стей, чтобы причинить ущерб. Угроза – столкновение с воздушным судном, попадание в двигатель самолета, несение взрывных устройств и других средств массового поражения.
4. Высокий ценовой сегмент (около 957 тыс. рублей). Для этих дронов характерен большой вес (24,5 кг) и достаточный размер (ЭПР) для эффективного обнаружения радиолокационными системами. Небольшая высота полета (до 2 км), автономность (до 10–18 мин.), могут нести уже большой груз (до 16 кг). Опасный враг, имеющий достаточно возможностей, чтобы причинить ущерб. Однако маловероятный нарушитель из-за невысокой распространенности. Легко обнаруживается антидронсредствами из-за большого веса, ЭПР и невысокой скорости полета. Угроза – столкновение с воздушным судном, попадание в двигатель самолета, несение взрывных устройств и других средств массового поражения.

Ограничения дронов

В прошивке гражданских дронов установлены ограничения:

• максимальной высоты полета – 0,5 (реже 0,12) км;
• максимально возможная скорость;
• запрет перемещения около объектов национального значения (аэропортов).

Для того чтобы дрон полетел выше, необходима перепрошивка. В то же время в Интернете в открытом доступе имеются необходимые прошивки для популярных дронов и инструкции по их перепрошивке.

Таким образом, любой дрон весом более 250 г, подлетевший к аэропорту ближе 3 км или летящий на высоте более 0,5 км, является перепрошитым. При этом следует учитывать, что перепрошивка зачастую делается для снятия других технических ограничений, а опция полета над бесполетными зонами дается с заменой прошивки "в подарок".

Угрозы и последствия

21 декабря 2018 г. в качестве меры предосторожности, связанной с полетами дронов, была закрыта на несколько часов единственная взлетно-посадочная полоса аэропорта Гатвик в Лондоне.

За 36 часов активности двух дронов более 120 тыс. пассажиров не попали на свои рейсы, авиакомпании потерпели миллионные убытки и репутационный ущерб. Потери от единственного инцидента многократно превысили стоимость установки системы защиты, которая позволит защититься как от настоящих, так и фейковых дронов.

Внедрение систем защиты от дронов находится в зоне ответственности ОТИ и выгодно авиакомпаниям. Аэропорт, оборудованный такой системой защиты, более привлекателен для авиакомпании: снижены риски повреждения ВС и задержки рейсов.

Любые системы защиты от дронов должны включать в себя средства обнаружения, классификации и нейтрализации дронов.

Таблица. Сравнительные характеристики способов обнаружения дронов

Обзор средств обнаружения, распознавания и классификации дронов

Для обнаружения дронов могут использоваться различные физические принципы или их комбинация, а каждый из способов обнаружения и противодействия имеет свои достоинства и недостатки.

К числу средств обнаружения и классификации дронов относятся:

1. Радиочастотное обнаружение (сканирование радиоэфира). Радиочастотная дрон-детекция осуществляется на основе обнаружения дронов по характерным радиосигналам. Антенные комплексы для детекции беспилотников оснащаются удобным интерфейсом, который дает графическое отображение окружающей местности, метку засеченного в воздухе дрона и оповещает о вторжении. Это одно из основных средств обнаружения в комбинации с РЛС.
   Достоинства: зона обнаружения – купол, обнаружение дронов на достаточно большой высоте (в основном до 1,5 км, но есть и большей дальности).
   Недостатки: невозможность обнаружения дронов в режиме радиомолчания.
2. Радиолокационные станции (эффект Доплера). Используется метод радиолокации, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов. Это один из основных методов обнаружения в комбинации с радиочастотным обнаружением.
   Достоинства: возможность обнаружения дронов в режиме радиомолчания.
   Недостатки: ограничение зоны контроля по углу места, требуется тщательный выбор мест установки, уязвимость при проникновениях с высоты.
3. Лидар (лазерный радар). Технология получения и обработки информации об удаленных объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления поглощения и рассеяния света в оптически прозрачных средах. Лидар как прибор представляет собой как минимум активный дальномер оптического диапазона. Подходит для защиты отдельных небольших объектов, но не рекомендован к использованию как основное средство обнаружения для аэропорта.
   Достоинства: возможность обнаружения дронов в режиме радиомолчания.
   Недостатки: критически малая дальность и высота обнаружения (до 0,4 км), уязвимость для всех видов дронов.
4. Визуальное обнаружение (видеоаналитика). Это камеры высокого разрешения со специальным программным обеспечением. Они автоматически фокусируются на малоразмерных воздушных целях и, если такая цель опознана как дрон с помощью базы данных визуальных сигнатур, записывают видео приближения дрона к объекту, включая при этом сигнализацию. Применяется как дополнительное средство обнаружения и сопровождения цели.
   Достоинства: возможность обнаружения дронов в режиме радиомолчания, использование в качестве средства классификации и сопровождения целей, наведенного по координатам РЛС или системы радиочастотного обнаружения.
   Недостатки: критически малая дальность и высота обнаружения (0,1 км), уязвимость для всех видов дронов.
5. Обнаружение по звуку (аудиоаналитика). Звуковые характеристики (сигнатура) летящего дрона передаются с акустического датчика (микрофона) на сервер, где сравниваются с сигнатурами всех беспилотников, скомпонованными в особую базу данных. Возможно применение для защиты отдельных небольших объектов, но не рекомендовано к использованию как основное средство обнаружения для аэропорта.
   Достоинства: возможность обнаружения дронов в режиме радиомолчания.
   Недостатки: малая дальность и высота обнаружения (до 1,2 км), уязвимость для всех видов дронов.

Модель угрозы

Средства нейтрализации

Нейтрализация дронов может быть физическая и радиоэлектронная. Физическая – это уничтожение с применением оружия, а также вступление дрона или дрессированной крупной хищной птицы службы транспортной безопасности в воздушный бой с дроном нарушителя. В рамках данной статьи будет рассмотрена исключительно радиоэлектронная нейтрализация дронов. К ней относятся:

1. Постановка помех с целью прерывания канала управления дроном с наземной станции.
2. Постановка помех с целью прерывания связи дрона со спутниками навигационных систем.
3. GPS/ГЛОНАСС-спуфинг (фальсификация навигационных координат).
4. Перехват управления дроном.

Как правило, системы нейтрализации используют постановку помех для каналов управления дроном и каналов связи со спутниками навигационных систем. По исполнению они делятся на стационарные, мобильные и ручные. Стационарные, в свою очередь, подразделяются по сектору излучения на:

• всенаправленные, создающие защитный купол;
• секторные;
• узконаправленные, установленные на поворотной платформе.

Как правило, системы нейтрализации подавляют частоты в диапазонах 433/868/900/1200 МГц, 1,57542/1,602 ГГц и 2,4/5,2/5,8 Гц. Интеллектуальные решения способны обнаруживать частоты управления дронами в том числе из других диапазонов частот и подавлять их.

Очевидно, что использование подобных средств радиоэлектронной борьбы с антеннами всенаправленного действия не допускается в условиях аэропорта. Более того, там также рекомендуется не применять без острой необходимости подавление глобальных систем позиционирования (GPS/ГЛОНАСС). Вероятно, для аэропортов лучшим способом является постановка помех непосредственно на дрон-нарушитель узконаправленными антеннами, расположенными на поворотных устройствах.

Комплексная система защиты

Проведенный анализ технических характеристик дронов показывает, что любительские модели дронов стоимостью до 300–400 тыс. рублей плохо приспособлены к совершению террористического акта с использованием наиболее опасных тактик скрытного проникновения на территорию аэропорта путем обхода зоны контроля на большой высоте. Следовательно, такие дроны вероятнее всего будут применяться для проникновения на относительно небольшой высоте и будут уязвимы для большинства систем защиты. Однако чем более правильно спроектирована система защиты, тем более дорогие дроны нужны, чтобы справиться с задачей скрытного проникновения. Грамотная система защиты позволит обнаружить на подлете и нейтрализовать в том числе и модели дронов, предназначенные для промышленного использования (стоимостью более 1 млн рублей).

Анализ технических характеристик дронов, достоинств и недостатков систем обнаружения, способов распознавания и классификации дронов, основанных на различных физических принципах, позволяет сделать вывод, что не существует идеального принципа действия, гарантирующего обнаружение и распознание дрона в любых условиях. При этом наиболее эффективным средством защиты является интегрированная мультисенсорная система, в которую входят:

1. Радиочастотная система обнаружения дронов по радиоизлучению с дальностью действия не менее 1,5 км и определением координат дронов.
2. Сеть радиолокационных станций с дальностью действия до 3–5 км и углом обзора по месту не менее 60 град.
3. Видеокамеры на поворотных устройствах, предназначенные для верификации целей и контроля процесса нейтрализации дронов, автоматически наводимые по целеуказанию систем обнаружения.
4. Средства для нейтрализации дронов узконаправленной постановкой помех, размещенные на поворотных устройствах совместно с видеокамерами.
5. Система поддержки принятия решения, позволяющая применять как автоматическую, так и автоматизированную после подтверждения оператором тактику нейтрализации дронов, а также их выбор с учетом рассчитанного системой уровня угрозы объекту и установленного уровня транспортной безопасности.

Модель угрозы

При условии правильно спроектированных мест установки средств обнаружения и противодействия наиболее вероятным будет обнаружение атаки дрона на расстоянии 1,5 км от границ или критических элементов объекта. В таком случае время подлета дрона, движущегося со скоростью 65 км/ч, составит ≤83 с. Это время на принятие решения оператором о применении средств нейтрализации. Нужно оценить направление, откуда движется угроза, узнать, нет ли на пересекающихся курсах воздушных судов, проанализировать степень угрозы и вероятные последствия, выбрать тактику противодействия:

• предупреждение (кратковременная постановка помех), если дрон находится за пределами зоны транспортной безопасности;
• нейтрализация (постановка помех до прекращения опасности), например, если зафиксирована атака сверху над объектом транспортной инфраструктуры или направление движения дрона в сторону критически важного или опасного объекта.

Как показывает практика, в критической ситуации человеку сложно принимать подобного рода решения, а на это в лучшем случае есть 83 с.

Для эффективной защиты необходима система поддержки принятия решения, позволяющая автоматизировать процессы анализа угрозы, вывести необходимую информацию и предложить оператору соответствующую тактику реагирования. Без этого инвестиции в оснащение объекта одной или несколькими разрозненными системами защиты нецелесообразны.

Экспертный подход

Для поддержки принятия решения на рынке предлагаются программно-аппаратные комплексы (ПАК), позволяющие посредством соответствующих модулей интеграции получать от систем обнаружения и противодействия и выдавать оператору следующую информацию:

• время, способ обнаружения и координаты дрона, степень угрозы;
• видеоизображение от систем визуального контроля;
• наведение систем нейтрализации на цель и готовность к действию;
• при одновременном обнаружении нескольких объектов их индивидуальное отображение на карте.

ПАК на платформе PSIM-класса помогают не только осуществлять мониторинг проникновения беспилотных летательных аппаратов, но и имеют инновационные средства для автоматизированной обработки информации о зафиксированных тревожных сигналах. Они обеспечивают следующие возможности в части поддержки принятия решений:

1. Помощь при верификации тревожных событий.
2. Анализ степени угрозы и предложение наиболее подходящей тактики реагирования в соответствии с гибко настраиваемыми алгоритмами.
3. Контроль решений, принимаемых операторами.
4. Координация реагирования на происшествия и контроль над процессом реагирования.
5. Расследование инцидентов.

Заключение

Стоит отметить, что уровень угроз от гражданских дронов высок. Скорость передвижения беспилотных средств более 65 км/ч делает недостаточным применение исключительно средств обнаружения и подавления, так как
время на принятия решения оператором о применении средств нейтрализации должно быть менее 83 с. Цена данного решения чрезвычайно высока: ошибка может повлечь серьезные последствия. В условиях чрезвычайной ситуации оператору нужно оценить направление движения дрона, узнать, нет ли на пересекающихся курсах воздушных судов, проанализировать степень угрозы и вероятные последствия.

Произвести такие расчеты в сверхмалый отрезок времени не под силу человеку. Решить такую задачу способна система PSIM-класса, интегрированная с элементами обнаружения, подавления и др.

Таким образом, техническое решение, реализованное на базе программного обеспечения PSIM-класса, снижает нагрузку на оператора, исключает негативное влияние человеческого фактора. Такой подход позволяет максимально повысить скорость реагирования и эффективность действий.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №2/2020

Редакция советует

В статье приводится обзор средств обнаружения и распознавания дронов, приведена классификация беспилотных летательных аппаратов, описана модель угроз и эффективные способы ее нейтрализации при помощи программно-аппаратных комплексов на платформе PSIM-класса.

Технические решения для обеспечения безопасности объектов от угроз БПЛА имеются у российских разработчиков, проектировщиков и поставщиков – ООО "Рубеж-инжиниринг", ПСЦ "Электроника", компании ЮМИРС. Системы управления беспилотными аппаратами представляет крупнейший российский интегратор – компания "КРОК".

Изображения предоставлены автором

Фото: ru.freepik.com