Организация взлета, посадки и имитация источников радиоизлучения - DRONE520/RF-BAS-COMMON GitHub Wiki

#1. Введение

Технологии электромагнитного противодействия (далее – ТЭП) представляют собой комплекс технических средств, предназначенных для противодействия обнаружению, наведению и применению различных радиоэлектронных устройств. Основная цель ТЭП заключается в создании помех или искажений сигналов, которые используются для передачи информации или управления.

#2. Управление взлетом и посадкой БАС с полетным контроллером Pixhawk

Полетный контроллер Pixhawk представляет собой высокотехнологичное устройство, позволяющее эффективно управлять беспилотными авиационными системами. Работа с ним включает несколько ключевых этапов:

  1. Настройка и калибровка: Перед началом работы контроллер подключается к компьютеру с использованием программного обеспечения, такого как Mission Planner или QGroundControl.
    • Выполняется калибровка всех датчиков: акселерометров, гироскопов и компаса. Это обеспечивает точное измерение параметров движения и ориентации БАС.
    • Настраиваются параметры полета, включая максимальную высоту, скорость и зоны ограничения.
  2. Взлет:
    • Процесс взлета может быть выполнен вручную или в автоматическом режиме. В автоматическом режиме достаточно задать точку взлета и высоту, после чего система самостоятельно выполнит маневр.
    • Pixhawk использует данные с GPS и барометрического датчика для контроля высоты и положения в пространстве.
  3. Полеты и управление:
    • Во время полета система может работать в нескольких режимах, включая автоматический, полуавтоматический и ручной.
    • В автоматическом режиме полет выполняется по заранее заданному маршруту с использованием точек маршрута (waypoints).
    • В ручном режиме оператор может управлять БАС с помощью пульта дистанционного управления, при этом Pixhawk продолжает выполнять функции стабилизации.
  4. Посадка:
    • Посадка может быть выполнена автоматически. Контроллер определяет текущую позицию и снижает аппарат по заданной траектории, обеспечивая мягкое касание поверхности.
    • Используются ультразвуковые или лазерные дальномеры для точного определения высоты при финальном этапе посадки.
  5. Мониторинг и телеметрия:
    • Во время полета Pixhawk передает данные о состоянии БАС в реальном времени на наземную станцию. Это включает информацию о высоте, скорости, заряде батареи и состоянии системы.
    • В случае возникновения неполадок, таких как потеря связи, активируется возврат домой (Return to Home), что позволяет БАС безопасно вернуться в точку взлета.

Использование Pixhawk в управлении БАС обеспечивает высокую точность, надежность и безопасность выполнения миссий, даже в сложных условиях. Тестирование показало, что система устойчива к внешним помехам и может эффективно выполнять поставленные задачи. Для управления взлетом и посадкой БАС был использован полетный контроллер Pixhawk. С помощью специализированного программного обеспечения реализовано автоматическое управление, обеспечивающее точность и стабильность выполнения маневров. Контроллер интегрирован с датчиками навигации и управления, что позволяет минимизировать влияние внешних факторов.

#3. Переключение режима управления БАС с полетным контроллером Pixhawk

Переключение режимов управления (автоматический, полуавтоматический и ручной) с использованием полетного контроллера Pixhawk происходит через специализированное программное обеспечение и аппаратные элементы управления. Важные аспекты данного процесса включают:

  1. Режимы управления:
    • Автоматический режим: Полет выполняется строго по заранее заданному маршруту, который задается в программном обеспечении (Mission Planner или QGroundControl). Контроллер обеспечивает управление всеми параметрами полета, включая высоту, скорость и курс.
    • Ручной режим: Управление полностью передается оператору, который использует пульт дистанционного управления для задания всех параметров движения БАС. Pixhawk при этом выполняет базовые функции стабилизации.
    • Полуавтоматический режим: Оператор задает основные параметры (например, высоту или направление), а контроллер автоматически стабилизирует полет и контролирует другие параметры.
  2. Механизм переключения режимов:
    • Переключение между режимами осуществляется либо вручную с помощью пульта дистанционного управления (переключатель режимов), либо через программное обеспечение на наземной станции.
    • Pixhawk постоянно отслеживает состояние всех систем и автоматически предотвращает переключение, если это может привести к нарушению стабильности полета.
  3. Безопасность при переключении:
    • При переходе из автоматического в ручной режим контроллер плавно передает управление, чтобы избежать резких изменений параметров полета.
    • В случае потери связи с пультом или наземной станцией автоматически активируется возврат домой (Return to Home).
  4. Тестирование работы режимов:
    • В ходе тестирования были проведены проверки переключения режимов при различных внешних условиях, включая наличие помех. Система показала высокую устойчивость и надежность работы.
    • Переключение происходило без задержек, а плавность передачи управления обеспечила безопасность и точность полета.
  5. Пример использования:
    • Во время выполнения задания БАС может находиться в автоматическом режиме для облета территории, затем оператор может вручную скорректировать маршрут или задать посадку, переключившись на ручной режим. Полуавтоматический режим удобен для задания специфических маневров, таких как облёт препятствий.

Таким образом, переключение режимов управления Pixhawk обеспечивает гибкость в управлении БАС, что делает систему удобной и безопасной в использовании для различных задач.

Переключение режимов управления (автоматический и ручной) выполнено с учетом требований безопасности полета. Тестирование показало высокую надежность системы при изменении режимов, даже в условиях воздействия помех. Это достигается за счет использования резервных каналов связи и встроенных алгоритмов контроля состояния системы.

#4. Виды источников радиоизлучения, мешающих полету БАС

Радиоизлучения, мешающие полету БАС, могут существенно повлиять на надежность управления, навигации и выполнение миссий. В ходе исследования были выявлены основные виды таких источников:

  1. Системы подавления сигналов (джаммеры):
    • Эти устройства создают мощные помеховые сигналы в диапазонах, которые активно используются для управления и связи БАС, например 2,4 ГГц и 5,8 ГГц.
    • Джаммеры могут полностью блокировать каналы связи, лишая оператора возможности управлять аппаратом.
  2. Импульсные радиоизлучения от радаров:
    • Радиолокационные установки, работающие в широком диапазоне частот (обычно от 1 до 10 ГГц), излучают мощные импульсные сигналы.
    • Такие сигналы могут вызывать сбои в работе электроники БАС, включая датчики и системы навигации.
  3. Сигналы мобильной связи и*Wi-Fi сетей:
    • Частоты мобильной связи (800–1900 МГц) и Wi-Fi (2,4 ГГц, 5,8 ГГц) создают помехи, особенно в условиях высокой загруженности спектра.
    • Перекрытие рабочих частот БАС сигналами Wi-Fi может привести к ухудшению качества связи и управления.
  4. Навигационные помехи в диапазоне GPS:
    • Системы GPS работают на частотах 1,227 ГГц и 1,575 ГГц. Навигационные джаммеры генерируют помехи в этих диапазонах, что делает невозможным определение местоположения БАС.
    • Это особенно критично для автоматических полетов, где GPS-координаты используются для планирования маршрутов.
  5. Индустриальные и природные источники помех:
    • Высоковольтные линии электропередач, работающие двигатели и другие устройства могут создавать электромагнитные излучения, которые искажают сигналы.
    • Молнии и солнечная активность также способны влиять на радиочастоты, используемые для связи и навигации.

#5. Имитация работы источников радиоизлучения, мешающих полету БАС

В практической части мной был реализован принцип, при котором частота бегает в определенном диапазоне частот. Такой подход позволяет усложнить задачу для радиоэлектронных систем противника, так как сигналы становятся менее предсказуемыми и труднее поддаются обнаружению или подавлению. Эта методика также повышает эффективность создания помех, охватывая более широкий спектр целевых частот.

В рамках реализации была разработана схема, изображенная на рисунке 1, включающая следующие основные элементы:

изображение

Рисунок 1. Схема реализации ТЭП

  1. Источник сигнала: Генерирует пилотный сигнал с определенными характеристиками (в данном случае используется пилообразная форма сигнала с частотой 100 кГц).

  2. VCO (генератор управляемой частоты): Изменяет выходную частоту в зависимости от амплитуды входного сигнала. Это позволяет добиться "бегания" частоты в заданном диапазоне (например, от 880 МГц до 920 МГц).

  3. Ограничитель (Throttle): Контролирует скорость обработки сигнала для предотвращения перегрузки системы.

  4. Наборы визуализации:

    • Спектральный анализатор (QT GUI Frequency Sink), который позволяет наблюдать изменяющийся спектр сигнала.
    • Временная диаграмма (QT GUI Time Sink), демонстрирующая характеристики сигнала во временной области.
    • Водопад (QT GUI Waterfall Sink), отображающий динамику спектра во времени.

Эта схема была протестирована для подтверждения работоспособности и эффективности генерации сигналов с изменяющейся частотой. В практической части мной был реализован принцип, при котором частота бегает в определенном диапазоне частот. Такой подход позволяет усложнить задачу для радиоэлектронных систем противника, так как сигналы становятся менее предсказуемыми и труднее поддаются обнаружению или подавлению. Эта методика также повышает эффективность создания помех, охватывая более широкий спектр целевых частот.

Описание графиков и работа системы

На рисунке 2, можно увидеть результаты работы системы в различных представлениях:

изображение

Рисунок 2. Результаты работы системы

  1. Спектр сигнала (верхний график):

    • Отображает изменение частоты сигнала в заданном диапазоне (880–920 МГц).
    • Видно, что частота плавно изменяется, реализуя принцип бегущей частоты. Это обеспечивает динамическое покрытие целевого диапазона частот.

  2. Временная диаграмма (средний график):

    • Показаны изменения амплитуды сигнала во времени. Два сигнала (синим и красным) демонстрируют фазовое или амплитудное взаимодействие, что может быть связано с настройками модуляции.

  3. Динамика усиления сигнала (нижний график):

    • График отображает относительное усиление сигнала в зависимости от времени или частоты. Плавные изменения усиления могут быть связаны с характеристиками фильтров или управления сигналом.

Работа системы

Система генерирует пилообразный сигнал (временная основа) с изменяющейся частотой в диапазоне 880–920 МГц. Это достигается благодаря использованию генератора управляемой частоты (VCO), который изменяет частоту в зависимости от входного сигнала.

Эффекты бегущей частоты видны на спектральном графике (верхний), где спектр динамически перемещается по частотам. Такой подход подходит для подавления радиоэлектронных систем противника, так как:

  • Трудность обнаружения: Сигнал перемещается, не задерживаясь на одной частоте.
  • Эффективное перекрытие: Охватывается широкий диапазон частот, делая возможным создание помех для нескольких систем одновременно.

#6. Заключение

В ходе работы были изучены методы управления БАС и разработаны технологии электромагнитного противодействия, обеспечивающие защиту от внешних радиоэлектронных воздействий. Реализованная система с функцией изменения частоты показала свою эффективность в тестовых условиях, что открывает перспективы для ее применения в реальных сценариях защиты от угроз радиоэлектронного подавления.

#7. Литература

  1. Белов, А. И. Радиоэлектронная борьба: основы и перспективы / А. И. Белов. – М.: Радиотехника, 2018. – 320 с.
  2. Иванов, В. П. Системы подавления радиоэлектронных средств / В. П. Иванов. – СПб.: Наука и технологии, 2020. – 256 с.
  3. Смирнов, Е. Н. Радиотехнические методы противодействия системам связи / Е. Н. Смирнов, А. В. Козлов. – М.: Воениздат, 2017. – 368 с.
  4. Pixhawk. User Manual: Comprehensive Guide to Using Pixhawk Flight Controllers. – [Электронный ресурс]. – URL: https://docs.px4.io (дата обращения: 04.11.2024).