Злиття датчиків: виявлення безшумних радіочастотних волоконно-оптичних дронів на полі бою

Автор: Дональд Кук

Очікуйте, що найближчим часом кожна вантажівка, танк і транспортний засіб виглядатимуть як щогла військового корабля.

ПРИМІТКА: Нижче наведено практичний аналіз того, як захищатися від волоконно-оптичних дронів. Я [Дональд Кук -Ред.] не буду приховувати суть. Захист від будь-яких маленьких дешевих дронів базується на тому, щоб спочатку побачити/відчути їх. Все залежить від датчиків. Тут немає жодних нових технологій. У нас є все необхідне, щоб вчасно виявити дрон і збити його. Як і все, чи масштабовано це?

Так. Думаю, що так. Чи є щось на ринку зараз? Ні, але багато систем проходять випробування. Існує багато систем для збиття крилатих ракет і ракет Shahed. Але поки що немає нічого модульного для гарної точкової та конвойної оборони проти маленьких дешевих дронів. Чому у нас вже немає цього на полі бою? РЕБ досі працювала дуже добре. Волоконно-оптичні дрони змінили це.

На сучасних полях битв волоконно-оптичні керовані безпілотники представляють одну з найскладніших проблем виявлення, з якими стикаються захисники. Ці безпілотники не випромінюють радіочастотні сигнали, що робить їх невидимими для стандартних систем радіоелектронної боротьби, які покладаються на радіочастотне виявлення та глушіння. Керовані за допомогою надтонкого кабелю, вони літають низько, використовують місцевість для укриття та використовують прогалини у звичайних сенсорних системах. Як Україна, так і Росія розгорнули ці «неглушимі» безпілотники для розвідки та високоточних ударів.

Виявлення волоконно-оптичних безпілотників вимагає багаторівневого підходу. Жоден окремий датчик не може охопити всі слабкі сторони, які використовують ці безпілотники. Рішення полягає в об’єднанні акустичних, радіолокаційних та оптичних датчиків в єдину систему злиття. Кожен тип датчика має свої сильні та слабкі сторони, але разом вони можуть компенсувати один одного та створювати життєздатну систему виявлення.

Акустичні датчики вловлюють шум двигунів та пропелерів безпілотників

Волоконно-оптичні дрони часто потребують трохи більшої тяги, щоб витримувати вагу свого троса, що робить їх дещо гучнішими, ніж стандартні дрони. Мікрофонні масиви, іноді з десятками мікрофонів, можуть прослуховувати ці звуки, навіть коли дрон прихований рельєфом місцевості або летить за перешкодами. Ці масиви використовують формування променя для розрахунку пеленгу, а іноді й висоти дрона. Однак їхня дальність дії обмежена, зазвичай лише кілька сотень метрів. Фоновий шум від полів битв, вітру, транспортних засобів або навіть віддалених гелікоптерів може перекривати акустичну сигнатуру дрона.

Радарні системи пропонують найдовші дальності виявлення, іноді перевищуючи від 1 до 3 кілометрів залежно від потужності радара та розміру дрона

На відміну від акустичних систем, радар працює за будь-якої погоди та будь-яких умов освітлення. Вдосконалені радари використовують мікродоплерівську обробку для ідентифікації дронів за унікальними сигнатурами обертання їхніх пропелерів, відрізняючи їх від птахів або уламків. Але радару потрібна пряма лінія видимості, і дрони, що летять близько до рельєфних об’єктів, можуть маскуватися наземними перешкодами, через що радари пропускають їх до дуже пізньої стадії підльоту.

Оптичні та інфрачервоні камери забезпечують найчіткіше підтвердження та ідентифікацію

Камера може візуально підтвердити, чи є об’єкт дроном, і навіть ідентифікувати корисне навантаження. Тепловізійне зображення може виявляти теплові сигнатури від двигунів та акумуляторів, особливо вночі. Одна нова техніка, що розробляється, передбачає використання інфрачервоних лазерних освітлювачів для сканування неба. Волоконно-оптичні кабелі можуть відбивати це інфрачервоне світло, роблячи інакше невидимий трос видимим для датчиків. Однак оптичні системи страждають від туману, дощу та диму, і часто мають обмежене поле зору. Зазвичай вони отримують сигнал від радара або акустичних датчиків, щоб зосередитися на підозрілому місці, а не сканувати наосліп.

---

Ключем до ефективного волоконно-оптичного виявлення дронів є злиття — об’єднання цих трьох типів датчиків в єдину інтегровану систему. Коли радар виявляє можливий дрон, він може автоматично дати сигнал камерам для збільшення масштабу для ідентифікації. Якщо акустичні масиви вловлюють звук від прихованого дрона, вони можуть дати сигнал радару для більш ретельного сканування цього сектора. Двигун злиття співвідносить дані з усіх датчиків у режимі реального часу, фільтруючи хибні тривоги та створюючи єдину картину повітряного простору. Якщо радар виявляє щось, а акустичні датчики також реєструють шум, схожий на дрон, зростає впевненість, що це дійсно ціль. У поєднанні з алгоритмами машинного навчання цей мультимодальний підхід стає дедалі надійнішим.

З нещодавнього досвіду на полі бою та дослідницьких робіт виникли дві практичні системи.

Приблизно за 500 000 доларів США можна розгорнути систему, встановлену на вантажівці, для захисту передових оперативних баз, конвоїв або прикордонних секторів. Ці мобільні установки зазвичай включають 3D-радар, встановлений на підйомній щоглі для максимального покриття, наприклад, Spotter Global AX250 або Blighter A422. Радар безперервно передає дані про трек на посилений комп’ютер.

Високоякісні карданні підвіси EO/IR встановлені на стабілізованих щоглах, автоматично повертаючись для візуального підтвердження цілей, ідентифікованих радаром. Ці камери часто включають охолоджувані середньохвильові інфрачервоні датчики з дальністю виявлення до кількох кілометрів. Акустичні масиви, такі як Squarehead Discovair G2, забезпечують додаткове близьке покриття, заповнюючи сліпі зони, де місцевість може блокувати радіолокаційні сигнали. Усі сигнали датчиків об’єднуються в системі управління C2 вантажівки, яка відображає радіолокаційні треки, відеопотоки та акустичні пеленги в єдиному інтерфейсі. Це дозволяє операторам швидко приймати рішення та вказувати на можливі контрзаходи. Подібні системи вже існують на дійсній службі, такі як X-MADIS армії США або платформи LVSS ADA від Teledyne FLIR.

Приблизно за 100 000 доларів можна побудувати портативну наземну систему для захисту окопів, передових постів або чутливих стаціонарних об’єктів. У цій конфігурації радар може бути зменшений до мікрорадарних установок, здатних виявляти дрони на відстані до 500 метрів. Ці менші системи можуть бути запозичені з конструкцій автомобільних радарів або радарів периметральної безпеки.

Акустичне покриття може бути забезпечене кількома компактними мікрофонними масивами, розміщеними навколо оборонної позиції, що забезпечують дальність виявлення 200–300 метрів. Оптичне підтвердження може спиратися на стаціонарні тепловізійні камери або несфокусовані ІЧ-лазерні освітлювачі, що відбиваються від волоконно-оптичних кабелів для виявлення дронів поблизу.

Обчислювальна потужність забезпечується посиленим ноутбуком або вбудованим міні-ПК з відкритим кодом програмного забезпечення для об’єднання даних. Програма НАТО Innovation Challenge закликала саме такі типи модульних систем вагою до 100 кг для використання на передовій, оскільки вони дозволяють невеликим командам швидко розгортати ефективне виявлення дронів без розмірів, вартості чи енергоспоживання повноцінних мобільних платформ.

Обидві системи мають модульну архітектуру. Багато програмних алгоритмів, датчиків та фреймворків обробки можна використовувати як на вантажівках, так і в портативних системах, що дозволяє гнучко адаптуватися залежно від потреб місії та наявних бюджетів.

Реальний досвід бойових дій підтвердив цінність об’єднання даних датчиків. В Україні волоконно-оптичні дрони неодноразово використовували прогалини у радіочастотному виявленні. Ранні спроби рішень з одним датчиком призводили до високого рівня хибних тривог. Птахи спрацьовували лише на радарах. Системи, що працюють лише з акустичними датчиками, мали труднощі в умовах шуму. Але поєднання кількох датчиків дозволило захисникам фільтрувати хибні цілі, перевіряти реальні загрози та надавати солдатам дієві ранні попередження. Навіть коли радар на мить втрачає низьколетний дрон, замаскований рельєфом місцевості, акустичні масиви можуть забезпечити секунди попереднього попередження — критично важливий час для реагування захисників.

Оскільки волоконно-оптичні дрони поширюються та розвиваються, захисники повинні продовжувати розробляти адаптивні, модульні платформи об’єднання датчиків, які можна розгортати як у висококласних військових, так і в більш суворих умовах фронтової лінії. Це хороший спосіб сказати, що системи повинні бути масштабованими/доступними та, можливо, навіть адаптованими до потреб власників.

---

Бенджамін Кук продовжує подорожувати до України, часто живе та працює в ній, зв’язок триває понад 14 років. Він має ступінь магістра з міжнародної безпеки та конфліктології Дублінського міського університету та консультував журналістів та фахівців з розвідки щодо штучного інтелекту в дронах, військових технологій США та розвідки з відкритих джерел (OSINT), пов’язаної з війною в Україні. Він є співзасновником некомерційної організації UAO, яка працює на півдні України. Ви можете знайти пана Кука між Одесою, Україна; Чарльстон, Південна Кароліна; та Тусон, Аризона.

xxtomcooperxx.substack.com