Карлсон, дроны и легкие самолеты: объект – виден!

Карлсон, дроны и легкие самолеты: объект – виден!

Ученые ЛЭТИ разработают эффективный способ пассивного радиолокационного мониторинга воздушного пространства с использованием спутниковых сигналов.

06.02.2018 352

В воздушном пространстве страны становится тесно – его активно осваивает коммерческая и частная легкомоторная авиация, а также беспилотные летальные аппараты («дроны»), ставшие более доступными. Последние все чаще успешно применяются в бизнесе – там, где требуется мобильность и высокое качество информации: они позволяют получить беспрецедентные объемы данных, необходимые в крупном капитальном строительстве, управлении инфраструктурой, сельском хозяйстве, транспортной индустрии. Вместе с тем, гражданские хобби-дроны во всем мире нередко применяются в несанкционированных целях, включая их опасное или криминальное использование: запускаются над местами массового скопления людей, стратегически и политически важными объектами, используются для скрытой доставки оружия и других криминальных товаров, хулиганских выходок и подготовки терактов. Тема «дроны и опасности» в Интернете с каждым днем обрастает все новыми примерами. Российские эксперты считают, что сегодняшних мер контроля за гражданскими беспилотниками недостаточно для того, чтобы они могли считаться безопасными для населения, и предлагают правительству усилить меры защиты от возможных преступлений с применением дронов, либо ограничить или полностью запретить БПЛА.

Эффективный способ обнаружения «нарушителей» воздушного движения в приземном пространстве предложил молодой ученый Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» – аспирант кафедры микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры (МИТ), инженер НИИ систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций «Прогноз» Евгений Воробьев.

«Традиционно для мониторинга воздушного пространства применяются активные радиолокационные станции, которые позволяют обнаруживать воздушные объекты на средних и больших высотах. Применять их для обнаружения легкомоторной авиации и беспилотников, которые перемещаются в приземном пространстве, не всегда рационально – это потребует больших экономических затрат, может негативно воздействовать на радиоэлектронные системы жизнеобеспечения, связи, а также нарушать экологические и санитарные нормативы, принятые для населения».

Аспирант кафедры микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры (МИТ), инженер НИИ систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций «Прогноз» Евгений Воробьев.

Эффективным и экономически выгодным решением задачи может стать использование методов пассивной бистатической радиолокации: обнаружение воздушных объектов осуществляется с помощью приемной системы, которая регистрирует отраженные от них сигналы сторонних передатчиков – так называемые сигналы подсвета. Чаще всего в качестве подсвета используют сигналы вещательных (радио- и телевизионных) передатчиков, а также передатчиков мобильных сетей. В мегаполисах для обнаружения воздушных объектов лучше подходят наземные передатчики цифрового эфирного телевидения. Однако за пределами населенных пунктов – а именно там расположено большинство стратегически важных и потенциально опасных объектов – атомные электростанции, предприятия химической промышленности, военные объекты – излучения наземных передатчиков нередко отсутствуют, в результате образуются «слепые» зоны.

Решить задачу контроля несанкционированного доступа малозаметных целей, которые могут нести потенциальную угрозу, на таких территориях молодой ученый из ЛЭТИ предложил, используя передатчики космического базирования – глобальные навигационные спутниковые системы GPS и ГЛОНАСС: их сигналы принимаются практически повсеместно и позволяют обеспечить зону радиолокационного наблюдения в любой точке на территории Российской Федерации.

«Сейчас в России отсутствуют коммерчески доступные системы пассивного радиолокационного мониторинга воздушного пространства, работающие по отраженным сигналам передатчиков космического базирования. Для их создания требуются дополнительные исследования, связанные с особенностями обработки сигналов стандартов спутниковых коммуникаций», – пояснил Евгений.

В составе научной группы НИИ «Прогноз» под руководством директора – Владимира Ивановича Веремьева – Евгений Воробьев займется исследованием методов создания и перспектив развития наземной системы пассивного радиолокационного мониторинга воздушного пространства с использованием радиоизлучений сторонних источников космического базирования.

Научный задел исследования составят наработки ученых ЛЭТИ в области пассивной бистатической радиолокации: научной группой НИИ «Прогноз», совместно с сотрудниками факультета радиотехники и телекоммуникаций разработана пассивная бистатическая РЛС, которая использует в качестве сигналов подсвета сигналы цифрового эфирного телевидения. Одна из приемных позиций такой РЛС, состоящей из антенной системы, приемного модуля и комплекта вычислительных средств, расположена на крыше 5-го корпуса ЛЭТИ. Имеющийся опыт обработки отраженных сигналов цифрового телевещания Евгений собирается спроецировать на разработку новой системы, адаптировав алгоритмы с учетом специфики спутниковых сигналов.

Молодой ученый проведет анализ методов создания пассивной радиолокационной системы для обнаружения воздушных объектов, сформулирует принципы и методы комплексирования и обработки сигналов различных диапазонов рабочих частот. Будет разработан облик антенной системы, приемного модуля и алгоритмы обработки сигналов. Евгений также планирует разработать предложения по составу, структуре и основным техническим характеристикам пассивной РЛС, работающей по спутниковым сигналам, и определить способы технической реализации такой станции.

Самым трудным в ходе исследования, по оценке разработчика, будет решение проблемы с энергопотенциалом системы. Евгений объясняет, что спутниковый сигнал ослабевает на пути распространения – в приземном пространстве энергии сигнала может быть недостаточно для обнаружения малоразмерных воздушных объектов. Нужно будет разрабатывать методы улучшения характеристик обнаружения. Для этого потребуется предусмотреть в приемной части возможности увеличения энергопотенциала системы – одним из методов может стать увеличение времени накопления принимаемого сигнала.

Исследование продлится три года. Е. Воробьев рассчитывает, что в дальнейшем его разработка получит промышленное воплощение. Ее применение для охраны критически важных и потенциально опасных российских объектов, расположенных вне зоны покрытия наземных коммуникационных систем, будет способствовать совершенствованию их физической защищенности от угроз техногенного характера и террористических проявлений.

Проект аспиранта ЛЭТИ перспективен с точки зрения развития технологий информационных, управляющих, навигационных систем, входящих в перечень критических технологий Российской Федерации, утвержденный Указом Президента РФ.

Научное исследование соответствует приоритету научно-технологического развития РФ «Противодействие техногенным, биогенным, социокультурным угрозам, терроризму и идеологическому экстремизму, а также киберугрозам и иным источникам опасности для общества, экономики и государства».

Для справки

Евгений Воробьев в 2014 году окончил магистратуру факультета радиотехники и телекоммуникаций СПбГЭТУ «ЛЭТИ» по программе «двойного диплома», получил диплом ЛЭТИ по направлению подготовки «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» и диплом Технического университета г. Ильменау (Германия) по специальности «Communications and Signal Processing».

Евгений входит в состав авторского коллектива монографии «Пассивная когерентная радиолокация» (Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016 г.), а также является автором научных публикаций по теме исследования, индексированных в Web of Science, Scopus и РИНЦ.

В 2017 году Евгений вошел в число победителей конкурса на получение стипендии Президента Российской Федерации в 2018-2020 годах для молодых ученых и аспирантов, осуществляющих перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики.