RU2743401C1 - Method of countering unmanned aerial vehicles - Google Patents

Abstract

FIELD: defense.

SUBSTANCE: invention relates to the field of detection, recognition and combat with unmanned aerial vehicles. When an intruder UAV is detected, an interceptor UAV is automatically launched, to which the approximate coordinates of the intruder's UAV location, its course and speed are transmitted. An interceptor UAV in autonomous mode is sent to intercept an intruder UAV. After reaching the detection distance, the direction of interception is corrected for the purpose of kinetic destruction (collision) by the UAV-interceptor of the UAV-intruder.

EFFECT: effectiveness of countering UAVs is increasing.

9 cl

Description

Изобретение относится к области обнаружения, распознавания и борьбы с беспилотными летательными аппаратами.The invention relates to the field of detection, recognition and combating unmanned aerial vehicles.

Для применения беспилотных летательных аппаратов не требуются пилоты-люди, вследствие чего такие летательные аппараты могут иметь меньший размер и работать при различных условиях для выполнения множества задач. Некоторые задачи включают в себя разведку, уничтожение, отключение или иное повреждение цели на земле. С увеличением использования БЛА возникла необходимость в системах и способах противодействия таким беспилотным летательным аппаратам. В качестве систем противодействия могут быть использованы системы видео обнаружения БЛА-нарушителя, радиолокационное обнаружение, акустический мониторинг, системы захвата БЛА-нарушителя, создания радиочастотных помех в связи БЛА-нарушителя с наземной станцией управления, глушение сигнала навигационных систем позиционирования.Unmanned aerial vehicles do not require human pilots, and as a result, such aircraft can be smaller and operate under different conditions for a variety of tasks. Some tasks include reconnaissance, destruction, disabling or otherwise damaging a target on the ground. With the increase in the use of UAVs, the need arose for systems and methods to counter such unmanned aerial vehicles. As countermeasures systems, video detection systems for an intruder UAV, radar detection, acoustic monitoring, systems for capturing an intruder UAV, creating radio frequency interference in communication between an intruder UAV and a ground control station, jamming the signal of navigation positioning systems can be used.

Из уровня техники известны системы и методы противодействия беспилотным летательным аппаратам, включающие обнаружение диверсионного беспилотного летательного аппарата, направление БЛА-перехватчика к диверсионному беспилотному летательному аппарату с его последующим отключением путем развертывания отключающего элемента, например, сети, из БЛА-перехватчика.From the prior art, systems and methods of countering unmanned aerial vehicles are known, including the detection of a sabotage unmanned aerial vehicle, the direction of the UAV interceptor to the sabotage unmanned aerial vehicle with its subsequent shutdown by deploying a disconnecting element, for example, a network, from the UAV interceptor.

Недостатками данных систем являются:The disadvantages of these systems are:

1. Ненадежность, небезопасность их использования особенно в общественных местах или населенных пунктах.1. Unreliability, insecurity of their use, especially in public places or settlements.

2. Возможное несовпадение отключающего элемента БЛА-перехватчика и размера БЛА-нарушителя.2. Possible discrepancy between the disconnecting element of the interceptor UAV and the size of the intruder UAV.

3. Высокое аэродинамическое сопротивление сетки, что даёт невозможность перехвата целей на высоких скоростях (более 100 км/ч).3. High aerodynamic resistance of the mesh, which makes it impossible to intercept targets at high speeds (over 100 km / h).

4. Сложность конструкции и высокий вес перехватчика.4. The complexity of the design and high weight of the interceptor.

5. Невозможность повторения перехвата тем же БЛА в случае промаха5. Impossibility of repetition of interception with the same UAV in case of a miss

Из уровня техники известны способы радиоэлектронного подавления приемных устройств каналов управления, телеметрии, передачи данных и спутниковой навигации БЛА. Например, за счет того, что в комплексе радиоэлектронной борьбы с БЛА передающая антенна выполнена многолучевой, состоящей из излучающей части и диаграммообразующего устройства с N входами, сверхвысокочастотный коммутатор выполнен многоканальным, имеющим N выходов, соединенный с диаграммообразующим устройством, усилителя мощность, соединенного с СВЧ-коммутатором и определителем координат носителей подавляемых средств. Или за счет выбора передатчиков, излучающих линейно-частотно-модулированные радиосигналы; применения радиоэлектронной компенсации помех; извлечения дополнительной информации, получаемой путем идентификации помех; извлечения дополнительной информации, получаемой путем идентификации и выделения из множества принятых сигналов подмножества энергетически эффективных отраженных сигналов и использования выделенного подмножества сигналов для избирательного поиска и пространственной локализации воздушных объектов.From the prior art methods of electronic jamming of receiving devices of control channels, telemetry, data transmission and satellite navigation of UAVs are known. For example, due to the fact that in the complex of electronic warfare with UAVs, the transmitting antenna is made of a multi-beam, consisting of a radiating part and a beamforming device with N inputs, the microwave switch is made multi-channel, having N outputs, connected to a beamforming device, a power amplifier connected to the microwave commutator and determinant of coordinates of carriers of suppressed means. Or by choosing transmitters that emit chirp radio signals; the use of electronic compensation for interference; extracting additional information obtained by identifying interference; extracting additional information obtained by identifying and extracting from the plurality of received signals a subset of energy efficient reflected signals and using the selected subset of signals for selective search and spatial localization of airborne objects.

Недостатками таких способов радиоэлектронного подавления приемных устройств каналов управления, телеметрии, передачи данных и спутниковой навигации БЛА являются:The disadvantages of such methods of electronic jamming of receiving devices of control channels, telemetry, data transmission and satellite navigation of UAVs are:

1. Комплекс радиоэлектронного подавления может создавать беспорядочные помехи для находящихся поблизости приборов и оборудования.1. Complex electronic jamming can create disorderly interference for nearby devices and equipment.

2. Нарушение сигнала GPS может оказать нежелательное влияние на гражданские устройства, на которые полагаются люди.2. Disruption of the GPS signal can have an undesirable effect on civilian devices that people rely on.

3. Для создания эффективных помех используются сложные аппаратные средства.3. Sophisticated hardware is used to create effective interference.

4. Привязка к спутниковой навигационной системе.4. Binding to satellite navigation system.

5. Может произойти потеря сигнала при маневрировании БЛА или при подлете второго БЛА.5. Loss of signal may occur when maneuvering the UAV or when the second UAV approaches.

6. Невозможность перехвата БЛА, обладающих инерциальной или оптической системами навигации, а также неуправляемых беспилотных летательных аппаратов.6. The impossibility of intercepting UAVs with inertial or optical navigation systems, as well as unguided unmanned aerial vehicles.

Из уровня техники известны различные авиационные средства борьбы с беспилотными аппаратами различного радиуса действия, состоящие из боевого БЛА, снабженного боевым элементом различного действия и конструкции, снабженные блоком управления, спутниковой системой навигации, видеокамерой, дальнометром, блоком управления. Главным элементом противодействия БЛА в таких системах является боевой элемент различной конструкции и принципа действия, который может являться элементом конструкции беспилотного летательного аппарата, например, самолетного типа, или крепиться к корпусу БЛА вертолетного и/или мультироторного типа.From the prior art, various aviation means of combating unmanned vehicles of various ranges are known, consisting of a combat UAV equipped with a combat element of various actions and designs, equipped with a control unit, a satellite navigation system, a video camera, a range meter, and a control unit. The main element of countering UAVs in such systems is a combat element of various designs and operating principles, which can be a structural element of an unmanned aerial vehicle, for example, an aircraft type, or be attached to the body of a helicopter and / or multi-rotor UAV.

Недостатками таких средств борьбы являются:The disadvantages of such means of struggle are:

1. Невозможность их гражданского применения.1. The impossibility of their civilian use.

2. Сложность попадания боевого элемента в БЛА-нарушителя, из-за особенностей полета БЛА-перехватчика и БЛА-нарушителя.2. The difficulty of hitting a combat element in an intruder UAV, due to the peculiarities of the flight of an interceptor UAV and an intruder UAV.

3. Сложность попадания в БЛА-нарушителя боевого элемента без системы самонаведения.3. The difficulty of hitting an intruder UAV with a combat element without a homing system.

4. Сложность конструкции БЛА-перехватчика, несущего боевой заряд.4. The complexity of the design of an interceptor UAV carrying a warhead.

5. Большая стоимость изготовления БЛА-перехватчика, несущего боевой заряд.5. The high cost of manufacturing an interceptor UAV carrying a warhead.

Так же из уровня техники известны комбинированные системы противодействия беспилотным летательным аппаратам, соединяющие в себе элементы различных систем противодействия. Например, на малом БЛА-перехватчике могут быть установлены: по меньшей мере, одно устройство захвата БЛА-нарушителя, выполненное в виде сети; по меньшей мере, одно устройство подавления БЛА-нарушителя, выполняемое в виде капсулы красителя, не пропускающего свет в оптическом диапазоне электромагнитных волн, снабженной парашютом, детонатором и взрывчатым веществом; устройство поражения, снабженное детонатором, взрывчатым веществом и элементами поражения, приводящие БЛА-нарушитель в неработоспособное состояние или к его полному уничтожению.Also from the prior art, combined systems for countering unmanned aerial vehicles are known, which combine elements of various counter systems. For example, a small UAV-interceptor can be equipped with: at least one interceptor UAV-intruder, made in the form of a network; at least one device for suppressing an intruder UAV, made in the form of a dye capsule that does not transmit light in the optical range of electromagnetic waves, equipped with a parachute, a detonator and an explosive; a destruction device equipped with a detonator, explosive and elements of destruction, leading the intruder UAV to an inoperative state or to its complete destruction.

Такие системы имеют все недостатки систем противодействия БЛА или их различные комбинации в зависимости от степени комбинирования.Such systems have all the disadvantages of UAV countermeasures or their various combinations, depending on the degree of combination.

Задачей настоящего изобретения является разработка относительно простого и эффективного способа противодействия беспилотным летательным аппаратам. The object of the present invention is to provide a relatively simple and effective method for countering unmanned aerial vehicles.

Техническим результатом использования заявляемого изобретения является недорогой, автономный, эффективный способ противодействия беспилотным летательным аппаратам нарушителя с помощью беспилотного летательного аппарата перехватчика без использования поражающих элементов взрывного действия на борту путем кинетического поражения нарушителя методом столкновения БЛА-перехватчика с БЛА-нарушителем с возможностью возврата БЛА-перехватчика на точку старта в случае промаха или повторения попытки перехвата.The technical result of using the claimed invention is an inexpensive, autonomous, effective method of countering the intruder's unmanned aerial vehicles using an interceptor unmanned aerial vehicle without the use of explosive destructive elements on board by kinetic destruction of the intruder by the method of collision of an interceptor UAV with an intruder UAV with the possibility of returning an interceptor UAV to the starting point in case of a miss or a repeated interception attempt.

Также техническим результатом использования заявляемого изобретения является возможность классификации нарушителей по их изображению, получаемому видеокамерой, определению регистрационных номеров, нанесённых на корпус БЛА с целью определения собственника БЛА и исключения ложных перехватов птиц и других летающих объектов.Also, the technical result of using the claimed invention is the ability to classify offenders by their image received by a video camera, to determine registration numbers applied to the UAV body in order to determine the owner of the UAV and eliminate false interceptions of birds and other flying objects.

Технический результат достигается тем, что в качестве БЛА-перехватчика при реализации способа может использоваться БЛА простой конструкции, имеющий низкую стоимость, малым весом, начиная с 250 грамм, что позволяет упростить регистрацию БЛА и последующее снятие его с учёта.The technical result is achieved by the fact that a UAV of a simple design can be used as an interceptor UAV during the implementation of the method, having a low cost, low weight, starting from 250 grams, which makes it possible to simplify the registration of the UAV and its subsequent deregistration.

Автономность способа заключается в использовании автоматических систем обнаружения, распознавания и базировании БЛА в стартовом контейнере.The autonomy of the method lies in the use of automatic systems for the detection, recognition and basing of the UAV in the launch container.

Сущность способа заключается в том, что при обнаружении БЛА нарушителя, производится автоматический запуск, по меньшей мере, одного БЛА-перехватчика, которому передаются ориентировочные координаты местонахождения БЛА-нарушителя, его курс и скорость движения. БЛА-перехватчик в автономном режиме направляется для перехвата БЛА-нарушителя. После выхода на дистанцию обнаружения, производится коррекция направления перехвата с целью кинетического уничтожения (столкновения) БЛА-перехватчиком БЛА-нарушителя.The essence of the method lies in the fact that when an intruder UAV is detected, at least one interceptor UAV is automatically launched, to which the approximate coordinates of the intruder's UAV location, its course and movement speed are transmitted. An interceptor UAV is sent in autonomous mode to intercept an intruder UAV. After reaching the detection distance, the direction of interception is corrected for the purpose of kinetic destruction (collision) by an interceptor UAV of an intruder UAV.

Преимущественный, но не исключительный вариант системы, используемой для осуществления способа противодействия беспилотным летательным аппаратам, состоит из средства обнаружения БЛА-нарушителя, по меньшей мере, одного стартового контейнера с БЛА-перехватчиком, оборудованный системой самонаведения, и системы управления.An advantageous, but not exclusive, version of the system used to implement the method of countering unmanned aerial vehicles consists of a means for detecting an intruder UAV, at least one launch container with an interceptor UAV, equipped with a homing system, and a control system.

Преимущественно, но не исключительно, средство обнаружения представляет собой один из стандартно производимых комплексов радиолокационного обнаружения.Mainly, but not exclusively, the detection tool is one of the standard manufactured radar detection systems.

Преимущественно, но не исключительно, БЛА-перехватчик представляет собой беспилотные летательные аппараты мультироторного типа (квадрокоптер, октокоптер и т.п.), оборудованные вычислителем и датчиками навигации (GPS, ГЛОНАСС, инерционные), обеспечивающими выполнение автоматического взлёта и полёта, системой самонаведения и системы управления, выполненной в виде компьютерного устройства с установленным программным обеспечением.Mostly, but not exclusively, an interceptor UAV is a multi-rotor type unmanned aerial vehicle (quadrocopter, octocopter, etc.) equipped with a computer and navigation sensors (GPS, GLONASS, inertial) that provide automatic takeoff and flight, a homing system and control system made in the form of a computer device with installed software.

Преимущественно, но не исключительно, в качестве датчиков могут использоваться стандартные полётные контроллеры с программным обеспечением iNav, Betaflight и т.п.Mostly, but not exclusively, standard flight controllers with iNav, Betaflight, etc. software can be used as sensors.

Преимущественно, но не исключительно, система самонаведения БЛА-перехватчика выполняется на основе видео-датчиков, обеспечивающих получение изображения нарушителя для коррекции направления полёта и точного наведения БЛА-перехватчика на БЛА-нарушитель.Mostly, but not exclusively, the UAV interceptor homing system is based on video sensors that provide an image of the intruder to correct the direction of flight and accurately target the UAV interceptor to the intruder UAV.

Преимущественно, но не исключительно, в качестве видео-датчиков могут быть использованы видеокамеры.Mostly, but not exclusively, video cameras can be used as video sensors.

Преимущественный вариант способа противодействия беспилотным летательным аппаратам осуществляется следующим образом.An advantageous variant of the method for countering unmanned aerial vehicles is carried out as follows.

Система обнаружения нарушения работает в непрерывном режиме, сканируя охраняемое пространство. При обнаружении БЛА-нарушителя, производится автоматический запуск из стартового контейнера, по меньшей мере, одного БЛА-перехватчика, которому передаются ориентировочные координаты местонахождения БЛА-нарушителя, данные курса его полета, скорость движения, определяемые системой обнаружения. The violation detection system operates in a continuous mode, scanning the protected area. When an intruder UAV is detected, at least one interceptor UAV is automatically launched from the launch container, to which the approximate coordinates of the intruder's UAV location, its flight path data, and the movement speed determined by the detection system are transmitted.

Определение координат БЛА-нарушителя производится встроенным в БЛА-перехватчик вычислителем, обеспечивающим получение изображения от видео-датчика и последующие определение области кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя посредством нейронных сетей, алгоритмов вычитания фона, каскада HAAR, использованием формулы проекции точки на плоскость или другими известными методами с последующим вычисление координат БЛА-нарушителя по отношению к БЛА-перехватчику.The coordinates of the intruder UAV are determined by a computer built into the UAV interceptor, which provides an image from the video sensor and the subsequent determination of the frame area corresponding to the image of the intruder UAV using neural networks, background subtraction algorithms, HAAR cascade, using the formula for projection of a point onto a plane, or others. known methods, followed by the calculation of the coordinates of the intruder UAV in relation to the UAV interceptor.

Полученные координаты нарушителя используются для уточнения курса перехватчика с целью его столкновения с нарушителем. The obtained coordinates of the intruder are used to refine the course of the interceptor in order to collide with the intruder.

Альтернативным способом реализации БЛА-перехватчика является его исполнение с использованием двунаправленного канала радиосвязи, обеспечивающего передачу видеосигнала в систему обработки данных и определение координат нарушителя средствами вычислителя, расположенного на земле, что позволяет значительно снизить стоимость производства перехватчика и упростить его конструкцию.An alternative way to implement a UAV interceptor is its implementation using a bidirectional radio communication channel, which provides a video signal transmission to the data processing system and the determination of the coordinates of the intruder by means of a computer located on the ground, which can significantly reduce the production cost of the interceptor and simplify its design.

Claims (16)

1. Способ противодействия беспилотным летательным аппаратам, заключающийся в:1. A method of countering unmanned aerial vehicles, which consists in: a) автоматическом обнаружении БЛА-нарушителя системой обнаружения;a) automatic detection of an intruder UAV by the detection system; b) передаче ориентировочных координат местонахождения БЛА-нарушителя, данных курса его полета, скорости движения, определяемых системой обнаружения;b) transmission of the approximate coordinates of the location of the intruder UAV, data of its course of flight, speed of movement, determined by the detection system; отличающийся тем, чтоcharacterized in that c) автоматический запуск по меньшей мере одного БЛА-перехватчика происходит из стартового контейнера;c) at least one interceptor UAV is automatically launched from the launch container; d) координаты БЛА-нарушителя определяются встроенным в БЛА-перехватчик вычислителем;d) the coordinates of the intruder UAV are determined by the computer built into the interceptor UAV; e) на основании полученных координат БЛА-нарушителя уточняется курс БЛА-перехватчика;e) based on the obtained coordinates of the intruder UAV, the course of the interceptor UAV is specified; f) корректировка курса БЛА-перехватчика производится таким образом, чтобы произошло пересечение курса БЛА-перехватчика с курсом БЛА-нарушителя с последующим кинетическим уничтожением БЛА-нарушителя.f) the course of the interceptor UAV is adjusted in such a way that the interceptor UAV's course is crossed with the intruder's UAV's course with the subsequent kinetic destruction of the intruder's UAV. 2. Способ по п. 1, в котором определение координат БЛА-нарушителя происходит путем получения изображения от видеодатчика БЛА-перехватчика с последующим определением области кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, и вычислением координат БЛА-нарушителя по отношению к БЛА-перехватчику.2. The method according to claim 1, in which the coordinates of the intruder UAV are determined by obtaining an image from the video sensor of the interceptor UAV, followed by determining the area of the frame corresponding to the intruder UAV image and calculating the coordinates of the intruder UAV in relation to the interceptor UAV. 3. Способ по п. 2, в котором область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью известных методов с последующим вычислением координат нарушителя по отношению к БЛА-перехватчику.3. The method according to claim 2, in which the area of the frame corresponding to the image of the intruder UAV can be determined using well-known methods with the subsequent calculation of the coordinates of the intruder in relation to the interceptor UAV. 4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью нейронных сетей. 4. The method according to claim 2, characterized in that the area of the frame corresponding to the image of the intruder UAV can be determined using neural networks. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью алгоритмов вычитания фона.5. The method according to claim 2, characterized in that the area of the frame corresponding to the image of the intruder UAV can be determined using background subtraction algorithms. 6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью каскада HAAR.6. The method according to claim 2, characterized in that the area of the frame corresponding to the image of the intruder UAV can be determined using the HAAR cascade. 7. Способ по п. 2, отличающийся тем, что область кадра, соответствующего изображению БЛА-нарушителя, может быть определена с помощью использования формулы проекции точки на плоскость.7. The method according to claim 2, characterized in that the area of the frame corresponding to the image of the intruder UAV can be determined using the formula for projection of a point onto a plane. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае расхождения курса БЛА-перехватчика с курсом БЛА-нарушителя БЛА-перехватчик может уйти на второй заход.8. The method according to claim 1, characterized in that in case of divergence of the course of the UAV-interceptor with the course of the UAV-intruder, the UAV-interceptor can leave for a second approach. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при реализации БЛА-перехватчика может быть использован двунаправленный канал радиосвязи, обеспечивающий передачу видеосигнала в систему обработки данных и определение координат нарушителя средствами вычислителя, расположенного на земле.9. The method according to claim 1, characterized in that when implementing the UAV-interceptor, a bidirectional radio communication channel can be used, which ensures the transmission of a video signal to the data processing system and the determination of the coordinates of the intruder by means of a computer located on the ground.