RU2813389C1

RU2813389C1 - Drone protection device

Info

Publication number: RU2813389C1
Application number: RU2023101121A
Authority: RU
Inventors: Сергей Павлович Сивков; Антон Владимирович Шалимов; Сергей Сергеевич Бажин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НЕЙРОТЕХ"
Filing date: 2023-01-19
Publication date: 2024-02-12

Abstract

FIELD: computer engineering.

SUBSTANCE: invention can be used to provide a no-fly zone for drones around a security facility by tracking drones within a surveillance radius and forced landing or destruction. Proposed device comprises fixed module with rotary platform drive and support drive, turret module and control module. In the control module there is a main controller equipped with a neural network, and a graphic processor, an actuator controller connected to the main controller, interface board connected to the main controller and a remote interface module, a board with an SDR receiver, connected to the main controller, a board with sensors for determining spatial position, which is connected to an interface board, a device for obtaining data on operation of drives, which is connected to the interface board. Turret module comprises a cylindrical housing, on the side surface of which there is at least one support for mounting a weapon and an SDR receiver antenna, which is connected to a board with an SDR receiver.

EFFECT: higher efficiency of drone countermeasures.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к средствам борьбы с беспилотными летательными аппаратами, в частности, к устройствам для обнаружения и нейтрализации дронов, вторгшихся в защищаемую воздушную зону. Может быть использовано для обеспечения бесполетной зоны для дронов вокруг объекта охраны путем отслеживания дронов в радиусе наблюдения и путем принудительной их посадки или уничтожения.The invention relates to means of combating unmanned aerial vehicles, in particular, to devices for detecting and neutralizing drones that have intruded into a protected air zone. Can be used to enforce a no-fly zone for drones around a security site by tracking drones within the surveillance radius and forcing them to land or destroy them.

Из существующего уровня техники известен ряд технических решений, касающихся систем наблюдения, обнаружения и выведения дронов из строя тем или иным способом. Такие системы осуществляют распознавание дронов при помощи нейросети, программное обеспечение систем связано с аппаратными средствами. Однако в данных системах не представлена проработка аппаратных средств, не представлены особенности компоновки частей каждой системы.A number of technical solutions are known from the existing state of the art regarding systems for monitoring, detecting and disabling drones in one way or another. Such systems perform drone recognition using a neural network; the system software is connected to hardware. However, these systems do not present the elaboration of the hardware, and the features of the layout of the parts of each system are not presented.

Известна система и способ обнаружения и перехвата дронов по международной заявке на изобретение WO2022172217, F41H 11/02, 2022. Для обнаружения и прогнозирования движения беспилотного летательного аппарата используют машинное обучение и искусственный интеллект как часть системы, тем самым оцифровывая технологию обнаружения дронов. Система состоит из аппаратной составляющей и программного компонента. С помощью аппаратных средств автоматически собирают различные данные с нескольких систем обнаружения дронов и передают данные программному обеспечению искусственного интеллекта. Программный модуль взаимодействует с аппаратными средствами и применяет несколько методов глубокого обучения для обнаружения, распознавания беспилотных летательных аппаратов и для принятия решения о способе перехвата с целью выведения дронов из строя. Для обнаружения дронов используют RGB-камеру, тепловизионную камеру, радиочастотный сканер, детектор PCL, радарный детектор. Уничтожение дронов возможно с помощью лазерной пушки, с помощью электромагнитного ружья, с помощью сетевого оружия, при котором сеть запутывает лопасти винта, выводя беспилотник из строя. Сеть может быть оснащена парашютом для доставки беспилотника на землю. Недостатком является сложность архитектуры системы для обеспечения связи между системой управления и аппаратными средствами, невысокая надежность системы из-за возможности выведения ее из строя посредством радиоатаки.A system and method for detecting and intercepting drones is known according to the international application for the invention WO2022172217, F41H 11/02, 2022. To detect and predict the movement of an unmanned aerial vehicle, machine learning and artificial intelligence are used as part of the system, thereby digitizing drone detection technology. The system consists of a hardware component and a software component. The hardware automatically collects various data from multiple drone detection systems and feeds the data to artificial intelligence software. The software module interacts with the hardware and applies several deep learning methods to detect, recognize unmanned aerial vehicles and decide on an interception method to disable the drones. To detect drones, an RGB camera, a thermal imaging camera, an RF scanner, a PCL detector, and a radar detector are used. Destruction of drones is possible using a laser gun, using an electromagnetic gun, using a network weapon, in which the network entangles the propeller blades, disabling the drone. The network can be equipped with a parachute to bring the drone to the ground. The disadvantage is the complexity of the system architecture to ensure communication between the control system and the hardware, and the low reliability of the system due to the possibility of disabling it through a radio attack.

Известна система и способ защиты контролируемой зоны от беспилотных транспортных средств (БТС) по патенту России на изобретение RU2746102, G06Т 1/40, 2021. Согласно способу, производят обнаружение движущегося объекта в контролируемой зоне с помощью средства первичного обнаружения, определяют с помощью средства первичного обнаружения пространственные координаты обнаруженного движущегося объекта, которые отправляют средству управления и классификации, производят захват изображения обнаруженного движущегося объекта с помощью средства распознавания. Далее классифицируют обнаруженный движущийся объект на основе анализа по меньшей мере одного изображения с помощью средства управления и классификации. При определении движущегося объекта как БТС применяют с помощью средства нейтрализации направленное радиоподавление сигнала управления БТС, которое производится до тех пор, пока БТС не покинет контролируемую зону. Средство первичного обнаружения включает по крайней мере одно из следующих устройств: лидар, который производит лазерное зондирование воздушного пространства, фотокамеру, прибор ночного видения, тепловизор или радар. Определяют пространственные координаты расположения средства первичного обнаружения. Средство распознавания состоит из по крайней мере одной видеокамеры, с помощью которой производят захват обнаруженного движущегося объекта, при этом захват осуществляется согласно пространственным координатам обнаруженного движущегося объекта. Средство распознавания может быть установлено на опорно-поворотном модуле, позволяющем перемещать видеокамеры на 360 градусов вокруг своей оси. Средство распознавания может содержать по крайней мере две видеокамеры, где одна видеокамера предназначена для общего обзора, а вторая видеокамера позволяет произвести многократное увеличение на обнаруженный движущейся объект. Производят сопровождение обнаруженного движущегося объекта, во время которого выполняют приближении к обнаруженному объекту второй видеокамерой для получения по крайней мере одного изображения, на котором представлен обнаруженный движущийся объект с требуемым разрешением, и передачу по крайней мере одного изображения средству управления и классификации. При классификации обнаруженного движущегося объекта анализ производится с помощью нейронных сетей. Недостатком является сложность определения местоположения БТС, длительность распознавания объекта, низкая эффективность средства его нейтрализации.A system and method for protecting a controlled area from unmanned vehicles (UVs) is known according to Russian patent for invention RU2746102, G06T 1/40, 2021. According to the method, a moving object in the controlled area is detected using a primary detection means, determined using a primary detection means spatial coordinates of the detected moving object, which are sent to the control and classification means, capturing an image of the detected moving object using the recognition means. Next, the detected moving object is classified based on the analysis of at least one image using the management and classification means. When identifying a moving object as a BTS, using a neutralization device, directional radio suppression of the BTS control signal is used, which is carried out until the BTS leaves the controlled area. The primary detection means includes at least one of the following devices: a lidar that produces laser sounding of the airspace, a camera, a night vision device, a thermal imager or a radar. The spatial coordinates of the location of the primary detection means are determined. The recognition means consists of at least one video camera, with the help of which a detected moving object is captured, and the capture is carried out according to the spatial coordinates of the detected moving object. The recognition tool can be installed on a rotating support module, allowing the video cameras to be moved 360 degrees around its axis. The recognition tool may contain at least two video cameras, where one video camera is intended for a general overview, and the second video camera allows for multiple zooms on a detected moving object. The detected moving object is tracked, during which the second video camera approaches the detected object to obtain at least one image, which represents the detected moving object with the required resolution, and transmits at least one image to the control and classification tool. When classifying a detected moving object, analysis is performed using neural networks. The disadvantage is the difficulty of determining the location of the UAV, the duration of object recognition, and the low efficiency of the means of neutralizing it.

Из существующего уровня техники известен ряд технических решений, касающихся конструкций турелей с установленным на них оружием для наведения и поражения цели в защищаемой зоне. Однако данные турельные установки не содержат средства обнаружения беспилотных летательных аппаратов, средства вычисления их траектории и средства нейтрализации дронов.A number of technical solutions are known from the existing level of technology regarding the designs of turrets with weapons installed on them for aiming and hitting a target in a protected area. However, these turret installations do not contain means for detecting unmanned aerial vehicles, means for calculating their trajectory, and means for neutralizing drones.

Известна турель для установки оружия по европейскому патенту ЕР2306137, F41А 23/24, 2011. Турель для установки дополнительного оружия на бронированном транспортном средстве содержит платформу, которая может поворачиваться с помощью двигателей. Платформа шарнирно закреплена на втулке, установленной соосно с осью панорамного прицела. Прицел имеет головку, расположенную над платформой и поворотный цилиндрический корпус. Оптоэлектронный прицел снабжен видеокамерой и собственным приводом. Привод поворотной платформы и привод оптоэлектронного прицела снабжены зубчатыми передаточными механизмами. Недостатком является ограниченная функциональность турели, не позволяющая эффективно использовать ее для защиты от беспилотных летательных аппаратов, сложность наведения прицела и оружия на объект.A turret for installing weapons is known according to European patent EP2306137, F41A 23/24, 2011. A turret for installing additional weapons on an armored vehicle contains a platform that can be rotated using engines. The platform is hinged on a bushing mounted coaxially with the axis of the panoramic sight. The sight has a head located above the platform and a rotating cylindrical body. The optoelectronic sight is equipped with a video camera and its own drive. The turntable drive and the optoelectronic sight drive are equipped with gear transmission mechanisms. The disadvantage is the limited functionality of the turret, which does not allow it to be used effectively for protection against unmanned aerial vehicles, and the difficulty of aiming the sight and weapon at an object.

Известна дистанционно управляемая турель по заявке России на изобретение RU2012101365, F41A 27/00, 2013. Турель содержит неподвижную станину и соединенную с ней через опорный подшипниковый узел вращающуюся платформу, приводимую в движение редуктором и аналоговым электромотором горизонтального наведения (ГН). На платформе через опорный подшипниковый узел установлена качающаяся постель, приводимая в движение редуктором и аналоговым электромотором вертикального наведения (ВН). Подвижные и неподвижные механические части ГН и ВН турели соединены между собой опорными редукторами, на входных валах которых установлены сервоприводы с цифровым управлением. В турели применена бортовая ЭВМ с цифровой системой управления и открытой архитектурой для программного обеспечения и периферийных устройств. На вращающейся платформе установлено две и более постелей для монтажа средств наблюдения и разведки, прожекторов, вооружения, спецсредств и другой полезной нагрузки. Недостатком является отсутствие системы обнаружения и средств нейтрализации беспилотных летательных аппаратов.A remotely controlled turret is known according to Russian application for invention RU2012101365, F41A 27/00, 2013. The turret contains a fixed frame and a rotating platform connected to it through a support bearing assembly, driven by a gearbox and an analog electric motor for horizontal guidance (HH). An oscillating bed is installed on the platform through a support bearing assembly, driven by a gearbox and an analog electric motor for vertical guidance (VH). The moving and stationary mechanical parts of the GN and HV turrets are connected to each other by support gearboxes, on the input shafts of which digitally controlled servo drives are installed. The turret uses an on-board computer with a digital control system and an open architecture for software and peripheral devices. Two or more beds are installed on a rotating platform for mounting surveillance and reconnaissance equipment, searchlights, weapons, special equipment and other payloads. The disadvantage is the lack of a detection system and means of neutralizing unmanned aerial vehicles.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрана вооруженная оптоэлектронная турель по патенту России на изобретение RU2672454, F41А 23/24, 2018. Оптоэлектронная турель содержит основание, закрепленное непосредственно на транспортном средстве, корпус, состоящий из поворотной платформы и из опоры с выемкой, и оптоэлектронный прицел. Наружные формы основания и поворотной платформы представляют собой цилиндры вращения, осью которых является одна и та же вертикальная ось Z. Корпус установлен с возможностью поворота вокруг оси Z и приводится во вращение первыми приводными средствами, расположенными внутри основания. Опора с выемкой, в которой закреплено легкое орудие, закреплена на поворотной платформе. Легкое орудие установлено с возможностью поворота вокруг оси Z его ориентацию для стрельбы по целям с разными курсовыми углами осуществляют при помощи первых приводных средств. Легкое орудие 15 установлено также с возможностью поворота вокруг первой оси X. Это позволяет ориентировать легкое орудие по углу места цели при помощи вторых приводных средств, содержащих второй электрический двигатель и установленных на опоре с выемкой. Корпус оптоэлектронного прицела установлен с возможностью поворота вокруг оси Z независимо от поворота корпуса вооруженной оптоэлектронной турели и от легкого орудия. Оптоэлектронный прицел снабжен видеокамерой. Ориентацию по курсовому углу оптоэлектронного прицела с целью наведения легкого орудия и осуществления наблюдений по разным курсовым углам осуществляют при помощи третьих приводных средств, расположенных, как и первые приводные средства, внутри основания. Первый электрический двигатель и третий электрический двигатель работают независимо друг от друга, что позволяет ориентировать по курсовому углу легкое орудие и оптоэлектронный прицел независимо друг от друга. Недостатком является сложность осуществления согласованного движения поворотной платформы, легкого орудия, оптоэлектронного прицела, отсутствие возможности автоматического определения расстояния до цели. Кроме того, турель не предназначена для защиты от дронов.As the closest analogue to the claimed technical solution, an armed optoelectronic turret was selected according to the Russian patent for the invention RU2672454, F41A 23/24, 2018. The optoelectronic turret contains a base mounted directly on the vehicle, a body consisting of a rotating platform and a support with a recess, and an optoelectronic aim. The outer shapes of the base and the turntable are cylinders of rotation, the axis of which is the same vertical Z axis. The housing is mounted to rotate around the Z axis and is driven into rotation by first drive means located inside the base. A support with a recess in which a light tool is mounted is mounted on a turntable. The light gun is installed with the ability to rotate around the Z axis; its orientation for firing at targets with different heading angles is carried out using the first drive means. The light gun 15 is also mounted with the possibility of rotation around the first axis X. This allows the light gun to be oriented according to the elevation angle of the target using second drive means containing a second electric motor and mounted on a support with a recess. The body of the optoelectronic sight is mounted with the ability to rotate around the Z axis, regardless of the rotation of the body of the armed optoelectronic turret and from the light gun. The optoelectronic sight is equipped with a video camera. Orientation along the heading angle of the optoelectronic sight for the purpose of pointing a light gun and making observations at different heading angles is carried out using third drive means located, like the first drive means, inside the base. The first electric motor and the third electric motor operate independently of each other, which allows the light gun and optoelectronic sight to be oriented independently of each other. The disadvantage is the difficulty of implementing coordinated movement of the turntable, light gun, optoelectronic sight, and the inability to automatically determine the distance to the target. Additionally, the turret is not designed to protect against drones.

Таким образом, вышеприведенные технические решения из предшествующего уровня техники не объединяют системы осуществляющие распознавание дронов при помощи нейросети с конструктивно проработанными аппаратными средствами, и с узлами способными осуществлять обнаружение и выведение из строя беспилотных летательных аппаратов.Thus, the above technical solutions from the prior art do not combine systems that recognize drones using a neural network with structurally developed hardware, and with nodes capable of detecting and disabling unmanned aerial vehicles.

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение арсенала технических средств для защиты определенной воздушной зоны от беспилотных летательных аппаратов.The technical result of the claimed invention is to expand the arsenal of technical means for protecting a certain air zone from unmanned aerial vehicles.

Технический результат обеспечивается за счет того, что в устройстве защиты от беспилотных летательных аппаратов, содержащем турель с поворотной платформой и опору для установки оружия, выполненную с возможностью вращения в вертикальной и горизонтальной плоскости, систему наблюдения, привод поворотной платформы и привод вращения опоры оружия, выполненные с возможностью их согласованного вращения, управляющее устройство, связанное с системой наблюдения, с устройством получения данных, с приводами для вращения поворотной платформы и опоры для установки оружия, согласно изобретению, устройство содержит неподвижный модуль, с установленными в нем приводом вращения поворотной платформы и приводом опоры для установки оружия, турельный модуль и модуль управления, в модуле управления расположены основной контроллер, снабженный нейросетью и графическим процессором, контроллер исполнительных механизмов, связанный с основным контроллером, плата интерфейсная, связанная с основным контроллером и удаленным интерфейсным модулем, плата с SDR-приемником, связанная с основным контроллером, плата с датчиками определения пространственного положения, связанная с интерфейсной платой, устройство получения данных о работе приводов, связанное с интерфейсной платой, турельный модуль содержит цилиндрический корпус на боковой поверхности которого размещена хотя бы одна опора для установки оружия и антенны SDR-приемника, которая связана с платой с SDR-приемником, опора для установки оружия снабжена датчиком угла поворота, связанным с основным контроллером, а на неподвижном модуле установлен механический ограничитель поворота опоры для установки оружия, на опоре для установки оружия размещен толкатель спускового механизма оружия, связанный с контроллером исполнительных механизмов, опора для установки оружия и поворотная платформа снабжены датчиками отсчета начала движения, связанными с основным контроллером, на корпусе модуля управления, расположена система наблюдения, состоящая из стереопар, расположенных по периметру модуля управления, каждая стереопара содержит две связанные с основным контроллером видеокамеры с заданным расстоянием между ними и параллельно расположенными осями, передаточные механизмы приводов выполнены с возможностью и одновременного, и последовательного вращения поворотной платформы и опоры для установки оружия, драйверы двигателей приводов связаны с контроллером исполнительных механизмов.The technical result is ensured due to the fact that in the device for protection against unmanned aerial vehicles, containing a turret with a turntable and a support for installing weapons, made with the possibility of rotation in the vertical and horizontal planes, a surveillance system, a drive for the turntable and a drive for rotating the weapon support, made with the possibility of their coordinated rotation, a control device connected to the surveillance system, with a data acquisition device, with drives for rotating the turntable and a support for installing weapons, according to the invention, the device contains a stationary module, with a drive for rotating the turntable and a support drive installed in it for installing weapons, a turret module and a control module, the control module contains a main controller equipped with a neural network and a graphics processor, an actuator controller connected to the main controller, an interface board connected to the main controller and a remote interface module, a board with an SDR receiver, connected to the main controller, a board with sensors for determining the spatial position, connected to the interface board, a device for receiving data on the operation of the drives, connected to the interface board, the turret module contains a cylindrical housing on the side surface of which there is at least one support for installing weapons and an SDR antenna. receiver, which is connected to a board with an SDR-receiver, the weapon mounting support is equipped with a rotation angle sensor connected to the main controller, and a mechanical rotation limiter of the weapon mounting support is installed on the fixed module; a weapon trigger pusher is located on the weapon mounting support, connected with a controller of actuators, a support for installing weapons and a rotating platform are equipped with reference sensors for the start of movement, connected to the main controller, on the body of the control module, there is an observation system consisting of stereo pairs located around the perimeter of the control module, each stereo pair contains two connected to the main controller video cameras with a given distance between them and parallel axes, drive transmission mechanisms are made with the possibility of both simultaneous and sequential rotation of the turntable and support for installing weapons, drive motor drivers are connected to the actuator controller.

Кроме того, в качестве оружия могут использовать дробовик.In addition, a shotgun can be used as a weapon.

Кроме того, в качестве оружия могут использовать электромагнитное оружие.In addition, electromagnetic weapons can be used as weapons.

Технический результат обеспечивается модульным исполнением устройства. Разделение устройства на неподвижный модуль, поворотный турельный модуль и модуль управления, позволяет разделить системы и узлы устройства по функциональному назначению, расположить их в самостоятельных корпусах. Это повышает функциональность устройства и обеспечивает универсальность его применения, дает возможность располагать модули в разных вариантах. Устройство может использоваться как отдельное сооружение, установленное на опорах и содержащее все три модуля для защиты охраняемой зоны от беспилотных летательных аппаратов. Модуль управления с расположенной на нем системой наблюдения может быть установлен отдельно от турельного модуля. Может быть размещен, например, на высокой мачте, а турельный модуль с оружием и неподвижным модулем приводов может быть расположен в другом месте. При этом может быть использовано несколько таких турельных модулей, например, для охраны аэропорта. Возможно использование отдельного модуля управления с расположенной на нем системой наблюдения для слежения за летающими объектами. Расположение в модуле управления основного контроллера, снабженного обученной нейросетью позволяет распознавать дроны, попадающие в поле зрения системы наблюдения и выполнять управление аппаратными средствами. Снабжение основного контроллера графическим процессором позволяет производить точный расчет координат летящего объекта, предсказывать его траекторию для точности прицела. Использование интерфейсной платы, связанной с основным контроллером и удаленным интерфейсным модулем, позволяет оператору опционального интерфейсного модуля при необходимости вмешиваться в работу устройства и корректировать его действия, например, перенавести, включить, выключить электромагнитное оружие, отменить отстрел определенных дронов и т.д. Это повышает функциональность устройства. Связь интерфейсной платы с устройством получения данных о работе приводов позволяет оператору при необходимости контролировать движение поворотных частей. Связь интерфейсной платы с платой с датчиками определения положения позволяет оператору интерфейсного модуля контролировать показания датчиков и приборов, например, акселерометра и гироскопа, следить за изменением положения частей устройства в пространстве. Связь интерфейсной платы с основным контроллером позволяет передавать ему данные с приборов и устройств и получать необходимые управляющие команды. Плата с SDR-приемником, связанная с основным контроллером, позволяет использовать узконаправленную антенну для поиска дронов по характерным всплескам мощности в нескольких участках частотного спектра радиоизлучения. Это расширяет функционал устройства за счет применения дополнительных средств обнаружения и за счет расширения радиуса обнаружения беспилотных летательных аппаратов. Использование именно SDR-приемника позволяет применять пассивные методы обнаружения дронов, в отличии от аналогов, где используются радары. Антенна SDR-приемника предназначена только для приема радиосигналов и не предназначена для их излучения, что повышает безопасность использования устройства. Установка антенны на подвижной опоре для оружия позволяет использовать именно узконаправленную антенну, которая позволяет принимать сигналы только с одного направления, а вращение опоры позволяет изменять направления для обнаружения радиосигналов. Датчик угла поворота опоры для установки оружия, связанный с основным контроллером позволяет устанавливать оружие или узконаправленную антенну под необходимым углом для поражения дрона или приема радиосигнала. Установка механического ограничителя поворота опоры для установки оружия предотвращает опускание оружие на угол, опасный для окружающих, повышает безопасность использования устройства. На опоре для установки оружия размещен толкатель спускового механизма оружия, связанный с контроллером исполнительных механизмов, что позволяет автоматически приводить в действие оружие. Снабжение опоры для установки оружия и поворотной платформы турельного модуля датчиками отсчета начала движения, связанными с основным контроллером, позволяет производить каблировку для точной установки оружия для поражения дрона или для установки антенны SDR-приемника в нужном направлении. Расположение видеокамер системы наблюдения по всему периметру верхней части корпуса модуля управления позволяет расширить угол обзора до 360° и вести эффективное наблюдение за пространством в охраняемой зоне даже при перекрытии угла обзора одной их видеокамер опорой с оружием, что улучшает функциональность и повышает эффективность его использования. Образование стереопар из видеокамер системы наблюдения позволяет зафиксировать дрон как минимум двумя видеокамерами с разных ракурсов. По фиксированному расстоянию между осями камер и расстоянию от объекта до каждой из камер с помощью программы основного контроллера быстро определяют точные координаты дрона, а с помощью графического процессора строят его траекторию для точного прицела оружия, что повышает эффективность устройства за счет быстродействия и точности выстрелов. Передаточные механизмы приводов выполнены с возможностью и одновременного, и последовательного вращения поворотной платформы с опорой для установки оружия, что позволяет при определении местонахождения цели выбрать необходимый режим работы двигателей для осуществления быстрого поворота вращающихся элементов. Для возможности осуществления данных режимов драйверы двигателей приводов связаны с контроллером исполнительных механизмов. Возможность устанавливать на одну опору узконаправленную антенну SDR-приемника, дробовик, электромагнитное оружие позволяет улучшить функциональные свойства устройства и его универсальность. Таким образом, модульное исполнение устройства, его конструктивная проработка, применение узконаправленной антенны SDR-приемника и системы стереопар позволяют расширить арсенал технических средств для защиты определенной воздушной зоны от беспилотных летательных аппаратов, расширить функциональность устройства, повысить эффективность и безопасность его работы.The technical result is ensured by the modular design of the device. Dividing the device into a fixed module, a rotary turret module and a control module allows you to divide the systems and components of the device according to their functional purpose and arrange them in independent housings. This increases the functionality of the device and ensures the versatility of its use, making it possible to arrange modules in different options. The device can be used as a separate structure mounted on supports and containing all three modules to protect the protected area from unmanned aerial vehicles. The control module with the surveillance system located on it can be installed separately from the turret module. It can be placed, for example, on a high mast, and the turret module with weapons and a fixed drive module can be located in another place. In this case, several such turret modules can be used, for example, for airport security. It is possible to use a separate control module with a surveillance system located on it to track flying objects. The location of the main controller in the control module, equipped with a trained neural network, allows you to recognize drones that fall into the field of view of the surveillance system and perform hardware control. Equipping the main controller with a graphics processor makes it possible to accurately calculate the coordinates of a flying object and predict its trajectory for aiming accuracy. The use of an interface board connected to the main controller and a remote interface module allows the operator of the optional interface module to, if necessary, intervene in the operation of the device and correct its actions, for example, redirect, turn on, turn off electromagnetic weapons, cancel the shooting of certain drones, etc. This increases the functionality of the device. The connection of the interface board with the device for receiving data on the operation of the drives allows the operator, if necessary, to control the movement of the rotating parts. The connection of the interface board with a board with position sensors allows the operator of the interface module to monitor the readings of sensors and devices, for example, an accelerometer and gyroscope, and monitor changes in the position of parts of the device in space. The connection of the interface board with the main controller allows it to transmit data from instruments and devices and receive the necessary control commands. A board with an SDR receiver connected to the main controller allows you to use a highly directional antenna to search for drones by characteristic bursts of power in several parts of the radio frequency spectrum. This expands the functionality of the device through the use of additional detection tools and by expanding the detection radius of unmanned aerial vehicles. The use of an SDR receiver allows the use of passive methods for detecting drones, unlike analogues that use radars. The antenna of the SDR receiver is designed only to receive radio signals and is not intended to radiate them, which increases the safety of using the device. Mounting the antenna on a movable weapon support allows you to use a highly directional antenna, which allows you to receive signals from only one direction, and the rotation of the support allows you to change directions to detect radio signals. The rotation angle sensor of the weapon support, connected to the main controller, allows you to install a weapon or a narrow-beam antenna at the required angle to destroy the drone or receive a radio signal. Installing a mechanical rotation limiter on the support for mounting the weapon prevents the weapon from being lowered at an angle that is dangerous for others, and increases the safety of using the device. On the support for mounting the weapon there is a pusher of the weapon's trigger mechanism, connected to the controller of the actuators, which allows the weapon to be automatically activated. Equipping the weapon mounting support and the turret module's rotating platform with motion reference sensors connected to the main controller allows cabling to accurately position the weapon to engage the drone or to position the SDR receiver antenna in the desired direction. The location of video cameras of the surveillance system along the entire perimeter of the upper part of the control module body allows you to expand the viewing angle to 360° and conduct effective surveillance of the space in the protected area, even when the viewing angle of one of the video cameras is blocked by a support with a weapon, which improves functionality and increases the efficiency of its use. The formation of stereo pairs from video cameras of a surveillance system allows you to capture the drone with at least two video cameras from different angles. Based on the fixed distance between the axes of the cameras and the distance from the object to each of the cameras, the exact coordinates of the drone are quickly determined using the main controller program, and its trajectory is built using the graphics processor for precise aiming of the weapon, which increases the efficiency of the device due to the speed and accuracy of shots. The transmission mechanisms of the drives are made with the possibility of both simultaneous and sequential rotation of the turntable with a support for installing weapons, which allows, when determining the location of the target, to select the required operating mode of the engines to quickly rotate the rotating elements. To enable these modes to be implemented, the drive motor drivers are connected to the actuator controller. The ability to install a narrowly directional antenna of an SDR receiver, a shotgun, or an electromagnetic weapon on one support allows you to improve the functional properties of the device and its versatility. Thus, the modular design of the device, its design development, the use of a highly directional SDR receiver antenna and a system of stereo pairs make it possible to expand the arsenal of technical means for protecting a certain air zone from unmanned aerial vehicles, expand the functionality of the device, and increase the efficiency and safety of its operation.

На Фигуре 1 представлена схема устройства защиты от беспилотных летательных аппаратов.Figure 1 shows a diagram of a device for protecting against unmanned aerial vehicles.

На Фигуре 2 представлен общий вид устройства защиты от беспилотных летательных аппаратов.Figure 2 shows a general view of the device for protecting against unmanned aerial vehicles.

Устройство защиты от беспилотных летательных аппаратов содержит модуль управления 1, турельный модуль 2, неподвижный модуль 3. Модули 1, 2, 3 установлены один над другим, образуя вертикальную башню, установленную на опорах 4. Опоры 4 могут быть выполнены в виде лап, уходящих в стороны под 45°. На корпусе модуля управления 1 установлены стереопары 5, состоящие из видеокамер 6. Оси каждой из двух видеокамер 6, составляющих стереопару 5 параллельны. На наружной боковой поверхности корпуса турельного модуля 2 расположена вращающаяся опора 7 для установки оружия. Опора 7 содержит держатели оружия 8, демпферы 9, отверстие 10 для размещения толкателя 20 спускового механизма оружия. Если на одном устройстве устанавливают два вида оружия, то их опоры 7 крепят в диаметрально противоположных точках цилиндрического корпуса турельного модуля 2. В модуле управления 1 размещен основной контроллер 11, содержащий графический процессор и нейросеть программы с искусственным интеллектом. С основным контроллером 11 связан контроллер 12 исполнительных механизмов, интерфейсная плата 13, связанная с удаленным интерфейсным модулем 14 оператора, плата 15 с SDR-приемником. Плата 16 с датчиками определения пространственного положения и устройство 27 получения данных о работе приводов связаны с интерфейсной платой 13. На опоре 7 для установки оружия размещена узконаправленная антенна 17, связанная с платой 15 с SDR-приемником. Опора 7 для установки оружия снабжена датчиком угла поворота 18, связанным с основным контроллером 11. На неподвижном модуле 3 установлен механический ограничитель 19 поворота опоры 7. На опоре 7 для установки оружия размещен толкатель 20 спускового механизма оружия, связанный с контроллером 12 исполнительных механизмов. Опора 7 для установки оружия снабжена датчиком 21 отсчета начала движения. Поворотная платформа 22 турельного модуля 2 снабжена датчиком 23 отсчета начала движения. Датчики 21 и 23 связаны с основным контроллером 11. В качестве датчиков 21 и 23 могут, например, использовать магнит в сочетании с датчиком Холла или оптопару. Все видеокамеры 6 стереопар 5 связанны с основным контроллером 11. В неподвижнем модуле 3 установлен шаговый двигатель 24 привода поворотной платформы 22 и шаговый двигатель 25 привода опоры 7 для установки оружия. Драйверы 26 двигателей 24 и 25 приводов связаны с контроллером исполнительных механизмов 12. Двигатель 24 связан системой зубчатых передач с поворотной платформой 22 турельного модуля 2. Двигатель 25 связан системой зубчатых передач с осью поворота опоры 7 для установки оружия. Выбранное конструкционное решение системы зубчатых передач предназначено для понижения требований к мощности шагового двигателя и увеличению точности наведения исполнительного механизма.The device for protection against unmanned aerial vehicles contains a control module 1, a turret module 2, a fixed module 3. Modules 1, 2, 3 are installed one above the other, forming a vertical tower mounted on supports 4. The supports 4 can be made in the form of legs extending into sides at 45°. Stereo pairs 5 are installed on the body of the control module 1, consisting of video cameras 6. The axes of each of the two video cameras 6 that make up the stereo pair 5 are parallel. On the outer side surface of the turret module 2 body there is a rotating support 7 for mounting the weapon. The support 7 contains weapon holders 8, dampers 9, a hole 10 for placing the pusher 20 of the weapon trigger mechanism. If two types of weapons are installed on one device, then their supports 7 are mounted at diametrically opposite points of the cylindrical body of the turret module 2. The control module 1 houses the main controller 11, containing a graphics processor and a neural network program with artificial intelligence. Connected to the main controller 11 is a controller 12 of actuators, an interface board 13 connected to a remote operator interface module 14, and a board 15 with an SDR receiver. A board 16 with sensors for determining the spatial position and a device 27 for obtaining data on the operation of the drives are connected to an interface board 13. On the support 7 for mounting weapons there is a narrowly directional antenna 17 connected to a board 15 with an SDR receiver. The support 7 for installing the weapon is equipped with a rotation angle sensor 18 connected to the main controller 11. A mechanical limiter 19 for rotation of the support 7 is installed on the fixed module 3. On the support 7 for installing the weapon there is a pusher 20 of the trigger mechanism of the weapon, connected to the controller 12 of the actuators. The support 7 for installing the weapon is equipped with a sensor 21 for starting movement. The rotating platform 22 of the turret module 2 is equipped with a sensor 23 for the start of movement. Sensors 21 and 23 are connected to the main controller 11. Sensors 21 and 23 can, for example, use a magnet in combination with a Hall sensor or an optocoupler. All video cameras 6 stereo pairs 5 are connected to the main controller 11. The fixed module 3 contains a stepper motor 24 for driving the turntable 22 and a stepper motor 25 for driving the support 7 for installing weapons. The drivers 26 of the motors 24 and 25 of the drives are connected to the controller of the actuators 12. The engine 24 is connected by a gear system to the rotary platform 22 of the turret module 2. The engine 25 is connected by a gear system to the rotation axis of the support 7 for installing weapons. The selected design solution for the gear system is designed to reduce the power requirements of the stepper motor and increase the pointing accuracy of the actuator.

Устройство защиты от беспилотных летательных аппаратов работает следующим образом.The anti-drone device works as follows.

С помощью видеокамер 6 стереопар 5, обеспечивающих обзор в радиусе 360° ведут наблюдение за охраняемой зоной воздущного пространста. Поле съемки может обеспечиваться видеокамерами 6 с углом обзора от 10х10 для камер с выкрученными трансфокаторами до 120х120. Предпочтительнее использовать видеокамеры 6 с углом 90х90, они перекрывают все поле зрения и обеспечивают максимальное количество пикселей на метр квадратный. При попадании летящего объекта в поле зрения любых камер 6 любой стереопары 5 на основной контроллер 11 передается сигнал об обнаружении объекта. В случае распознавания дрона нейросетью с помощью программы основного контроллера 11 определяют расстояние до дрона по изображениям дрона с разных ракурсов камер 5. С контроллера 11 передают сигнал на контроллер 12 исполнительных механизмов, который в свою очередь передает сигнал драйверам 26 двигателя 24 привода поворотной платформы 22 и двигателя 25 привода опоры 7. После включения двигателей 24 и 25 с помощью приводных механизмов с зубчатыми передачами происходит поворот платформы 22 турельного модуля 2 и поворот опоры 7 с установленным на ней оружием. Двигатель 25 предназначен для прицеливания, т.е., для перемещения в вертикальной плоскости ствола оружия. В качестве оружия может быть использовано электромагнитное оружие, например ЛПД-801 или полуавтоматический дробовик например, Сайга-12 (на чертеже не показаны). Горизонтальная поворотная платформа 22 вращается в пределах от 0 до 360° с угловой скоростью не менее одного оборота в секунду. Опора 7 с установленным на ней оружием способна вращаться в пределах 0-90 градусов и обеспечивать угловую скорость не менее оборота в секунду. В целях безопасности окружающих угол поворота опоры 7 ограничивают до 50° при помощи механического ограничителя 19, установленного на корпусе неподвижного модуля 3. Необходимое положение поворотной платформы 22 и опоры 7 с оружием определяют от точек калибровки при помощи датчиков 21 и 23 отсчета начала движения. Вычисление угла поворота производят с помощью основного контроллера 11 исходя из текущего положения поворотной платформы 22 и опоры 7 при включении шаговых двигателей 24, 25 и, исходя из количества пройденных ими шагов. Из первоначального положения поворотные элементы 22 и 7 перемещаются в необходимое конечное положение. Конечное положение дополняется предсказанием нового положения дрона из-за его непрерывного движения, с помощью графического процессора и по предыдущим, сглаженным фильтром Калмана определяется положение для стрельбы для поворотной платформы 22 и опоры 7 с установленным оружием. С помощью передаточных механизмов платформа 22 и опора 7 с установленным оружием занимают положение для стрельбы. Далее контроллер 12 исполнительных механизмов передает команду на срабатывание толкателя 20 спускового механизма оружия, происходит выстрел и поражение дрона. В случае использования дробовика происходит механическое повреждение элементов конструкции дрона, в случае использования электромагнитного оружия дрон поражают возмущением электромагнитного поля, оказывающим влияние на его систему управления. При использовании дробовика или электромагнитного ружья устройство способно реагировать на дрон летящий на расстоянии от 20 м со скоростью не выше 100км/ч., и до 200 м со скоростью не выше 300км/ч При использовании узконаправленной антенны 17 поиск дронов возможен без использования видеокамер 6 стереопар 5. Определение положения объекта происходит по характерным всплескам мощности в нескольких участках частотного спектра радиоизлучения, которые воспринимаются узконаправленной антенной 17 при повороте опоры 7, на которой она размещена. С помощью антенны 17 возможно обнаружение дронов на расстоянии до 3км с точностью ± 10 градусов. Форма антенны 17 позволяет излучать или принимать сигналы только с одного направления. Поиск по спектру радиоизлучения осуществляют с помощью SDR-приемника, установленного на плате 15. SDR-приемник принимает сигнал узконаправленной антенны 17 и передает его в основной контроллер 11, где происходит преобразование Фурье для получения характеристик амплитуды/мощности и частоты излучения. Поскольку в небе не находятся телефоны, рации, роутеры, то наличие любого источника радиоизлучения с сигналом в диапазоне от 400 МГц до 5 ГГц расценивается как обнаружение дрона. В устройстве радиомодуль с SDR-приемником не используют для излучения сигналов, а используют только для приема радиосигналов. Устройство защиты от беспилотных летательных аппаратов может работать полностью автономно или с участием человека. При необходимости используют удаленный опциональный интерфейсный модуль 14, связанный проводной связью с интерфейсной платой 13. На интерфейсный модуль 14 поступают данные о местонахождении дрона, о текущем положении поворотных элементов. Оператор интерфейсного модуля 14 имеет возможность корректировать работу устройства в части команд, подаваемых на оружие. Все части и элементы устройства связаны проводной связью. Проводная связь позволяет наиболее быстро и точно определить координаты цели в любых условиях и не подвержена помехам, присущим беспроводной связи, таким как туман, осадки, листва, и т.п., которые глушат сигналы. Устройство может быть подсоединено к сети 220 В. Возможны различные варианты использования модулей устройства. Возможна установка модулей, собранных в единую конструкцию на высоком стационарном объекте, предпочтительно на крыше здания с использованием устройства вышеописанным способом. Модуль управления 1 с видеокамерами 6 могут располагать отдельно на высокой мачте, а турельный модуль 2 с оружием и совместно с неподвижным модулем 3 могут располагать в другом месте. Могут использовать несколько турельных модулей 2 с оружием. Между модулем управления 1 турельным модулем 2 устанавливают проводную связь на расстояние до 40 метров. Например, такая компоновка может быть применена в аэропорту. Возможно использование одного модуля управления 1 для наблюдения за летающими объектами.With the help of video cameras 6 stereo pairs 5, providing visibility within a radius of 360°, they monitor the protected area of the airspace. The shooting field can be provided by 6 video cameras with a viewing angle from 10x10 for cameras with zoom lenses turned up to 120x120. It is preferable to use video cameras 6 with an angle of 90x90; they cover the entire field of view and provide the maximum number of pixels per square meter. When a flying object enters the field of view of any cameras 6 of any stereo pair 5, a signal about object detection is transmitted to the main controller 11. In the case of recognition of a drone by a neural network, using the program of the main controller 11, the distance to the drone is determined from images of the drone from different angles of cameras 5. From the controller 11, a signal is transmitted to the controller 12 of the actuators, which in turn transmits the signal to the drivers 26 of the engine 24 of the turntable drive 22 and engine 25 drives the support 7. After turning on the engines 24 and 25, with the help of drive mechanisms with gears, the platform 22 of the turret module 2 rotates and the support 7 with the weapon installed on it rotates. Engine 25 is designed for aiming, i.e., for moving the weapon barrel in the vertical plane. An electromagnetic weapon, for example LPD-801, or a semi-automatic shotgun, for example Saiga-12 (not shown in the drawing), can be used as a weapon. The horizontal turntable 22 rotates in the range from 0 to 360° with an angular velocity of at least one revolution per second. Support 7 with a weapon installed on it is capable of rotating within 0-90 degrees and providing an angular velocity of at least one revolution per second. For the safety of others, the rotation angle of the support 7 is limited to 50° using a mechanical limiter 19 installed on the body of the stationary module 3. The required position of the rotating platform 22 and the support 7 with the weapon is determined from the calibration points using sensors 21 and 23 for starting the movement. The rotation angle is calculated using the main controller 11 based on the current position of the turntable 22 and support 7 when the stepper motors 24, 25 are turned on and based on the number of steps they have taken. From the initial position, the rotating elements 22 and 7 move to the required final position. The final position is supplemented by predicting the new position of the drone due to its continuous movement, using the GPU and using the previous, smoothed Kalman filter, the firing position is determined for the turntable 22 and the support 7 with the weapon installed. With the help of transmission mechanisms, the platform 22 and the support 7 with the installed weapon take the firing position. Next, the controller 12 of the actuators transmits a command to trigger the pusher 20 of the weapon’s trigger mechanism, and the drone is fired and destroyed. In the case of using a shotgun, mechanical damage to the structural elements of the drone occurs; in the case of using an electromagnetic weapon, the drone is struck by a disturbance in the electromagnetic field, which affects its control system. When using a shotgun or an electromagnetic gun, the device is capable of responding to a drone flying at a distance of 20 m at a speed not exceeding 100 km/h, and up to 200 m at a speed not exceeding 300 km/h. When using a narrow directional antenna 17, searching for drones is possible without the use of video cameras 6 stereo pairs 5. The position of the object is determined by characteristic bursts of power in several parts of the frequency spectrum of radio emission, which are perceived by the narrowly directional antenna 17 when the support 7 on which it is placed is rotated. Using antenna 17, it is possible to detect drones at a distance of up to 3 km with an accuracy of ± 10 degrees. The shape of the antenna 17 allows signals to be emitted or received from only one direction. The search across the radio spectrum is carried out using an SDR receiver installed on board 15. The SDR receiver receives the signal from the highly directional antenna 17 and transmits it to the main controller 11, where the Fourier transform occurs to obtain the characteristics of the amplitude/power and frequency of the radiation. Since there are no phones, walkie-talkies, or routers in the sky, the presence of any radio source with a signal in the range from 400 MHz to 5 GHz is regarded as drone detection. In the device, the radio module with the SDR receiver is not used to emit signals, but is used only to receive radio signals. The anti-drone device can operate completely autonomously or with human assistance. If necessary, use a remote optional interface module 14, connected by wire to the interface board 13. The interface module 14 receives data on the location of the drone and the current position of the rotary elements. The operator of the interface module 14 has the ability to adjust the operation of the device in terms of commands sent to the weapon. All parts and elements of the device are connected by wire. Wired communication allows you to most quickly and accurately determine the coordinates of a target in any conditions and is not subject to interference inherent in wireless communication, such as fog, precipitation, foliage, etc., which jam the signals. The device can be connected to a 220 V network. Various options for using device modules are possible. It is possible to install modules assembled into a single structure on a high stationary object, preferably on the roof of a building, using the device in the manner described above. The control module 1 with video cameras 6 can be placed separately on a high mast, and the turret module 2 with weapons and together with the fixed module 3 can be located in another place. Can use multiple 2 turret modules with weapons. A wired connection is established between control module 1 and turret module 2 over a distance of up to 40 meters. For example, such a layout could be used at an airport. It is possible to use one control module 1 to monitor flying objects.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет расширить арсенал технических средств для защиты определенной воздушной зоны от беспилотных летательных аппаратов, расширить функциональность устройства, повысить эффективность его работы.Thus, the claimed invention makes it possible to expand the arsenal of technical means for protecting a certain air zone from unmanned aerial vehicles, expand the functionality of the device, and increase its operating efficiency.

Claims

1. A device for protection against unmanned aerial vehicles, containing a turret with a rotating platform and a support for mounting weapons, made with the possibility of rotation in vertical and horizontal planes, a surveillance system, a drive of the turntable and a rotation drive of the support for mounting weapons, made with the possibility of their coordinated rotation , a control device associated with the surveillance system, with a data receiving device, with drives for rotating the turntable and a support for mounting weapons, characterized in that the device contains a stationary module with a drive for rotating the turntable and a drive for mounting the weapon installed in it, turret module and control module, the control module contains a main controller equipped with a neural network for recognizing unmanned aerial vehicles, and a graphics processor for determining the exact coordinates of unmanned aerial vehicles, an actuator controller connected to the main controller, an interface board connected to the main controller and a remote interface module, a board with an SDR receiver connected to the main controller, a board with spatial position determination sensors connected to the interface board, a device for receiving data on the operation of drives connected to the interface board, the turret module contains a cylindrical body, on the side surface of which there is at least one support for installing a weapon and an SDR receiver antenna, which is connected to a board with an SDR receiver, the support for installing a weapon is equipped with a rotation angle sensor connected to the main controller, and on the fixed module there is a mechanical rotation limiter of the support for installing a weapon, on the support for for weapon installation, there is a weapon trigger pusher connected to the controller of the actuators, a support for weapon installation and a rotating platform are equipped with motion reference sensors connected to the main controller, a surveillance system is located on the control module body, consisting of stereo pairs located around the perimeter of the control module, each stereo pair contains two video cameras connected to the main controller with a given distance between them and parallel axes, the drive transmission mechanisms are made with the possibility of both simultaneous and sequential rotation of the turntable with a support for installing weapons, the drive motor drivers are connected to the actuator controller.

2. A device for protecting against unmanned aerial vehicles according to claim 1, characterized in that a shotgun is used as a weapon.

3. A device for protection against unmanned aerial vehicles according to claim 1, characterized in that electromagnetic weapons are used as a weapon.