RU2700206C1

RU2700206C1 - Method of two-factor functional suppression of unmanned aerial vehicle

Info

Publication number: RU2700206C1
Application number: RU2018114720A
Authority: RU
Inventors: Николай Кондратьевич Юрков; Николай Владимирович Горячев; Екатерина Андреевна Кузина
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2019-09-13

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to method for functional suppression of unmanned aerial vehicles. In order to realize the method, an unmanned aerial vehicle is detected, in the region at distance of 50–100 meters from it, by means of a launching device, a cartridge is made, which is configured to generate a series of ultrashort superhigh-frequency radio pulses in a certain frequency range, these pulses are generated towards the unmanned aerial vehicle until the power supply is completely discharged; after that, the cartridge is self-destructed by its explosion to create a field of striking elements for physical damage to the unmanned aerial vehicle and its destruction.

EFFECT: reduced required emission power for suppression of unmanned aerial vehicle and its destruction.

1 cl, 2 dwg

Description

Способ относится к области функционального подавления (ФП) беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и может быть использован в военной технике.The method relates to the field of functional suppression (FP) of unmanned aerial vehicles (UAVs) and can be used in military equipment.

Технология функционального подавления предусматривает использование электромагнитного излучения (ЭМИ) малой длительности (от долей до десятков наносекунд). Возможны два варианта воздействия таких ЭМИ на электронную аппаратуру: внутриполосное или внеполосное.Functional suppression technology involves the use of electromagnetic radiation (EMP) of short duration (from fractions to tens of nanoseconds). There are two possible effects of such EMR on electronic equipment: in-band or out-of-band.

Внеполосное функциональное подавление предусматривает воздействие на приемные устройства РЭС на любых частотах вне их полос пропускания, и не требует исходных данных по рабочему диапазону частот.Out-of-band functional suppression provides for the impact on the receivers of radio electronic equipment at any frequencies outside their bandwidths, and does not require source data on the operating frequency range.

Внутриполосные способы функционального подавления предусматривают потери энергии воздействующего ЭМИ при прохождении через входные цепи приемника РЭС, зависящие от соотношения между полосой пропускания приемного тракта и шириной спектра, воздействующего ЭМИ. Внутриполосные способы являются энергетически наиболее выгодными, но требуют исходных данных о технических характеристиках функционирования СВЧ излучения на БПЛА, поражаемых или подавляемых радиоэлектронных средств (РЭС), например, о рабочей частоте и полосе пропускания приёмных устройств, тактовой частоте управляющих спецвычислителей и компьютеров, резонансной частоте конструкций крепежа радиоэлектронных элементов на платах и т. д.In-band methods of functional suppression provide for the loss of energy of the acting EMR when passing through the input circuits of the receiver of the RES, depending on the ratio between the passband of the receiving path and the width of the spectrum affecting the EMP. In-band methods are energetically the most profitable, but they require initial data on the technical characteristics of the functioning of microwave radiation on UAVs, hit or suppressed electronic devices (RES), for example, on the operating frequency and bandwidth of receiving devices, the clock frequency of special computers and computers, and the resonant frequency of structures fasteners of electronic components on boards, etc.

Известны три принципиально отличающихся направления реализации средств ФП с малой длительностью мощных ЭМИ:Three fundamentally different directions of the implementation of FP tools with a short duration of powerful EMP are known:

1. Искровые и полупроводниковые генераторы видеоимпульсов.1. Spark and semiconductor video pulse generators.

2. Релятивистские генераторы СВЧ радиоимпульсов.2. Relativistic microwave generators.

3. Передающие многопозиционные системы излучения (МСИ) и фазированные антенные решетки с управляемой фокусировкой ЭМИ в СВЧ диапазоне.3. Transmitting multi-position radiation systems (MSI) and phased antenna arrays with controlled focusing of electromagnetic radiation in the microwave range.

Наибольшее распространение получило третье направление реализации, основанное на фазированных антенных решетках.The third area of implementation, based on phased array antennas, is most widely used.

Результатом воздействия сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов являются:The result of exposure to ultrashort microwave pulses are:

1. Помехи: источник излучения создает напряженность электромагнитного поля в диапазоне рабочих частот приемного устройства цели; эта напряженность такая же по величине или больше полезного сигнала – приемное устройство не может выделить полезный сигнал;1. Interference: the radiation source creates an electromagnetic field in the operating frequency range of the target receiving device; this tension is the same in magnitude or greater than the useful signal - the receiving device cannot select the useful signal;

2. Ложная информация: наведенный электромагнитный сигнал создает ложную информацию на приемном устройстве;2. False information: the induced electromagnetic signal creates false information on the receiving device;

3. Переходная дестабилизация: наведенное напряжение воздействует на логическое состояние электронного компонента;3. Transient destabilization: the induced voltage affects the logical state of the electronic component;

4. Неустраняемое повреждение: полупроводниковые переходы подвергаются воздействию перенапряжения, что выводит их из строя.4. Fatal damage: semiconductor junctions are exposed to overvoltage, which puts them out of order.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ борьбы с беспилотными летательными аппаратами ближнего и малого радиуса действия с помощью электромагнитного излучения дециметрового диапазона длин волн (RU 2551821). Способ заключается в выводе из строя бортовой системы управления БПЛА путем наведения токов на его паразитных антеннах. Достижение технического результата в данном способе состоит в обнаружении беспилотного летательного аппарата, в определении расстояния до него, ориентации в его сторону излучающей антенны, расчете мощности излучения и генерации электромагнитного излучения. Длины волн электромагнитного излучения выбирают в диапазоне 10-20 см, а мощность излучения антенны задают достаточную для наведения токов на паразитных антеннах беспилотного летательного аппарата и вывода из строя бортовой системы управления. К недостаткам данного способа можно отнести сверхбольшую мощность излучения, требующуюся для функционального подавления, а также необходимость проведения расчета мощности излучения и осуществления ориентации излучающей антенны в сторону обнаруженного БПЛА. Of the known closest in technical essence is a way to combat unmanned aerial vehicles of near and short range using electromagnetic radiation of the decimeter wavelength range (RU 2551821). The method consists in disabling the onboard UAV control system by inducing currents on its spurious antennas. The achievement of the technical result in this method consists in detecting an unmanned aerial vehicle, determining the distance to it, orienting the emitting antenna in its direction, calculating the radiation power and generating electromagnetic radiation. The wavelengths of electromagnetic radiation are selected in the range of 10-20 cm, and the antenna radiation power is set sufficient to induce currents on the parasitic antennas of the unmanned aerial vehicle and to disable the onboard control system. The disadvantages of this method include the ultra-large radiation power required for functional suppression, as well as the need to calculate the radiation power and orient the emitting antenna towards the detected UAV.

Предлагаемый способ направлен на снижение требуемой мощности излучения, упрощения аппаратной части путем снижения ее габаритов и стоимости за счет доставки электромагнитного заряда в зону расположения БПЛА. Это позволяет добиться двух факторов поражения БПЛА за счет последовательного электромагнитного и механического воздействий.The proposed method is aimed at reducing the required radiation power, simplifying the hardware by reducing its size and cost by delivering an electromagnetic charge to the UAV location zone. This allows you to achieve two factors of UAV damage due to the consistent electromagnetic and mechanical effects.

Это достигается тем, что в область полета БПЛА на расстоянии 50 – 100 метров от него доставлется при помощи пускового устройства комбинация из «электромагнитного заряда», который осуществляет генерацию серии сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов в диапазоне частот 0,5 – 10 ГГц в сторону БПЛА до полного разряда источника электропитания, и заряда самоликвидации, который производит самоподрыв системы на расстоянии 50 – 80 метров от поражаемого БПЛА, в результате чего образуется поле поражающих механических элементов источника электропитания и СВЧ генератора, которое приводит к физическому повреждению и уничтожению БПЛА.This is achieved by the fact that in the UAV flight area at a distance of 50 - 100 meters from it, a combination of an "electromagnetic charge" is delivered using a starting device, which generates a series of ultrashort microwave radio pulses in the frequency range 0.5 - 10 GHz towards the UAV to the full the discharge of the power supply, and the self-destruction charge, which self-detonates the system at a distance of 50 - 80 meters from the affected UAV, resulting in the formation of a field of damaging mechanical elements of the power supply and microwave for generators, which leads to physical damage and destruction of the UAV.

В заявляемом способе благодаря малому расстоянию 50 – 100 метров между источником излучения и БПЛА необходимая мощность излучения может быть значительно снижена. In the inventive method, due to the small distance of 50 - 100 meters between the radiation source and the UAV, the required radiation power can be significantly reduced.

Сущность способа поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структура патрона для ликвидации БПЛА, на фиг.2 – схема доставки заряда в зону нахождения БПЛА, и заключается в следующем. Сущность способа заключается в следующем. На основе данных визуального наблюдения определяется местоположение БПЛА 7. За счет энергии боевого заряда 2 «электромагнитный заряд» с элементами функционального подавления 3 и зарядом самоликвидации 6 доставляются в область расположения БПЛА при помощи пускового устройства 8. При максимальном сближении с БПЛА 7 (50 – 100 метров) генератор СВЧ радиоимпульсов 4 осуществляет серии радиоимпульсов в зоне воздействия серии сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов 10 в диапазоне частот 0,5 – 10 ГГц до полного разряда источника электропитания, при этом происходит облучение электронной компонентной базы БПЛА, приводящее к нарушению работоспособности, а затем происходит подрыв заряда самоликвидации 6 в точке 11 (на расстоянии 50 – 80 метров от поражаемого БПЛА), в результате чего образуется поле поражающих элементов 9, приводящее к возможному физическому повреждению и, как следствие, уничтожению БПЛА 7. Функциональное подавление БПЛА обеспечивается за счет обратимых и необратимых отказов электронной компонентной базы БПЛА (полевых транзисторов с затвором Шоттки, транзисторов с высокой электронной подвижностью, МОП-транзисторов, гетеробиполярных транзисторов (ГБИС), а также интегральных схем), возникающих под действием серии сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов. Также функциональное подавление БПЛА 7 приводит к деградации наиболее чувствительных к энергетическим перегрузкам или к полевому пробою радиоэлектронных элементов, в результате чего возникает необратимый выход из строя (при полной потере работоспособности) электронной компонентной базы БПЛА 7 (например, модуляторов, устройств автоматической регулировки усиления, смесителей, фильтров и др.), а также процессоров и оперативных запоминающих элементов, управляющих спецвычислителей или бортовых ПЭВМ.The essence of the method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the structure of the cartridge for the elimination of UAVs, figure 2 is a diagram of the charge delivery to the UAV location zone, and is as follows. The essence of the method is as follows. Based on visual observation data, the UAV’s location is determined 7. Due to the energy of the combat charge 2, the “electromagnetic charge” with the elements of functional suppression 3 and the self-destruction charge 6 are delivered to the UAV’s location using the launcher 8. At the maximum approach to the UAV 7 (50 - 100 meters) a microwave pulse generator 4 implements a series of radio pulses in the area affected by a series of ultrashort microwave pulses 10 in the frequency range 0.5 - 10 GHz until the power source is completely discharged, while irradiation of the electronic component base of the UAV goes off, which leads to disruption of health, and then the self-destruction charge 6 is detonated at point 11 (at a distance of 50 - 80 meters from the UAV to be affected), resulting in the formation of a field of damaging elements 9, leading to possible physical damage and, as a result, UAV destruction 7. UAV functional suppression is ensured by reversible and irreversible failures of the UAV electronic component base (field-effect transistors with Schottky gate, transistors with high electro mobility, MOS transistors, heterobipolar transistors (GBIS), as well as integrated circuits) arising under the action of a series of ultrashort microwave pulses. Also, the functional suppression of UAV 7 leads to the degradation of the most sensitive to energy overloads or field breakdown of electronic components, resulting in an irreversible failure (with complete loss of functionality) of the UAV electronic component base 7 (for example, modulators, automatic gain control devices, mixers filters and other), as well as processors and random-access memory elements controlling special computers or on-board computers.

Предлагаемый способ за счет доставки заряда в зону нахождения БПЛА, позволяет осуществить функциональное поражение последнего с требуемой плотностью мощности не более 0,5-27 Вт/см², что существенно снижает энергетические затраты на СВЧ излучение, а также за счет создания комбинированного электромагнитного и взрывного воздействий значительно повышает вероятность поражения БПЛА.The proposed method due to the charge delivery to the UAV's location zone, allows for the functional defeat of the latter with the required power density of not more than 0.5-27 W / cm ² , which significantly reduces the energy cost of microwave radiation, as well as by creating a combined electromagnetic and explosive exposure significantly increases the likelihood of UAV damage.

Облучение БПЛА 7 производится серией сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов до полного разряда источника электропитания 5. После полного разряда источника электропитания 5, происходит подрыв заряда самоликвидации 6 в точке 11 (на расстоянии 50 – 80 метров от поражаемого БПЛА), в результате чего образуется поле поражающих элементов 9, приводящее к физическому повреждению и, как следствие, уничтожению БПЛА 7. Таким образом, заявляемый способ функционального подавления беспилотных летательных аппаратов имеет два поражающих фактора, в отличие от способа-прототипа, а именно: серию сверхкоротких СВЧ радиоимпульсов в диапазоне частот 0,5 – 10 ГГц и осколки электромагнитного снаряда после его самоликвидации на расстоянии 50 – 80 метров от поражаемого БПЛА.UAV 7 is irradiated with a series of ultra-short microwave pulses until the power source 5 is completely discharged. After the power source 5 is completely discharged, the self-destruction charge 6 is detonated at point 11 (at a distance of 50 - 80 meters from the affected UAV), resulting in the formation of a field of damaging elements 9 , leading to physical damage and, as a consequence, the destruction of UAVs 7. Thus, the claimed method of functional suppression of unmanned aerial vehicles has two damaging factors, in contrast to ba prototype, namely a series of ultrashort RF pulse in the microwave frequency range 0.5 - 10 GHz and the electromagnetic projectile splinters after its self-destruction in the region of 50 - 80 meters from the damaging UAV.

Технический результат заключается в снижении требуемой плотности излучаемой мощности до уровня 0,5-27 Вт/см²и в увеличении площади поражения БПЛА за счет доставки «электромагнитного заряда» и заряда самоликвидации в зону нахождения БПЛА и осуществления их последовательных поражающих воздействий.The technical result consists in reducing the required density of radiated power to a level of 0.5-27 W / cm ² and in increasing the area of damage to the UAV by delivering an "electromagnetic charge" and the charge of self-destruction to the UAV's location zone and effecting their successive damaging effects.

К достоинствам заявляемого способа следует отнести:The advantages of the proposed method include:

1. Расширение круга решаемых задач, в том числе выведение из строя пассивных элементов РЭС, не излучающих в пространство.1. The expansion of the range of tasks, including the incapacitation of passive elements of radio electronic equipment, not radiating into space.

2. Эффективное воздействие на РЭС, обладающих высокой помехозащищённостью, а также имеющих специальные устройства защиты от энергетических перегрузок.2. Effective impact on RES having high noise immunity, as well as having special protection devices against energy overloads.

3. Снижение требований к качеству и точности необходимой исходной информации о РЭС при реализации внеполосного ФП (о рабочих диапазонах частот, параметрах сигналов и др.).3. Decrease in requirements for quality and accuracy of the necessary initial information on RES during the implementation of out-of-band FP (on operating frequency ranges, signal parameters, etc.).

4. Минимум разрушительных последствий для окружающей среды и, в ряде случаев, сохранение жизни обслуживающего персонала, поражаемого РЭС, особенно наземного и надводного базирований.4. A minimum of devastating consequences for the environment and, in some cases, the preservation of the life of maintenance personnel affected by RES, especially ground and surface based.

5. Отсутствие отрицательного влияния на цели вне зоны поражения.5. The absence of negative effects on targets outside the affected area.

Claims

A method for the functional suppression of unmanned aerial vehicles, which consists in detecting an unmanned aerial vehicle, characterized in that a cartridge containing a combat charge, a power source, a self-destruction charge through a tracer designed to deliver to the area 50 to 100 meters from the unmanned aerial vehicle for self-destruction of the device with the simultaneous creation of a cloud of damaging elements, an "electromagnetic charge" with elements that provide functional the complete suppression of an unmanned aerial vehicle, as well as a generator of ultra-short microwave frequencies, which generates a series of ultra-short microwave frequencies in the frequency range 0.5 - 10 GHz toward the unmanned aerial vehicle until the power source is completely discharged, undermine the self-destruction charge at a distance of 50 - 80 meters from the affected unmanned aerial vehicle, resulting in the formation of a field of damaging elements, which leads to physical damage and destruction of an unmanned aerial vehicle.