Результат интеллектуальной деятельности: Способ обнаружения работы каналов управления беспилотным летательным аппаратом

Изобретение относится к аппаратуре радиоразведки техники радиоэлектронного подавления (РЭП) систем управления беспилотными летательными аппаратами (БЛА). Большое разнообразие БЛА использует систему управления БЛА, включающую навигационное обеспечение полетом и двухстороннюю связь между наземным пунктом управления (НПУ) и БЛА, в составе прямых каналов передачи телеметрической информации управления БЛА и обратных каналов передачи телеметрической информации состояния БЛА, а также разведывательной информации. Радиосвязь между НПУ и БЛА в условиях прямой видимости организуется по каналам непосредственной радиосвязи, а за пределами прямой видимости по каналам с использованием ретрансляторов.

Известен способ радиоподавления каналов связи [Патент RU 2104616 С1, 7 H04K 3/00], включающий прием сигналов источника излучения, определение его параметров и интенсивности источника сообщения на этой частоте, формирование структуры модулирующего напряжения, модуляцию сигнала возбудителя, усиление и излучение в эфир помеховых сигналов в соответствии с установленным распределением ресурса подавления (время излучения на одной частоте).

Недостатком способа является низкая эффективность подавления современных систем связи на основе частотного разноса каналов приема и передачи информации.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ радиоподавления каналов связи [Патент RU 2211538 С2, 7 H04K 3/00].

Способ-прототип включает многократный прием сигнала источника излучения на частоте канала синхронизации f_окс, определяют в каждом цикле приема номер мобильного абонента, с которым инициируется текущий сеанс связи, и значение частоты передачи мобильного абонента f_j, назначенной ему для проведения текущего сеанса связи и на которой излучается контрольный тональный сигнал, запоминают значение частоты передачи мобильного абонента, формируют сигнал управления режимом передачи помехового сигнала и структурой модулирующего напряжения для излучения помех, путем настройки помехового сигнала на частоту передачи мобильного абонента и модуляции этой частоты структурой модулирующего напряжения, после смены частоты передачи от базовой станции для указанного мобильного абонента дополнительно определяют текущее значение частоты и ширину спектра контрольного тонального сигнала, и в пределах цикла подавления излучают помеховый сигнал в полосе контрольного тонального сигнала j-го канала связи, выделенного для проведения текущего сеанса.

Способ эффективен для РЭП дуплексных каналов связи с известным частотным разносом (частотной подставкой), в данном случае мобильной телефонной связи.

Недостатком способа является неэффективность подавления современных каналов связи с неизвестным порядком обмена информации по каналам управления, используемых в системах управления БЛА, а обнаружение их затруднено.

Эффективное РЭП систем управления БЛА, включающее постановку помех или перехват управления БЛА, возможно по прямому каналу ПД, обнаружение работы которого ограничено прямой видимостью между НПУ и средством РЭП, узкой направленностью передающей антенны F₁(α,β) НПУ в обеих плоскостях, а также мерами помехозащищенности системы управления. Особенность системы управления БЛА в том, что их средства связи индивидуальные, которые могут использовать дуплексный, полудуплексный и защищенный порядок работы каналов. Дуплексный порядок работы каналов управления БЛА предусматривает одновременную передачу по прямым и обратным каналам, разнесенным по частоте (частотной подставке), полудуплексный - предусматривает передачу во временном интервале доступа (слоте) на одной частоте (частотах), последовательно по прямым и обратным каналам, защищенный - предусматривает резервную двухстороннюю связь, включающую дополнительный односторонний резервный прямой канал управления в другом диапазоне частот f_пр<<f_п и основной (действующий) обратный канал управления, при этом резервный и основной прямые каналы работают одновременно (дублируют).

Кроме того, средства связи БЛА работают в широком диапазоне частот (0,225-10 ГГц) с множественным доступом и различными методами расширения спектра - прямой последовательности, программной перестройки рабочей частоты (ППРЧ), переключения временных интервалов, следовательно, сигналы являются широкополосными и содержат от одной до десяти несущих (поднесущих) [Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004, стр. 734-818].

Радиоэлектронному подавлению предшествует поисковая радиоразведка, а в процессе радиоэлектронного подавления - контрольная радиоразведка с циклом алгоритма работы средства РЭП.

Техническим результатом способа является расширение класса подавляемых радиоэлектронных средств - системы управления БЛА по результатам обнаружения и вскрытия порядка обмена информации в каналах управления.

Технический результат достигается тем, что в известном способе многократно принимают сигнал обратного канала управления беспилотным летательным аппаратом, определяют его несущие частоты, огибающую спектра и временной интервал доступа, формируют копию узкополосной части спектра сигнала, задержанную на временной интервал доступа, выполняют периодическое зондирование прямого канала управления копией сигнала с линейным изменением несущих частот в предполагаемой полосе, вычисляют разность между несущими частотами зондирующего сигнала и сигнала обратного канала управления в момент их изменения, которая соответствует частотному разносу между прямым и обратным каналами управления, а изменения несущих частот сигнала обратного канала управления соответствуют шагу перестройки по частоте в условиях помех, по совокупности признаков полученных за период зондирования определяют порядок работы каналов управления: при наличии перестройки несущих частот сигнала обратного канала, частотного разноса между каналами управления и неограниченном времени доступа - дуплексный; при наличии перестройки несущих частот сигнала обратного канала, временных интервалов доступа и отсутствии частотного разноса между каналами управления - полудуплексный; при отсутствии перестройки несущих частот сигнала обратного канала - защищенный режим.

Сравнительный анализ показывает, что предложенный способ отличается от известного наличием новых действий по вскрытию порядка обмена информацией по каналам управления, путем зондирования прямого канала управления копией сигнала с линейным изменением несущей частоты в предполагаемой полосе и получения информации, достаточной для организации эффективного РЭП каналов управления БЛА.

При изучении других известных решений в данной области техники указанная совокупность признаков, отличающих изобретение от прототипа, не была выявлена, что указывает на «новизну» заявленного изобретения.

На фиг. 1 представлена схема определения каналов управления БЛА,

где: 1 - наземный пункт управления (НПУ);

2 - беспилотный летательный аппарат (БЛА);

3 - средство радиоэлектронного подавления (РЭП).

На фиг. 1 стрелками показаны направления передачи сигналов прямого, прямого резервного, обратного, каналов управления и зондирующего сигнала с индексами частот f_п, f_пр, f_о, f_з соответственно, знаком перекрестия обозначены фазовые центры антенн НПУ и БЛА.

На фиг. 2 представлены частотно-временные соотношения за период зондирования T_i прямого канала управления БЛА, значения t_iд и t_inд соответствуют моментам изменения несущих частот сигнала обратного канала управления, при дуплексном и полудуплексном порядке обмена информацией соответственно.

Многократный прием сигналов обратного канала управления БЛА, определение его несущих частот f_о, огибающей спектра S(f_о) и временного интервала доступа Т_д обеспечивается прямой видимостью между НПУ и средством РЭП и направленностью приемо-передающей антенны F₂(α, β) БЛА в обеих плоскостях, фиг. 1.

Прямой канал управления содержит телеметрическую информацию управления БЛА (узкополосный спектр), обратный канал управления содержит телеметрическую информацию параметров БЛА (узкополосный спектр) и разведывательную информацию - видео, радиолокационные изображения по стандартам цифрового телевидения - наземного DVD-T или спутникового DVD-S (широкополосный спектр).

Формирование копии сигнала телеметрии обратного канала управления заключается в выделении телеметрической информации (узкополосной части) в спектре сигнала обратного канала, подобной огибающей спектра сигнала прямого канала управления:

где: S(f_з) - огибающая спектра сигнала зондирования;

S^/(f_o) ∈ S(f_o) - копия огибающей узкополосной части спектра сигнала обратного канала управления, соответствующая сигналу телеметрии;

S(f_п) - огибающая спектра сигнала прямого канала управления;

≡ - символ эквивалентности.

Зондирование прямого канала управления копией сигнала обратного канала управления обосновывается их согласованностью, что энергетически важно для средств РЭП. Полоса зондирования прямого канала управления копией сигнала с линейным изменением несущей частоты определяется частотными ограничениями антенной системы БЛА - не более 10% [А.С. Лавров, Г.Б. Резников, Антенно-фидерные устройства, М., «Сов. Радио», 1974 г., стр. 33, 34]:

Скорость линейного частотного зондирования копией сигнала обратного канала управления в полосе частот Δf_з определяется периодом зондирования T_i, который соизмерим с временем реакции системы управления БЛА на потерю управления с учетом принятых технических мер помехозащищенности. Из опыта эксплуатации БЛА в диапазоне частот 4 ГГц время реакции системы управления БЛА на потерю управления с учетом принятых мер помехозащищенности составляет до 1 мин, при этом скорость линейного частотного зондирования должна составлять до 13 МГц/с.

Допускается симметричное линейное изменение частоты зондирования, начиная от первоначального значения частоты принятого сигнала обратного канала управления.

Организационно-технические мероприятия помехозащищенности системы управления БЛА предусматривают: переход на запасные частоты; использование сигналов с расширенным спектром (SPSP) до F_п=30 МГц; переход с медленной на быструю ППРЧ; набор высоты для установления связи; программный полет в исходную точку.

Зондирование прямого канала управления копией сигнала с линейным изменением несущей частоты (дискретно при наличии временных интервалов доступа) в предполагаемой полосе Δf_з выполняется периодически, до момента изменения несущей частоты f_зi-f_з(i+1)=Δf_i сигнала обратного канала управления, при этом фиксируется и вычисляется разность между несущими частотами зондирующего сигнала и сигнала обратного канала управления f_оi-f_зi=Δf_п, которая соответствует частотному разносу между прямым и обратным каналами управления, фиг. 2.

Порядок (режим) работы каналов управления БЛА определяется по совокупности признаков, полученных за период T_i зондирования прямого канала управления БЛА:

где i=1, 2, 3, … - порядковый номер цикла зондирования прямого канала управления БЛА;

f_oi-f_о(i+1)=Δf_i - изменение несущей частоты сигнала обратного канала управления, соответствующее шагу перестройки по частоте в условиях помех;

f_oi-f_зi=Δf_п - частотный разнос (подставка) между дуплексными каналами управления БЛА;

{Т_д}∈T_i - множество временных интервалов полудуплексного доступа к каналам управления БЛА, наблюдаемых за период T_i зондирования.

Вскрытие порядка обмена информацией по каналам управления БЛА, временной и частотной структуры сигнала достаточны для организации их эффективного РЭП.