Разработка и исследование принципов создания системы обнаружения беспилотных летательных аппаратов с использованием аэромобильных антенных систем

Объект исследования – система обнаружения беспилотных летательных аппаратов с использованием аэромобильных антенных систем. Цель исследования: – улучшение характеристик системы обнаружения беспилотных летательных аппаратов за счет использования аэромобильных антенных систем. Актуальность научного исследования определяется современными тенденциями стремительного развития беспилотных авиационных систем (БАС), их значительным удешевлением, повсеместным распространением и использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для широкого круга задач. При этом БПЛА могут использоваться и в задачах, направленных на нарушение безопасности государства и жизнедеятельности граждан, в том числе военных и террористических. Широкий доступ к БАС деструктивных групп делает данную техническую инновацию источником повышенной опасности для общества, экономики и государства. Подобные вызовы ставят перед системами безопасности задачу надежного обнаружения и контроля перемещения БПЛА. Однако обнаружение БПЛА, в особенности малых и низколетящих представляет собой особую проблему из-за их способности к маневрированию, низкому уровню шума и использованию материалов уменьшающих радиолокационную заметность. В связи с этим, разработка радиолокационных обнаружителей и пассивных радиоэлектронных систем обнаружения, способных эффективно справляться с задачей идентификации БПЛА, становится критически важной. Предлагаемое в исследование аэромобильное исполнение антенной системы, т.е. подъем радиопеленгационной антенны на высоту при помощи БПЛА, обеспечивает значительное преимущество в виде улучшения дальности и точности обнаружения радиоизлучающих объектов. Это достигается за счет снижения влияния наземных препятствий, таких как здания, рельеф местности и растительность, которые могут ограничивать радиовидимость и уменьшать эффективность пеленгации с земли. Высотное расположение антенны позволяет повысить эффективность ее применения за счет прямой видимости с излучателями, увеличивая тем самым зону обзора и улучшая возможность обнаружения радиосигналов на больших расстояниях. При этом использование БПЛА для подъема антенн обеспечивает мобильность и гибкость системы, позволяя быстро изменять позицию для оптимизации приема сигналов в различных оперативных условиях. Однако применение только радиотехнических методов обнаружения БПЛА не всегда способно гарантировать эффективное и своевременное выявление целей. Дополнительное введение оптических методов обнаружения позволяют существенно повысить вероятность обнаружения малозаметных воздушных объектов, благодаря возможности визуального распознавания объектов на фоне атмосферы даже в случаях, когда радиосигналы отсутствуют или минимальны. Такая система оптического обнаружения и распознавания должна функционировать в автономном режиме без постоянного вмешательства оператора. Это достигается за счет применения нейросетевых моделей для анализа оптической информации, что позволит обеспечить высокую точность и скорость обнаружения малых БПЛА. Для создания системы обнаружения беспилотных летательных аппаратов с использованием аэромобильных антенных систем в рамках заявляемой НИР, необходимо решить следующие научно-технические проблемы: - в части исследования антенных систем: обеспечить высокую дальность обнаружения; повысить точность пеленгации; предусмотреть мобильность и гибкость развертывания; - в части исследования системы связи: повысить устойчивости к помехам; предусмотреть возможность адаптации к различным стандартам и протоколам; обеспечить высокую скорость передачи данных; - в части исследования бесколлекторных электродвигателей БПЛА: повысить энергоэффективность; обеспечить улучшение надежности; провести оптимизацию технических характеристик; - в части исследования системы позиционирования антенн: обеспечить автоматическое наведение на цель; предусмотреть интеграцию с системами обнаружения; реализовать возможность точного управления углами места и азимута; - в части оптического обнаружения и распознавания: выбрать оптимальные нейросетевые модели; обеспечить возможность реализации на мобильных вычислительных устройствах; обеспечить комплексную интеграцию с радиопеленгационной системой обнаружения; - в части акустического мониторинга воздушного пространства и обнаружения БПЛА: разработать структурную схемы программно-аппаратного комплекса; разработать аппаратные компоненты системы; разработать программные компоненты системы. - в части разработки несущей платформы: выбрать оптимальной аэродинамической конфигурацию; обеспечить интеграцию полезной нагрузки; обеспечить корректное функционирование в полете антенной и оптической систем обнаружения; - в части разработки методик испытаний: составить корректную программу и методику испытаний с учетом особенности применения системы; провести натурные испытания подтверждающие жизнеспособность предложенных идей и подходов; обобщить и проанализировать полученные данные испытаний с целью формирования рекомендаций по дальнейшему развитию проекта. В связи с вышеизложенным были сформулированы следующие направления научного исследования, отраженные в соответствующих разделах отчета: 1. Разработка и исследование антенных систем для активных и пассивных радиоэлектронных обнаружителей БПЛА, в том числе размещаемых на малых БПЛА с целью увеличения дальности и вероятности обнаружения. 2. Разработка и исследование широкодиапазонной цифровой системы связи для формирования канала связи БПЛА с адаптивной подстройкой параметров в зависимости от текущей электромагнитной обстановки 3. Разработка методики проектирования бесколлекторных электродвигателей силовой установки беспилотных летательных аппаратов мультироторного типа для обеспечения энергоэффективности и целевых лётно-технических характеристик в составе системы обнаружения БПЛА с использованием аэромобильных антенных систем. 4. Разработка методики детектирования информационных сигналов на основе дискретного вейвлет-преобразования для системы обнаружения БПЛА с использованием аэромобильных антенных систем 5. Разработка методики оптического обнаружения БПЛА на атмосферном фоне и акустического мониторинга воздушного пространства с применением нейросетевых моделей адаптированных под применение на мобильных вычислительных устройствах 6. Разработка и исследование несущей платформы для размещения аэромобильной антенной системы и оптической системы распознавания для системы обнаружения БПЛА 7. Разработка методик испытаний несущей платформы и её компонентов по основным эксплуатационным характеристикам для системы обнаружения БПЛА с использованием аэромобильных антенных систем