Методи виявлення БПЛА. Принцип роботи та будова простого детектора дронів.

БПЛА не лише допомагають військовим - але й несуть в собі небезпеку, адже як з боку України, так і з боку московської орди постійно створюються нові та удосконалюються FPV дрони-камікадзе, розвідувальні крила, сухопутні та водні БА(безпілотні апарати). Тому сьогодні пороздумуємо на таку тему, як виявлення безпілотників, адже щоб протидіяти загрозі її спочатку потрібно виявити. Розглянемо наступні методи виявлення:

 * візуальний, оптичний у видимому діапазоні чи в ІЧ діапазоні, тепловізійні камери

 * акустичний

 * радіолокаційний

 * радіочастотний

Візуальний метод виявлення БПЛА

Візуальне виявлення людиною

Людина може безпосередньо побачити дрон на небі або чути його шум, однак цей спосіб є обмеженим через відстань та розмір БПЛА. Дрібні безпілотники можуть залишатися непоміченими на великій відстані або при поганих погодних умовах. Крім того, нічні польоти або польоти на великих швидкостях зменшують ефективність цього методу.

Виявлення за допомогою звичайних і тнпловізійних камер

Оптичні системи виявлення, такі як камери у видимому діапазоні, можуть відслідковувати БПЛА в денний час або при хорошій видимості. Важливим фактором для таких систем є застосування високої роздільної здатності камер та потужних об'єктивів. Камери, оснащені алгоритмами машинного навчання, здатні аналізувати рухомі об’єкти і виділяти дрони серед інших джерел руху.

Тепловізійні камери працюють виявляють об'єкти за їх тепловим випромінюванням. Це ефективно під час нічних операцій, коли дрони випромінюють тепло від моторів чи акумуляторів. Проте такі камери можуть бути обмежені при роботі в умовах поганої погоди, де теплові сигнали можуть бути ослаблені.

Алгоритми машинного зору на основі штучного інтелекту (ШІ) можуть значно підвищити ефективність оптичного та тепловізійного виявлення. Вони здатні аналізувати відеопотоки в реальному часі, виявляючи характерні особливості дронів, такі як форма, розмір та рухові патерни. Також існують алгоритми, здатні фільтрувати перешкоди, як-от птахи чи хмари, що зменшує кількість хибних спрацьовувань.

Акустичний метод виявлення БПЛА

Виявлення за допомогою слуху

Людина може почути звук пропелерів дрона, особливо якщо він летить на низькій висоті. Проте ефективність цього методу залежить від рівня шуму в оточенні та характеристик самого дрона. Дрібні дрони можуть бути майже нечутними на відстані кількох десятків метрів.

Більш надійним методом є використання спеціалізованих акустичних датчиків, що працюють як мікрофони і здатні "слухати" звуки від дронів у широкому діапазоні частот. Такі системи часто використовуються для спостереження на місцевостях із високим рівнем фонового шуму, наприклад, у міських умовах або на полі бою. 

Сучасні акустичні системи використовують мікрофони з круговою спрямованістю чи вузькоспрямовані для створення акустичних карт, що дозволяють визначити напрямок і відстань до джерела звуку. Алгоритми обробки сигналів аналізують спектр шумів і виділяють характерні звуки дронів, що допомагає відрізнити їх від інших джерел звуків, як-от транспорт чи природні звуки.

Радіолокаційний метод виявлення БПЛА

Радіолокаційні системи використовують радіохвилі. Цей метод дозволяє виявляти безпілотні апарати навіть в умовах поганої видимості, таких як туман, дощ або нічні польоти. Радіолокаційні системи можуть працювати на різних частотах і аналізувати відбиття радіохвиль від об'єктів у повітрі, дозволяючи визначити розмір, швидкість та траєкторію БПЛА.

Однією з переваг радіолокаційних систем є їх здатність виявляти навіть дуже маленькі безпілотники, які не завжди можна побачити візуально або почути. Такі системи часто використовуються для охорони об'єктів критичної інфраструктури, а також військових баз.

Радіочастотний метод виявлення БПЛА

Радіочастотний моніторинг дозволяє виявляти дрони за сигналами, які вони передають або отримують для керування або передачі відеопотоку. Більшість комерційних дронів використовують радіозв’язок у певних частотних діапазонах (наприклад, 2,4 ГГц або 5,8 ГГц), тому сканування цих частот може допомогти виявити присутність безпілотного апарата поблизу.

Більш просунуті системи можуть не тільки визначати присутність сигналів, але й аналізувати їх протоколи зв'язку, щоб встановити тип дрона. Радіочастотні сканери можуть бути інтегровані з іншими методами, наприклад акустичним чи радіолокаційним виявленням, що підвищує точність і швидкість реагування на загрози.

Виявлення дронів — це комплексне завдання, яке, в ідеальних умовах, вимагає застосування різних технологій одночасно. Кожен із методів має свої сильні сторони і обмеження, тому найефективніші системи зазвичай поєднують кілька підходів для підвищення точності виявлення.

Принцип створення простого сканера частот для детекції дронів

Далі розглянемо будову найпростішого детектора дронів, який працює за принципом радіочастотного сканера. 

Як ми вже знаємо більшість FPV дронів використовує для керування наступні діапазони частот 433 МГц, 868/915 МГц, 2.4 ГГц - з можливістю коригування програмного забезпечення для зниження чи збільшення частот з кожного діапазону, це можливо завдяки використанню в приймачах/передавачах модемів на основі чипів від компанії Semtech, а саме SX1262, SX1276, SX1278, SX1280. Ці чипи можуть працювати в досить широкому діапазоні частот, але комерційні модулі зв'язку продаються налаштованими на дозволені частоти чи діапазони, тому для використання “кастомних” частот як мінімум потрібно коригувати конфігурацію при прошивці, а як максимум - фізично змінювати схеми фільтрування і підсилення передавача/приймача. Але! Використання цих частот для виявлення FPV дрона не доцільне, тому що по каналу керування квадрокоптер отримує команди керування але, як правило, нічого не передає назад. Отже цей варіант пропускаємо. 

Наступний радіоканал який використовується - це відеозв’язок, для аналогової передачі відео. Тут теж популярні декілька діапазонів частот: 1.2 ГГц, 5,8 ГГц також зустрічаються дрони з відеопередавачами на 3.3 ГГц. Варто розуміти, що, наприклад, 5.8 ГГц це “назва стандарту” а по факту може використовуватися діапазон від 5705 МГц до 5965 МГц чи навіть від 4900-6100 МГц. В стандартних відеопередавачах/приймачах діапазон розбитий на бенди(BAND): A, B, L, R та інші, а бенди в свою чергу на канали, по вісім штук на бенд. Відповідно до кожного відепередавача чи приймача в інструкції вказано які він бенди підтримує і відповідно загальну кількість каналів на якій він може працювати. 

Якщо поглиблюватися далі - то ми зрозуміємо, що загальний принцип побудови будь-якого приймача/передавача це:

   - мікроконтролер для керування радіочипом(вибір каналу, потужності) 

   - радіочип (генерує чи приймає високочастотний сигнал, забезпечує модуляцію демодуляцію для зв'язку за потрібним стандартом) 

   - ланцюг високочастотних фільтрів та підсилювачів для передачі та прийому сигналу

   - антена.

Якщо розширити функціонал мікроконтролера потрібними алгоритмами для пошуку та виявлення активного радіосигналу в певному діапазоні частот - то можна отримати простий сканер частот, який може використовуватися як детектор дронів. Та варто розуміти, що комерційні продукти, маю на увазі радіопередавач/приймач відео, як правило захищені від модернізації програмного забезпечення(прошивки), а отже потрібно використати інший мікроконтролер(ATmega, ESP, STM32 та інші) для керування радіочипом.

Отже для створення детектора дронів який буде працювати по методу радіочастотного виявлення, при наявності певних навиків з паяння, читання та проектування схем, програмування, можна використати таку схему:

   - мікроконтролер з алгоритмами сканування радіоефіру, виявлення активного сигналу та сигналізація про це.

   - радіо модуль з відео приймача або модернізований відео приймач(VRX).